CN107163969A - 一种中温煤沥青制备中间相沥青的方法 - Google Patents

一种中温煤沥青制备中间相沥青的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于中温煤沥青为原料来制备中间相沥青的方法。首先通过对中温煤沥青进行预热缩聚反应、精密热过滤和切割轻组分处理得到极低喹啉不溶物含量的精制煤沥青，再将该精制中温煤沥青在反应温度400～460℃、压力3～5MPa，搅拌转速50～500r/min下热缩聚反应1～10h,制得中间相沥青。本发明采用一体化设备可以同时完成热缩聚和热过滤等操作，辅助简单的轻组分切割和干燥工艺制备出优质中间相沥青，简化了生成工艺，降低了生产成本，得到的中间相沥青产率在10～30%，该沥青灰分含量低且光学组织结构优良。

Description

一种中温煤沥青制备中间相沥青的方法
技术领域
本发明属于一种中间相沥青的制备方法,具体而言,特别是涉及一种使用中温煤沥青制备中间相沥青的方法。
背景技术
煤沥青全称为煤焦油沥青，是煤焦油蒸馏提取馏分后的残留物，煤焦油是生产炼铁用冶金焦或生产民用煤气时，作为煤高温干馏的副产物得到的。煤沥
青是煤焦油加工过程中分离出的大宗产品,煤沥青常温下为黑色固体，无固定的熔点，呈玻璃相，受热后软化继而熔化。煤沥青的组成极为复杂，已查明的化合物有7O余种，大多数为三环以上的多环芳烃，还含有O、N、S等元素的杂环化合物和少量直径很小的炭粒。
中间相沥青是通过普通沥青、重质油、煤焦油等为原料经热缩聚反应制得或以芳香化合物如萘等为原料经催化缩合而成, 是一种相对分子质量为370～2000的扁盘状稠环芳烃组成的混合物, 具有较大的C/H比, 软化点大多数在205～285℃之间,有时高达300℃以上。在软化点温度以上时一般具有较低的熔体粘度, 而且能在较长时间内保持稳定不分解, 以利于该液晶熔体的后续加工操作。另外, 中间相沥青的密度、热容, 特别是粘度还具有明显的温度依赖性。中间相沥青熔融后具有明显的层状结构, 通过高温处理容易石墨化, 故是典型
的易石墨化炭。通过控制合成工艺使碳网平面沿纤维轴方向取向, 可以得到高性能沥青基炭纤维等先进炭材料。
目前,制备中间相沥青的原料有煤沥青、石油沥青、萘等，而且所制备的中间相沥青灰分含量都较高且光学结构较差，因此如何制备出灰分含量低且光学结构优良的中间相沥青成为目前急需解决的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灰分含量低且光学组织结构优良的中温煤沥青制备中间相沥青的方法。
本发明一种中温煤沥青制备中间相沥青的方法，包括以下设备和制备步骤：
（1）、首先将软化点为70～100℃的中温煤沥青加入热缩聚釜中，真空泵抽出热缩聚釜中空气后，充入氮气防止沥青升温过程中被氧化，在反应温度400～460℃、压力2～5MPa，搅拌转速50～500r/min下热缩聚反应1～5h,使其中高活性的含杂原子和金属离子的组分反应生成中间相炭微球或细镶嵌型中间相，然后将热缩聚反应完后的热缩聚釜中降压至1～3MPa，将热缩聚产物压入热过滤釜中，热过滤釜温度保持300～390℃，煤沥青将经1500～3000目的过滤网流入接料罐中，得到喹啉不溶物含量为0～0.1%的煤沥青；
（2）、将步骤（1）中制得的煤沥青冷却后粉碎至粒径<10um，用有机溶剂进行溶解后静置20～48h，将上层溶解液移出，对未溶解沥青进行干燥制得切割轻组分精制煤沥青；
（3）、将步骤（2）中制得的切割轻组分精制煤沥青加入到热缩聚釜中，在反应温度400～460℃、压力3～5MPa，搅拌转速50～500r/min下热缩聚反应1～10h，制得中间相沥青。
步骤（2）中所述的有机溶剂包括脂肪烃、环烷烃和芳香烃中的一种或几种。
本发明中温煤沥青制备中间相沥青的装置，它包括热缩聚釜1、热过滤釜2、接料罐3、搅拌器4、放料阀5和过滤网6，其特征在于热缩聚釜1装有搅拌器4，热缩聚釜1的底端出口经过连接管7连接热过滤釜2的进口，热过滤釜2与接料罐3通过法兰连接，在热过滤釜2的底部有过滤网6，在连接管7上有放料阀5。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用低成本的中温煤沥青为原料，通过初级热缩聚和精密热过滤除去其中的杂原子组分、金属有机物和无定型炭等杂质，然后对所得煤沥青进行轻组分切割得到反应性适中的精制中温煤沥青来进行热缩聚反应生成中间相沥青。本发明简化了生成工艺，降低了生成成本，得到的中间相沥青产率在10～30%，该沥青灰分含量低（灰分含量小于50ppm）且光学组织结构优良。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明所得中间相沥青的偏光显微镜照片。
如图所示， 1是热缩聚釜、2是热过滤釜、3是接料罐、4是搅拌器、5是放料阀、6是过滤网,7是连接管。
具体实施方式
实施例1
一种中温煤沥青制备中间相沥青的装置，它包括热缩聚釜1、热过滤釜2、接料罐3、搅拌器4、放料阀5和过滤网6，其特征在于热缩聚釜1装有搅拌器4，热缩聚釜1的底端出口经过连接管7连接热过滤釜2的进口，热过滤釜2与接料罐3通过法兰连接，在热过滤釜2的底部有过滤网6，在连接管7上有放料阀5。
该中温煤沥青制备中间相沥青的方法按以下步骤完成:
a、制备精制中温煤沥青：首先将软化点为70℃的中温煤沥青加入热缩聚釜1中，关闭加料口，用真空泵抽出热缩聚釜1中空气后，釜中充入氮气（热过滤釜2和接料罐3中用氮气吹扫后通氮气保护），经2h升温至420℃，在压力3MPa，搅拌转速300r/min下反应5h,然后将热缩聚釜1中降压至1MPa，打开热缩聚釜1底放料阀5后，将热缩聚产物压入热过滤釜2中，热过滤釜2温度保持340℃，煤沥青经过2000目过滤网6流入接料罐3中，得到喹啉不溶物含量为0.1%的煤沥青。
