CN109650375A - 一种制备沥青基中间相炭微球的新方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备沥青基中间相炭微球的新方法，属于炭素材料制备的技术领域，以一定比例混合的中温沥青和中间相沥青为原料，通过原料预热处理、预热聚合和热聚合三个不同温度反应阶段，得到热聚合产物，热聚合产物通过热过滤、离心沉降、溶剂抽提清洗三种分离方法，得到粉体产物和中间相沥青，粉体产物在一定温度下真空干燥，可得到粒径为1μm‑3μm的中间相炭微球，分离得到的中间相沥青，可作为原料使用，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于炭素材料制备的技术领域，具体涉及一种制备沥青基中间相炭微球的新方法。
背景技术
中间相炭微球具有热稳定性、化学惰性、高堆积密度、优良的导电性和导热性及易于石墨化等优异的性能，作为高效液色谱柱填料、催化剂载体、超高比表面积活性炭和锂离子电池负极材料等广泛应用。。
发明内容
本发明为解决现有的沥青基中间相炭微球制备过程中微球颗粒粒度分布均匀差、后续分离困难等问题，提出一种沥青基中间相炭微球的制备方法。本发明包括以下步骤：
步骤A、选取中温煤焦油沥青为原料，与热聚合反应得到的中间相沥青按
照1：1-1.2比例混合，在氮气保护下，先后置于预混合釜、预反应釜内，分别在250℃-270℃、4小时和320℃-340℃、4小时条件下进行原料预处理；
步骤B、预处理后的沥青置于反应釜内，在氮气保护下，反应压力在0.4-1.0MPa范围，热聚合温度在375-385℃范围，进行8小时-16小时热聚合；
步骤C、热聚后沥青冷却到150℃-170℃，加入适量喹啉溶剂，制备出固含量20%左右的热聚后沥青悬浮液，温度控制在70℃-90℃范围；
步骤D、热聚后沥青悬浮液经过160目滤网初步过滤，除去杂质，通过滤网的悬浮液，再经过喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机分离出粒径1μm以上炭微球颗粒，同时得到中间相沥青喹啉溶液；
步骤E、在炭微球分散釜内，炭微球粉体被甲苯进行初步分散制备出固含量30%左右的甲苯悬浮液，送到甲苯热回流清洗器侧壁为微滤膜的分离罐中，利用甲苯热回流反复抽提、清洗炭微球颗粒表面粘有喹啉、沥青等物质，清洗后的炭微球颗粒送至厢式真空干燥器内，在温度110℃-120℃、真空度0.03MPa-0.07MPa、干燥2小时-4小时条件下，得到粒径为1μm-3μm的中间相炭微球，抽出的甲苯蒸汽经过冷却器，得到液态甲苯；
步骤F、在热回流加热器最终得到的甲苯洗液，采用蒸馏方法分离出甲苯和溶有中间相沥青的喹啉溶液，汽化的甲苯冷凝后，进入甲苯储罐，蒸馏釜釜底得到溶有中间相沥青的喹啉溶液与来自喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机的中间相沥青喹啉溶液混合，进行蒸馏分离，得到喹啉溶剂和中间相沥青；
步骤G、中温煤焦油和分离出的中间相沥青按照1：1-1.2比例混合，重复步骤A至步骤F，制备出粒径为1μm-3μm中间相炭微球；
步骤H、步骤A至步骤B热解得到的气体产物，经过冷却分离，得到氢气、甲烷等混合气体和液态裂解产物。
有益效果：本发明采用预热分解、预热聚合、热聚合三步相结合的方法制备沥青基中间相炭微球，中温沥青和中间相沥青混合原料经过一步预热分解、两步热聚合、过滤除杂质、离心沉降分离、洗液热回流抽提除杂、真空加热干燥等过程，可获得粒径在1μm-3μm范围的中间相炭微球，解决中间相炭微球制备过程中炭微球粒度分布均匀差、炭微球与中间相沥青分离困难等问题。该制备沥青基中间相炭微球的方法，具有炭微球颗粒尺寸可控、均匀性好、后续分离比较容易等特点，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是实现本发明的工艺流程示意图。
