CN105623694B - 一种中间相沥青焦的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中间相沥青焦的生产方法，包括以下步骤：（1）热聚合反应：将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min,在350～480℃条件下进行热聚合，聚合时间为5～30h，进行聚合反应即可得到中间相沥青；（2）炭化处理:将热聚合后的中间相沥青加入到焦化塔中，在550～1000℃进行炭化，制得中间相沥青焦。本发明的有益效果在于：生产得到的中间相沥青焦的指标在结焦值在≥98%，挥发分在≤2%，灰分在≤0.5%，真密度在≥1.9，各向异性度≥85%，石墨化后石墨化度在94.85%‑94.95%，而且杂质含量少、纯度高、生产工艺简单、节能环保、可广泛用于锂离子电池负极材料和人造石墨的生产。
Description
技术领域
本发明涉及焦煤化工技术领域和新型碳材料技术领域，尤其涉及一种中间相沥青焦的生产方法。
背景技术
随着化石燃料的日益枯竭，能源危机以成为全球共同关注的焦点，为此发展新能源一度成为各国摆脱经济衰退,抢占未来发展制高点的重要战略产业。在太阳能、风能、核能等新能源体系中，锂离子电池因其能量密度高、环境友好、结构多样化以及价格低廉等优点成为未来混合动力汽车、空间技术等高端储备储能系统的理想电源。目前，锂离子电池负极材料主要有中间相碳微球、天然石墨和针状焦。其中中间相碳微球生产工艺成熟，但工艺复杂，生产成本较高，且性能提升空间有限：虽然天然石墨具有较低的充放电电位和稳定的电位平台，但充电过程中，随着熔剂化锂离子的嵌入，石墨层容易发生脱离，导致循环性能逐渐降低。针状焦作为一种新型碳材料，因其易于石墨化、导电率高、价格低廉、灰分低等优异特性，逐渐成为一种优质的锂离子电池负极材料。但其工艺复杂，生产成本高。
石墨电极是电炉炼钢不可缺少的基本材料之一，它的生产和发展主要取决于电炉炼钢的发展. 日前国际上针状焦生产专利技术很多，质量差别很大。随着我国电炉炼钢朝着高功率 、超高功率、强化冶炼和大型化方向发展，市场需要大批量的优质针状焦，但针状焦生产工艺复杂，生产成本高，因而市场上需要一种中间相沥青焦代替针状焦。而中间相沥青焦的生产工艺主要是热聚合工艺和碳化工艺实现的，工艺简单，生产成本低等优点。
申请号为CN8610067.5的专利，公开了煤系针状焦的一种新型制取方法，该方法是以煤焦油或煤焦油沥青及其馏份为原料，进行加热和真空闪蒸处理，提取中沸点馏份得到纯净原料，再经过热缩聚制得适宜中间相小球生长的缩聚沥青，然后在进行延迟焦化处理得到煤系针状焦，但该方法有明显的缺点是产品的热膨胀系数高，不能完全满足制造超高功率石墨电极的技术要求。
申请号为CN1304974A的专利，公开了一种针状焦的制备方法，该方法是以煤焦油或煤焦油沥青为原料，经过真空闪蒸处理除去喹啉不溶物，得到闪蒸油，将闪蒸油与石油组分按闪蒸油一定重量比混合，在380-450℃、0-2.0MPa压力下进行热聚合反应，得到聚合油：提取中沸点馏份得到纯净原料，再经过热缩聚制得适宜中间相小球生长的缩聚沥青，然后在进行延迟焦化处理得到煤系针状焦，但该方法有明显的缺点是产品的热膨胀系数高，不能完全满足制造超高功率石墨电极的技术要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种设计合理、热聚合收率高、炭化效率高且产品各项异性度高和结焦值高的中间相沥青焦的生产方法。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案是：
一种中间相沥青焦的生产方法，包括以下步骤：
（1）热聚合反应：将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min,在350～480℃条件下进行热聚合，聚合时间为5～30h，进行聚合反应即可得到中间相沥青；
（2）炭化处理:将热聚合后的中间相沥青加入到焦化塔中，在550～1000℃进行炭化，制得中间相沥青焦。
所述步骤（1）中所使用的高纯度浸渍剂沥青是低QI高纯度浸渍剂沥青，低QI高纯度浸渍剂沥青的QI≤0.5%，软化点在85～90℃，结焦值≥47%，TI≥13%。
所述中间产物中间相沥青的各指标在结焦值在80～90%,挥发分在17～25%，灰分在≤0.03%，喹啉不溶物≤65%，甲苯不溶物≤76%，各向异性度≥85%。
所述中间相沥青焦的指标在结焦值在≥98%,挥发分在≤2%，灰分在≤0.5%，真密度在≥1.9，各向异性度≥85%，石墨化后石墨化度在94.85%。
本发明的有益效果在于：设计合理，其采用高纯度低QI浸渍剂沥青作为原料进行热聚合处理和炭化处理，生产得到的中间相沥青焦的指标在结焦值在≥98%,挥发分在≤2%，灰分在≤0.5%，真密度在≥1.9，各向异性度≥85%，石墨化后石墨化度在94.85%-94.95%，而且杂质含量少、纯度高、生产工艺简单、节能环保、可广泛用于锂离子电池负极材料和人造石墨的生产。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到中间相沥青的偏光图；
图2是本发明实施例1制备得到中间相沥青焦的偏光图；
图3是本发明实施例2制备得到中间相沥青的偏光图；
图4是本发明实施例2制备得到中间相沥青焦的偏光图；
图5是本发明实施例3制备得到中间相沥青的偏光图；
图6是本发明实施例3制备得到中间相沥青焦的偏光图；
图7是本发明实施例4制备得到中间相沥青的偏光图；
图8是本发明实施例4制备得到中间相沥青焦的偏光图；
图9是本发明实施例5制备得到中间相沥青的偏光图；
图10是本发明实施例5制备得到中间相沥青焦的偏光图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1，本具体实施方式所述的一种中间相沥青焦的生产方法，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在400℃条件下进行热聚合，聚合时间为25h，得到中间相沥青，软化点为240℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在600℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
所得中间相沥青焦的各指标在结焦值在98%，挥发分在2%，灰分在0.5%，真密度在1.9，各向异性度85%，石墨化后石墨化度在94.85%，达到产品预计标准。
所述的搅拌转速为500r/min。
所述的搅拌转速为600r/min。
实施例2，本具体实施方式所述的一种中间相沥青焦的生产方法，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在410℃条件下进行热聚合，聚合时间为20h，得到中间相沥青，软化点为240℃;然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在700℃进行碳化，制得各向异性中间相沥青焦。