b、精制煤沥青的轻组分切割：将步骤a中制得的煤沥青冷却后粉碎至粒径<10um，称取500g加入静置玻璃釜，再加入750ml甲苯与750ml正庚烷配制的1:1混合液，将溶液搅拌转速100r/min下搅拌2h,使沥青充分溶解，静置20h后将上部黄褐色澄清液移出,将下层不溶物移入真空烘箱进行干燥后制得切割轻组分精制煤沥青。
c、制备中间相沥青：将步骤b中制得的切割轻组分精制煤沥青加入到热缩聚釜1中，经2h升温至410℃，在压力3MPa，搅拌转速350r/min下热缩聚反应6h,制得粗流线型中间相沥青，产率为15%，灰分30ppm。
实施例2
该中温煤沥青制备中间相沥青的方法按以下步骤完成:
a、制备精制中温煤沥青：首先将软化点为80℃的中温煤沥青加入热缩聚釜1中，关闭加料口，用真空泵抽出热缩聚釜1中空气后，釜中充入氮气（热过滤釜2和接料罐3中用氮气吹扫后通氮气保护），经2h升温至430℃，在压力4MPa，搅拌转速400r/min下反应2h,生成中间相炭微球或细镶嵌型中间相，然后将热缩聚釜1中降压至2MPa，打开热缩聚釜1底放料阀5后，将热缩聚产物压入热过滤釜2中，热过滤釜2温度保持360℃，煤沥青经过2500目过滤网6流入接料罐3中，得到喹啉不溶物含量为0.05%的煤沥青。
b、精制煤沥青的轻组分切割：将步骤a中制得的煤沥青冷却后粉碎至粒径<10um，称取500g加入静置玻璃釜，再加入1000ml环己烷溶解液，将溶液搅拌转速200r/min下搅拌3h,使沥青充分溶解，静置24h后将上部黄褐色澄清液移出,将下层不溶物移入真空烘箱进行干燥后制得切割轻组分精制煤沥青。
c、制备中间相沥青：将步骤b中制得的切割轻组分精制煤沥青加入到热缩聚釜1中，经2h升温至420℃，在压力4MPa，搅拌转速400r/min下热缩聚反应5h,制得粗流线型中间相沥青，产率为18%，灰分40ppm。其余同实施例1。
实施例3
该中温煤沥青制备中间相沥青的方法按以下步骤完成:
a、制备精制中温煤沥青：首先将软化点为90℃的中温煤沥青加入热缩聚釜1中，关闭加料口，用真空泵抽出热缩聚釜1中空气后，釜中充入氮气（热过滤釜2和接料罐3中用氮气吹扫后通氮气保护），经2h升温至450℃，在压力4.2MPa，搅拌转速450r/min下反应1h,生成中间相炭微球或细镶嵌型中间相，然后将热缩聚釜1中降压至1.5MPa，打开热缩聚釜1底放料阀5后，将热缩聚产物压入热过滤釜2中，热过滤釜2温度保持370℃，煤沥青经过3000目过滤网6流入接料罐3中，得到喹啉不溶物含量为0%的煤沥青。
b、精制煤沥青的轻组分切割：将步骤a中制得的煤沥青冷却后粉碎至粒径<10um，称取500g加入静置玻璃釜，再加入1500ml正庚烷溶解液，将溶液搅拌转速300r/min下搅拌1h,使沥青充分溶解，静置48h后将上部黄褐色澄清液移出,将下层不溶物移入真空烘箱进行干燥后制得切割轻组分精制煤沥青。
c、制备中间相沥青：将步骤b中制得的切割轻组分精制煤沥青加入到热缩聚釜1中，经2h升温至430℃，在压力3.2MPa，搅拌转速50r/min下热缩聚反应4h,制得粗流线型中间相沥青，产率为22%，灰分50ppm。其余同实施例1。
实施例4
该中温煤沥青制备中间相沥青的方法按以下步骤完成:
a、制备精制中温煤沥青：首先将软化点为100℃的中温煤沥青加入热缩聚釜1中，关闭加料口，用真空泵抽出热缩聚釜1中空气后，釜中充入氮气（热过滤釜2和接料罐3中用氮气吹扫后通氮气保护），经2h升温至440℃，在压力5MPa，搅拌转速500r/min下反应2h,生成中间相炭微球或细镶嵌型中间相，然后将热缩聚釜1中降压至3MPa，打开热缩聚釜1底放料阀5后，将热缩聚产物压入热过滤釜2中，热过滤釜2温度保持350℃，煤沥青经过1500目过滤网6流入接料罐3中，得到喹啉不溶物含量为0.01%的煤沥青。
b、精制煤沥青的轻组分切割：将步骤a中制得的煤沥青冷却后粉碎至粒径<10um，称取500g加入静置玻璃釜，再加入500ml甲苯溶解液，将溶液搅拌转速260r/min下搅拌1h,使沥青充分溶解，静置36h后将上部黄褐色澄清液移出,将下层不溶物移入真空烘箱进行干燥后制得切割轻组分精制煤沥青。
c、制备中间相沥青：将步骤b中制得的切割轻组分精制煤沥青加入到热缩聚釜1中，经2h升温至440℃，在压力3.2MPa，搅拌转速350r/min下热缩聚反应3h,制得粗流线型中间相沥青，产率为20%，灰分45ppm。其余同实施例1。
实施例5
该中温煤沥青制备中间相沥青的方法按以下步骤完成:
a、制备精制中温煤沥青：首先将软化点为85℃的中温煤沥青加入热缩聚釜1中，关闭加料口，用真空泵抽出热缩聚釜1中空气后，釜中充入氮气（热过滤釜2和接料罐3中用氮气吹扫后通氮气保护），经2h升温至460℃，在压力3MPa，搅拌转速400r/min下反应1h,生成中间相炭微球或细镶嵌型中间相，然后将热缩聚釜1中降压至2.6MPa，打开热缩聚釜1底放料阀5后，将热缩聚产物压入热过滤釜2中，热过滤釜2温度保持380℃，煤沥青经过1800目过滤网6流入接料罐3中，得到喹啉不溶物含量为0.08%的煤沥青。
b、精制煤沥青的轻组分切割：将步骤a中制得的煤沥青冷却后粉碎至粒径<10um，称取500g加入静置玻璃釜，再加入750ml甲苯与750ml环己烷配制的1:1混合液，将溶液搅拌转速280r/min下搅拌1.5h,使沥青充分溶解，静置40h后将上部黄褐色澄清液移出,将下层不溶物移入真空烘箱进行干燥后制得切割轻组分精制煤沥青。
c、制备中间相沥青：将步骤b中制得的切割轻组分精制煤沥青加入到热缩聚釜1中，经2h升温至460℃，在压力3MPa，搅拌转速360r/min下热缩聚反应2h,制得粗流线型中间相沥青，产率为23%，灰分35ppm。其余同实施例1。

