CN109370642B - 一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于针状焦制备技术领域，涉及一种制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体涉及一种同时具有热缩聚塔和焦化塔的多塔延迟焦化工艺；具体技术方案为：一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，煤焦油、煤沥青、改质沥青等原料预处理后的精制原料经加热后进入热聚合塔，在惰性或还原气氛下进行聚合生成中间相，当物料的中间相含量达到30‑60%时，将含有中间相的物料与惰性油快速升温，送入焦炭塔生成生焦，最后经过煅烧获得针状焦；焦炭塔高温油气经分馏塔分成燃气和焦化油，作为产品输出系统，该工艺能够精准控制煤系针状焦原料的成焦反应程度，避免设备管道中的结焦堵塞，实现煤系针状焦生产的长周期稳定运行。

Description

一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺

技术领域

本发明属于针状焦制备技术领域，涉及一种制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体涉及一种同时具有热缩聚塔和焦化塔的多塔延迟焦化工艺。

背景技术

针状焦是一种具有低灰、低热膨胀、高导电、高各向异性等优点的优质碳材料，广泛应用于高功率/超高功率石墨电极、锂电池负极材料、特种石墨材料等诸多领域。根据原料不同，分为煤系针状焦和油系针状焦。煤系针状焦的原料以煤焦油沥青等为代表，相比于渣油、催化油浆等油系针状焦原料，特点是多环芳烃含量高、烷烃含量低、重金属含量低。目前煤系针状焦的工业生产沿用石油化工的延迟焦化工艺，但由于其原料多环芳烃含量高，中间相形成过程中体系粘度升高较快，因此存在加热炉管易结焦、工艺过程难控制。设计适用于煤系针状焦生产的延迟焦化工艺是煤系针状焦生产能否长周期稳定运行的关键。

公开号为CN100362081的专利公开了一种“煤系针状焦的工业化生产工艺”，具体过程是将煤焦油沥青，经真空闪蒸后的闪蒸油进行分段冷凝，得到重、中、轻三段馏分；采用改进的沥青循环法将中段闪蒸油进行缩聚反应得到缩聚沥青；将缩聚沥青和重闪蒸油在氮气存在的条件下进行延迟焦化处理，在结焦后期进行拉焦；最后经过煅烧得到煤系针状焦。该工艺是通过闪蒸获得延迟焦化原料，通过缩聚使闪蒸油中的较小分子量组分转化为能够进行延迟焦化的缩聚沥青，以煤焦油沥青计算的最终针状焦收率低；而且煤系原料多环芳烃类含量高，其由生成中间相到最终固化成焦过程很难掌握，因此将煤系原料进行延迟焦化，溶剂在加热炉等部位发生结焦，最终影响整个工艺过程的稳定运行。

公开号为CN104232130的专利公开了一种“一种针状焦的生产工艺”，包括如下步骤：将煤焦油沥青与游离碳组分加热反应后得到改质沥青；将改质沥青与溶剂混合，采用物理分离方法除去不溶物；将澄清液与石油系针状焦原料混合，分离出溶剂后得到针状焦原料；将针状焦原料进行延迟焦化处理，得到针状生焦；经煅烧制备得到针状焦。该方法将热处理后的煤焦油沥青与石油系原料，共同进行延迟焦化生产针状焦，通过掺加石油系原料改善针状焦生产工艺的稳定性。但由于煤焦油沥青和石油系原料的分子结构和组成存在较大差异，掺加的石油系原料比例比较小，而且两种原料的中间相形成和成焦反应条件不同，因此延迟焦化工艺条件需要根据原料不同进行调整，难以长周期稳定运行。

上述现有技术存在无法控制煤系针状焦原料在延迟焦化过程中的反应进程，溶剂发生加热炉炉管、进料管道等位置结焦，工艺流程难以长周期稳定运行等问题。

发明内容

针对如何精准控制煤系针状焦原料的中间相生成和焦化反应进程，防止原料在设备管道中结焦等问题，实现煤系针状焦生产工艺流程长周期稳定运行，本发明提供了一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，特别是一种同时具有热缩聚塔和焦化塔的多塔延迟焦化工艺。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体步骤如下：

步骤一、精制原料经低温加热炉加热后送入热聚合塔，在惰性气氛或还原气氛内，反应温度控制在390℃-450℃，反应压力控制在0-0.4MPa，搅拌1h-3h；

步骤二、当物料的中间相含量达到30%-60%时，将热聚合釜内获得的含有中间相的物料与惰性油共同送入高温加热炉；

步骤三、将高温加热炉内的混合物料温度升高到470℃-510℃，并将混合物料送入到焦炭塔；

步骤四、控制焦炭塔内的温度为450℃-495℃，生焦时间为24h-36h，生焦压力为0.1MPa-0.5MPa，混合物料在焦炭塔内生成生焦；

步骤五、生焦经过1450℃高温煅烧，得针状焦；

步骤六、焦炭塔内的高温油气送入分馏塔，分馏塔内的180℃-200℃塔顶气相经冷凝器冷却，冷却后的气液混合物送入气液分离器中分离得燃气和焦化油，焦化油与分馏塔中部分馏出的250℃-280℃焦化油馏分一起流入液相罐，燃气和焦化油作为产品输出系统，分馏塔底的330℃-370℃塔底重油送入高温加热炉进料口。