所得中间相沥青焦的各指标在结焦值在98.3%,挥发分在1.9%，灰分在0.5%，真密度在1.95，各向异性度86%，石墨化后石墨化度在94.90%，达到产品预计标准。
所述的搅拌转速为600r/min。
所述的搅拌转速为700r/min。
实施例3，本具体实施方式所述的一种中间相沥青焦的生产方法，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在420℃条件下进行热聚合，聚合时间为15h，得到中间相沥青，软化点为245℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在600℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
所得中间相沥青焦的各指标在结焦值在98.5%,挥发分在2%，灰分在0.4%，真密度在1.98，各向异性度86%，石墨化后石墨化度在94.95%，达到产品预计标准。
所述的搅拌转速为700r/min。
所述的搅拌转速为800r/min。
实施例4，本具体实施方式所述的一种中间相沥青焦的生产方法，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在430℃条件下进行热聚合，聚合时间为10h，得到中间相沥青，软化点为245℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在600℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
所得中间相沥青焦的各指标在结焦值在98.5%,挥发分在1.5%，灰分在0.45%，真密度在1.98，各向异性度86.5%，石墨化后石墨化度在94.85%，达到产品预计标准。
所述的搅拌转速为700r/min。
所述的搅拌转速为800r/min。
所述的搅拌转速为900r/min。
实施例5，本具体实施方式所述的一种中间相沥青焦的生产方法，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在440℃条件下进行热聚合，聚合时间为5h，得到中间相沥青，软化点为245℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在700℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
所得中间相沥青焦的各指标在结焦值在98.5%,挥发分在1.5%，灰分在0.4%，真密度在1.95，各向异性度87%，石墨化后石墨化度在94.94%，达到产品预计标准。
所述的搅拌转速为700r/min。
所述的搅拌转速为800r/min。
所述的搅拌转速为900r/min。
本具体实施方式的有益效果在于：设计合理，其采用高纯度低QI浸渍剂沥青作为原料进行热聚合处理和炭化处理，生产得到的中间相沥青焦的指标在结焦值在≥98%,挥发分在≤2%，灰分在≤0.5%，真密度在≥1.9，各向异性度≥85%，石墨化后石墨化度在94.85%-94.95%，而且杂质含量少、纯度高、生产工艺简单、节能环保、可广泛用于锂离子电池负极材料和人造石墨的生产。
本发明的具体实施例不构成对本发明的限制，凡是采用本发明的相似结构及变化，均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种中间相沥青焦的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）热聚合反应：将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min,在350～480℃条件下进行热聚合，聚合时间为5～30h，进行聚合反应即可得到中间相沥青；
（2）炭化处理:将热聚合后的中间相沥青加入到焦化塔中，在550～1000℃进行炭化，制得中间相沥青焦；
所述步骤（1）中所使用的高纯度浸渍剂沥青是低QI高纯度浸渍剂沥青，低QI高纯度浸渍剂沥青的QI≤0.5%，软化点在85～90℃，结焦值≥47%，TI≥13%；
所述中间产物中间相沥青的各指标在结焦值在80～90%,挥发分在17～25%，灰分在≤0.03%，喹啉不溶物≤65%，甲苯不溶物≤76%，各向异性度≥85%；
所述中间相沥青焦的指标在结焦值在≥98%,挥发分在≤2%，灰分在≤0.5%，真密度在≥1.9，各向异性度≥85%，石墨化后石墨化度在94.85%-94.95%。
2.如权利要求1任一项所述的一种中间相沥青焦的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在400℃条件下进行热聚合，聚合时间为25h，得到中间相沥青，软化点为240℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在600℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
3.如权利要求1任一项所述的一种中间相沥青焦的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在410℃条件下进行热聚合，聚合时间为20h，得到中间相沥青，软化点为240℃;然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在700℃进行碳化，制得各向异性中间相沥青焦。
4.如权利要求1任一项所述的一种中间相沥青焦的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在420℃条件下进行热聚合，聚合时间为15h，得到中间相沥青，软化点为245℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在600℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
5.如权利要求1任一项所述的一种中间相沥青焦的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在430℃条件下进行热聚合，聚合时间为10h，得到中间相沥青，软化点为245℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在600℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
6.如权利要求1任一项所述的一种沥青焦的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
将采用高纯度浸渍剂沥青为原料，加入到反应聚合釜中，并连续不断地通入氮气，在通入氮气中进行搅拌，搅拌转速为400～1000r/min，在440℃条件下进行热聚合，聚合时间为5h，得到中间相沥青，软化点为245℃；然后将聚合后得到的中间相沥青加入到焦化塔中，在700℃进行碳化，制得中间相沥青焦。
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