Claims (3)

1.一种中温煤沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）、首先将软化点为70～100℃的中温煤沥青加入热缩聚釜中，真空泵抽出热缩聚釜中空气后，充入氮气防止沥青升温过程中被氧化，在反应温度400～460℃、压力2～5MPa，搅拌转速50～500r/min下热缩聚反应1～5h,使其中高活性的含杂原子和金属离子的组分反应生成中间相炭微球或细镶嵌型中间相，然后将热缩聚反应完后的热缩聚釜中降压至1～3MPa，将热缩聚产物压入热过滤釜中，热过滤釜温度保持300～390℃，煤沥青将经1500～3000目的过滤网流入接料罐中，得到喹啉不溶物含量为0～0.1%的煤沥青；
（2）、将步骤（1）中制得的煤沥青冷却后粉碎至粒径<10um，用有机溶剂进行溶解后静置20～48h，将上层溶解液移出，对未溶解沥青进行干燥制得切割轻组分精制煤沥青；
（3）、将步骤（2）中制得的切割轻组分精制煤沥青加入到热缩聚釜中，在反应温度400～460℃、压力3～5MPa，搅拌转速50～500r/min下热缩聚反应1～10h，制得中间相沥青。
2.如权利要求1所述的一种中温煤沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于步骤（2）中所述的有机溶剂为脂肪烃、环烷烃和芳香烃中的一种或几种。
3.一种中温煤沥青制备中间相沥青的装置，它包括热缩聚釜（1）、热过滤釜（2）、接料罐（3）、搅拌器（4）、放料阀（5）和过滤网（6），其特征在于热缩聚釜（1）装有搅拌器（4），热缩聚釜（1）的底端出口经过连接管（7）连接热过滤釜（2）的进口，热过滤釜（2）与接料罐（3）通过法兰连接，在热过滤釜（2）的底部有过滤网（6），在连接管（7）上有放料阀（5）。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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