精制原料为煤焦油、煤沥青、改质沥青等原料中的一种或任意两种的混合物、或三种的混合物经过预处理后的喹啉不溶物含量小于0.1%的精制原料。

惰性油为四氢萘、十氢萘、液体石蜡、柴油、石油渣油、催化裂化油浆中的一种或任意几种的混合物。

其中，作为优选的，还原气氛为氢气。

在步骤二中，含中间相的物料与惰性油比例为1:1-2.5:1。

在步骤四中，焦炭塔内生焦时间为24h-36h，压力为0.1Mpa-0.5Mpa。

本发明与现有技术相比，具体有益效果体现在：该工艺能够精确控制煤系针状焦原料的成焦反应程度，避免设备管道中的结焦堵塞，实现煤系针状焦生产的长周期稳定运行。

附图说明

图1为本发明的工艺路线图。

图2为实施例一、二、三、四、五、六中所得针状焦的产品测试指标对比图。

图中，1为低温加热炉，2为热聚合塔，3为高温加热炉，4为焦化塔，5为分馏塔，6为冷凝器，7为气液分离器，8为液相罐。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1-2所示，一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体步骤如下：

一、中温煤沥青经溶剂预处理后的精制原料，精制原料中喹啉不溶物含量为0.08%，精制原料经低温加热炉1加热到395℃后并送入热聚合塔2，在氮气气氛、反应温度390℃、反应压力0.1MPa的条件下，搅拌3h；

二、当物料的中间相含量达到35%时，将热聚合釜内获得的含有中间相的物料与柴油共同送入高温加热炉3；

三、将高温加热炉3内的混合物料温度升高到486℃，并将混合物料送入到焦炭塔；

四、控制焦炭塔内的温度为482℃，生焦时间为30h，生焦压力为0.3MPa，混合物料在焦炭塔内生成生焦；

五、生焦经过1450℃高温煅烧，得针状焦；

六、焦炭塔内的高温油气送入分馏塔5，分馏塔5内的190℃塔顶气相经冷凝器6冷却，冷却后的气液混合物送入气液分离器7中分离得燃气和焦化油，焦化油与分馏塔5中部分馏出的260℃焦化油馏分一起流入液相罐8，燃气和焦化油作为产品输出系统，分馏塔5底的340℃塔底重油送入高温加热炉3进料口。

实施例二

一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体步骤如下：

一、高温煤焦油经溶剂预处理后的精制原料，精制原料中喹啉不溶物含量为0.03%，精制原料经低温加热炉1加热到386℃后并送入热聚合塔2，在氮气气氛、反应温度380℃、反应压力0.2MPa的条件下，搅拌1.5h；

二、当物料的中间相含量达到32%时，将热聚合釜内获得的含有中间相的物料与四氢萘、柴油的混合物共同送入高温加热炉3；

三、将高温加热炉3内的混合物料温度升高到486℃，并将混合物料送入到焦炭塔；

四、控制焦炭塔内的温度为498℃，生焦时间为28h，生焦压力为0.2MPa，混合物料在焦炭塔内生成生焦；

五、生焦经过1450℃高温煅烧，得针状焦；

六、焦炭塔内的高温油气送入分馏塔5，分馏塔5内的185℃塔顶气相经冷凝器6冷却，冷却后的气液混合物送入气液分离器7中分离得燃气和焦化油，焦化油与分馏塔5中部分馏出的270℃焦化油馏分一起流入液相罐8，燃气和焦化油作为产品输出系统，分馏塔5底的350℃塔底重油送入高温加热炉3进料口。

实施例三

一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体步骤如下：

一、中温煤沥青经溶剂预处理后的精制原料，精制原料中喹啉不溶物含量为0.05%，精制原料经低温加热炉1加热到430℃后并送入热聚合塔2，在氮气气氛、反应温度425℃、反应压力0.4MPa的条件下，搅拌2h；

二、当物料的中间相含量达到40%时，将热聚合釜内获得的含有中间相的物料与柴油共同送入高温加热炉3；

三、将高温加热炉3内的混合物料温度升高到505℃，并将混合物料送入到焦炭塔；

四、控制焦炭塔内的温度为470℃，生焦时间为30h，生焦压力为0.3MPa，混合物料在焦炭塔内生成生焦；

五、生焦经过1450℃高温煅烧，得针状焦；

六、焦炭塔内的高温油气送入分馏塔5，分馏塔5内的180℃塔顶气相经冷凝器6冷却，冷却后的气液混合物送入气液分离器7中分离得燃气和焦化油，焦化油与分馏塔5中部分馏出的262℃焦化油馏分一起流入液相罐8，燃气和焦化油作为产品输出系统，分馏塔5底的345℃塔底重油送入高温加热炉3进料口。