完成本发明的工艺流程设备（图1）包括带有加热系统的中温沥青储罐1、
预混合釜2、预反应釜3、反应釜4、反应产物换热器5、反应产物分散釜6、气液分离器7、液相裂解产物储罐8、反应产物输送泵9、除杂过滤分离器10、喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机11、炭微球分散釜12、甲苯热回流清洗器13、热回流加热器14、厢式真空干燥器15、冷却器16、蒸馏釜17、冷却器18、甲苯储罐19、换热器20、蒸馏釜21、冷却器22、喹啉储罐23和中间相沥青储罐24组成；选取中温煤焦油沥青、中间相沥青为原料，中温沥青在中温沥青储罐1内被加热230℃，与来自中间相沥青储罐24的230℃左右中间相沥青按照1：1-1.2比例混合，送至沥青原料预混合釜2，在氮气保护下，加热至250℃-270℃，保温4小时，达到沥青分子初步热解和除去低沸点组分，初步处理后的原料进入预反应釜3内，在氮气保护下，加热至320℃-340℃，预热聚合反应4小时，沥青分子进一步热解和初步热聚合，提高适宜成球的沥青芳香组成含量，预热聚合原料进入反应釜4内，在氮气保护下，加热至375-385℃，反应压力在0.4-1.0MPa，进行热聚合8小时-16小时热聚合，热聚后沥青经过反应产物换热器5冷却到150℃-170℃，在反应产物分散釜6加入适量喹啉溶剂，制备出固含量20%左右的热聚后沥青悬浮液，温度控制在70℃-90℃范围，热聚后沥青悬浮液在反应产物除杂过滤分离器10内通过160目滤网进行初步过滤除杂，过滤后的热聚后沥青悬浮液，经过喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机11进行离心沉降，得到粒径在1μm以上炭微球和中间相沥青喹啉混合液，在炭微球分散釜12内，炭微球粉体被甲苯进行初步分散形成固含量30%左右的甲苯悬浮液，输送到甲苯热回流清洗器13中侧壁为微滤膜的分离罐中，利用甲苯被加热、汽化、冷凝、清洗、回流、加热进行热回流抽提清洗炭微球颗粒表面粘有喹啉、沥青等物质，清洗后的炭微球颗粒送至厢式真空干燥器15内，在温度110℃-120℃、真空度0.03MPa-0.07MPa、干燥2小时-4小时条件下，得到粒径为1μm-3μm的中间相炭微球，真空抽出的甲苯蒸汽经过冷却器16，得到液态甲苯，甲苯洗液利用热回流加热器14和甲苯热回流清洗器13进行加热、汽化、冷却、洗涤、回流、加热形成甲苯循环回流抽提清洗，喹啉、中间相沥青富集在热回流加热器14中，将洗涤下来的喹啉、中间相沥青和少量的甲苯，送至蒸馏釜17，利用蒸馏方法，甲苯蒸汽经过冷却器18冷凝得到液态甲苯，送至甲苯储罐19，作为补充甲苯循环洗涤溶剂和离心沉降炭微球的分散剂，蒸馏釜17釜底得到的中间相沥青喹啉溶液，与来自喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机11得到的中间相沥青喹啉溶液混合，送至蒸馏釜21，利用蒸馏方法，喹啉蒸汽经过冷却器22冷凝得到液态喹啉，送至喹啉储罐23，作为沥青热聚合产物的分散、溶解原料，蒸馏釜21釜底的中间相沥青送至中间相沥青储罐24，与中温沥青按照一定配比，作为中间相炭微球的原料，沥青原料在预混合釜2、预反应釜3和反应釜4中热解、预热聚合和热聚合反应过程产生的气体产物，经过气液分离器7冷却分离，得到氢气、甲烷等混合气体和液态有机物，液态有机物送至液相裂解产物储罐。
具体实施方式
参见图1，本实施方式由以下步骤组成：
步骤A、选取被加热230℃中温煤焦油沥青与热聚合反应得到的230℃左右
中间相沥青按照1：1-1.2比例混合，送至预混合釜，在氮气保护下，加热至250℃-270℃，保温4小时，预处理后原料进入预反应釜内，在氮气保护下，加热至320℃-340℃，预热聚合反应4小时；
步骤B、预热聚合沥青进入反应釜内，在氮气保护下，加热至375-385℃，
反应压力在0.4-1.0MPa，进行热聚合8小时-16小时热聚合；
步骤C、热聚后沥青经过反应产物换热器冷却到150℃-170℃，在反应产物分散釜加入适量喹啉溶剂，制备出固含量20%左右的热聚后沥青悬浮液，温度控制在70℃-90℃范围；
步骤D、热聚后沥青悬浮液在反应产物除杂过滤分离器内，经过160目筛网初步过滤除杂，过滤掉粒径大于100μm左右的固体颗粒，初步过滤后热聚后沥青悬浮液，进入喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机，经过离心沉降，得到粒径在1μm以上炭微球粉体和喹啉、中间相沥青混合液；
步骤E、在炭微球分散釜内，炭微球粉体被甲苯进行初步分散，制备出固含量30%左右的甲苯悬浮液，送到甲苯热回流清洗器侧壁为微滤膜的分离罐中，利用甲苯热回流反复抽提清洗炭微球颗粒表面粘有喹啉、沥青等物质，清洗后的炭微球颗粒送至厢式真空干燥器内，在温度110℃-120℃、真空度0.03MPa-0.07MPa、干燥2小时-4小时条件下，得到粒径为1μm-3μm的中间相炭微球，抽出的甲苯蒸汽经过冷却器，得到液态甲苯；
步骤F、甲苯洗液利用热回流加热器和甲苯热回流清洗器进行加热、汽化、冷却、洗涤、回流、加热形成甲苯回流抽提清洗，喹啉、中间相沥青富集在热回流加热器中，将洗涤下来的喹啉、中间相沥青和少量的甲苯送至蒸馏釜，利用蒸馏方法，甲苯蒸汽经过冷却器冷凝得到液态甲苯，送至甲苯储罐，作为补充甲苯循环洗涤溶剂和炭微球的分散剂的需要量，蒸馏釜釜底得到一定量中间相沥青喹啉溶液，与来自喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机得到的中间相沥青喹啉混合溶液，送至蒸馏釜，利用蒸馏方法，喹啉蒸汽经过冷却器冷凝得到液态喹啉，送至喹啉储罐，作为沥青热聚合产物的分散、溶解原料，蒸馏釜釜底的中间相沥青，送至中间相沥青储罐；
步骤G、中温煤沥青与分离出的中间相沥青按照1：1-1.2比例混合，重复步骤A至步骤F，制备出粒径为1μm-3μm中间相炭微球；
步骤H、步骤A至步骤B热解得到的气体产物，经过气液分离器冷却分离，得到氢气、甲烷等混合气体和液态有机物，液态有机物送至裂解产品液体储罐。
Claims (3)
1.一种制备沥青基中间相炭微球的新方法，其特征在于：它的具体制备工艺过程如下：
步骤A、选取中温煤焦油沥青为原料，与热聚合反应得到的中间相沥青按
照1：1-1.2比例混合，在氮气保护下，先后置于预混合釜、预反应釜内，分别在250℃-270℃、4小时和320℃-340℃、4小时条件下进行原料预处理；
步骤B、预处理后的沥青置于反应釜内，在氮气保护下，反应压力在0.4-1.0MPa范围，热聚合温度在375-385℃范围，进行8小时-16小时热聚合；
步骤C、热聚后沥青冷却到150℃-170℃，加入适量喹啉溶剂，制备出固含量20%左右的热聚后沥青悬浮液，温度控制在70℃-90℃范围；
步骤D、热聚后沥青悬浮液经过160目滤网初步过滤，除去杂质，通过滤网的悬浮液，再经过喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机分离出粒径1μm以上炭微球颗粒，同时得到中间相沥青喹啉溶液；
步骤E、在炭微球分散釜内，炭微球粉体被甲苯进行初步分散制备出固含量30%左右的甲苯悬浮液，送到甲苯热回流清洗器侧壁为微滤膜的分离罐中，利用甲苯热回流反复抽提、清洗炭微球颗粒表面粘有喹啉、沥青等物质，清洗后的炭微球颗粒送至厢式真空干燥器内，在温度110℃-120℃、真空度0.03MPa-0.07MPa、干燥2小时-4小时条件下，得到粒径为1μm-3μm的中间相炭微球，抽出的甲苯蒸汽经过冷却器，得到液态甲苯；