实施例四

一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体步骤如下：

一、煤沥青与煤焦油的混合物经溶剂预处理后的精制原料，精制原料中喹啉不溶物含量为0.05%，精制原料经低温加热炉1加热到395℃后并送入热聚合塔2，在氮气气氛、反应温度390℃、反应压力0的条件下，搅拌3h；

二、当物料的中间相含量达到30%时，将热聚合釜内获得的含有中间相的物料与四氢萘共同送入高温加热炉3；

三、将高温加热炉3内的混合物料温度升高到470℃，并将混合物料送入到焦炭塔；

四、控制焦炭塔内的温度为450℃，生焦时间为36h，生焦压力为0.1MPa，混合物料在焦炭塔内生成生焦；

五、生焦经过1450℃高温煅烧，得针状焦；

六、焦炭塔内的高温油气送入分馏塔5，分馏塔5内的180℃塔顶气相经冷凝器6冷却，冷却后的气液混合物送入气液分离器7中分离得燃气和焦化油，焦化油与分馏塔5中部分馏出的280℃焦化油馏分一起流入液相罐8，燃气和焦化油作为产品输出系统，分馏塔5底的370℃塔底重油送入高温加热炉3进料口。

实施例五

一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，具体步骤如下：

一、煤沥青与煤焦油的混合物经溶剂预处理后的精制原料，精制原料中喹啉不溶物含量为0.02%，精制原料经低温加热炉1加热到400℃后并送入热聚合塔2，在氮气气氛、反应温度445℃、反应压力0.3MPa的条件下，搅拌1.2h；

二、当物料的中间相含量达到35%时，将热聚合釜内获得的含有中间相的物料与四氢萘、十氢萘、柴油的混合物共同送入高温加热炉3；

三、将高温加热炉3内的混合物料温度升高到480℃，并将混合物料送入到焦炭塔；

四、控制焦炭塔内的温度为480℃，生焦时间为30h，生焦压力为0.4MPa，混合物料在焦炭塔内生成生焦；

五、生焦经过1450℃高温煅烧，得针状焦；

六、焦炭塔内的高温油气送入分馏塔5，分馏塔5内的190℃塔顶气相经冷凝器6冷却，冷却后的气液混合物送入气液分离器7中分离得燃气和焦化油，焦化油与分馏塔5中部分馏出的260℃焦化油馏分一起流入液相罐8，燃气和焦化油作为产品输出系统，分馏塔5底的350℃塔底重油送入高温加热炉3进料口。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。

Claims (6)

1.一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，其特征在于，具体步骤如下：

一、精制原料经低温加热炉加热后送入热聚合塔，在惰性气氛或还原气氛内，反应温度控制在390℃-450℃，反应压力控制在0-0.4MPa，搅拌1h-3h；

二、当物料的中间相含量达到30%-60%时，将热聚合塔内获得的含有中间相的物料与惰性油共同送入高温加热炉；

三、将高温加热炉内的混合物料温度升高到470℃-510℃，并将混合物料送入到焦炭塔；

四、控制焦炭塔内的温度为450℃-495℃，生焦时间为24h-36h，生焦压力为0.1MPa-0.5MPa，混合物料在焦炭塔内生成生焦；

五、生焦经过1450℃高温煅烧，得针状焦；

六、焦炭塔内的高温油气送入分馏塔，分馏塔内的180℃-200℃塔顶气相经冷凝器冷却，冷却后的气液混合物送入气液分离器中分离得燃气和焦化油，焦化油与分馏塔中部分馏出的250℃-280℃焦化油馏分一起流入液相罐，分馏塔底的330℃-370℃塔底重油送入高温加热炉进料口。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，其特征在于，所述精制原料为煤焦油、煤沥青、改质沥青中的一种或任意几种的混合物经过预处理后的喹啉不溶物含量小于0.1%的精制原料。

3.根据权利要求2所述的一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，其特征在于，所述惰性油为四氢萘、十氢萘、液体石蜡、柴油、石油渣油、催化裂化油浆中的一种或任意几种的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，其特征在于，所述还原气氛为氢气。

5.根据权利要求4所述的一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，其特征在于，步骤二中，含中间相的物料与惰性油比例为1:1-2.5:1。

6.根据权利要求5所述的一种用于制备煤系针状焦的延迟焦化工艺，其特征在于，步骤四中，焦炭塔内生焦时间为24h-36h，压力为0.1Mpa-0.5Mpa。

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