步骤F、在热回流加热器最终得到的甲苯洗液，采用蒸馏方法分离出甲苯和溶有中间相沥青的喹啉溶液，汽化的甲苯冷凝后，进入甲苯储罐，蒸馏釜釜底得到溶有中间相沥青的喹啉溶液与来自喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机的中间相沥青喹啉溶液混合，进行蒸馏分离，得到喹啉溶剂和中间相沥青；
步骤G、中温煤焦油和分离出的中间相沥青按照1：1-1.2比例混合，重复步骤A至步骤F，制备出粒径为1μm-3μm中间相炭微球；
步骤H、步骤A至步骤B热解得到的气体产物，经过冷却分离，得到氢气、甲烷等混合气体和液态裂解产物。
2.根据权利要求1所述的一种制备沥青基中间相炭微球的新方法，其特征在于：步骤A和步骤B中所述的原料为按照1：1-1.2比例混合的中温煤焦油沥青和中间相沥青，在惰性气体保护下，分别经过250℃-270℃、4小时和320℃-340℃、4小时两个阶段热反应，热反应后的原料在0.4-1.0MPa、375-385℃和8小时-16小时反应条件下进一步热聚合反应。
3.根据权利要求1所述的一种制备沥青基中间相炭微球的新方法，其特征在于：步骤C、步骤D和步骤E中所述热聚后沥青与喹啉溶剂混合，制备出固含量20%左右的热聚后沥青悬浮液，通过三种分离方法进行有效分离，70℃-90℃热聚后沥青悬浮液经过160目滤网初步过滤，除去粒径在100μm以上杂质，经过喷嘴卸料蝶式离心沉降分离机分离出粒径在1μm以上炭微球颗粒，分离出的炭微球颗粒置于甲苯热回流清洗器中的侧壁为微滤膜的分离罐中，利用甲苯热回流反复抽提清洗炭微球颗粒表面杂质，清洗后的炭微球颗粒置于厢式真空干燥器内，在温度110℃-120℃、真空度0.03MPa-0.07MPa、干燥2小时-4小时条件下，得到粒径为1μm-3μm的中间相炭微球。
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| CN201910158601.8A CN109650375A (zh) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | 一种制备沥青基中间相炭微球的新方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112708436A (zh) * | 2019-10-25 | 2021-04-27 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 中间相沥青制备系统和中间相沥青制备方法 |
| CN112708435A (zh) * | 2019-10-25 | 2021-04-27 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 改质沥青制备方法 |
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| CN112708436A (zh) * | 2019-10-25 | 2021-04-27 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 中间相沥青制备系统和中间相沥青制备方法 |
| CN112708435A (zh) * | 2019-10-25 | 2021-04-27 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 改质沥青制备方法 |
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