CN1118538C - 一种制备各向同性焦的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用煤焦油或石油渣油蒸馏液为原料制备各向同性焦的方法，将煤焦油或石油渣油蒸馏液置于反应器中加热，加热到120℃时，开始搅拌并通入含氧气体，气体的流量为每100克原料5l/h～45l/h，反应温度为260-430℃，达到反应温度后，恒温，反应时间为5～15小时，得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物；将氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物在温度为460-500℃下，压力为0.1～1MPa下，氮气保护下，焦化生成各向同性焦。本方法制备简单，易于操作，所制备的各向同性焦的光学组织为细镶嵌组织或极细镶嵌组织。
Description
本发明涉及一种用煤焦油或石油渣油蒸馏液原料制备各向同性焦的方法。
随着科学技术的发展，在各个领域对炭素制品的性能提出了更高的要求。普通的炭素制品虽有其固有的优点，但在各种苛刻的条件下，仍不能完全满足要求。炭素材料大体上可分为各向异性和各向同性两大类，各向同性炭制品一般具有良好的高温性能，导电性和导热性好，灰分含量低，比电阻小，化学稳定性高，在大部分非氧化的酸碱盐和气体介质中不腐蚀不溶解。应用的范围涉及到机械、冶金、化工、半导体、宇航等领域。
各向同性焦以其独特的性能，与各向异性焦一样在炭素工业中有着举足轻重的作用。各向同性焦在国外发展很快，美国的大湖公司、日本的山井等已能生产多种系列的各向同性焦且广泛应用于多种行业，目前，各向同性焦的应用技术在国内已渗透到各个领域，如高温高压下的机械密封制品、放电加工技术中的电极、耐冲击摩擦磨损的机械零件、原子能反应堆的石墨减速层材料以及其它技术用炭素制品。
《新型炭材料》1998年第2期12-20页报道了用适当的溶剂萃取沥青在热处理过程中结晶出的中间相，并将其压形、焙烧制备各向同性炭素材料的方法。
一般市售的炭素材料是以具有条状组织结构且较大尺寸的焦炭为骨料制造的，故难以使它的制品具有各向同性的特性。以蒽焦、萘焦、菲焦等具有细镶嵌组织的原料为骨料，或用各种酚醛聚合物、丙酮糠醛聚合物和酚醛树脂在高温下炭化转为成各向同性碳。但用这些方法制备各向同性碳是昂贵的，因为这些材料的价格高。
日本专利特公昭60-24043公开了用煤焦油或石油渣油蒸馏液原料在催化剂存在条件下制成各向同性焦，但其对催化剂分散及去除等操作条件要求苛刻，不易操作。
本发明的目的是提供一种易于操作的制备各向同性焦的方法。
本发明的方法是将煤焦油或石油渣油蒸馏液原料和含氧的气体直接接触，以除去蒸馏液的蒸发份，同时发生缩合、交联化学反应，直至蒸馏液转化为类似沥青的物质，焦化后就得各向同性焦。
本发明的具体步骤如下：
(1)将煤焦油或石油渣油蒸馏液置于反应器中加热，加热到120℃时，开始搅拌并通入含氧气体，气体的流量为每100克原料5l/h～45l/h，反应温度为260-430℃，达到反应温度后，恒温，反应时间为5～15小时，得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物；
(2)将氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物在温度为460-500℃下，压力为0.1～1MPa下，氮气保护下，焦化生成各向同性焦。
如上所述的煤焦油蒸馏液是200～400℃沸点范围内的各类油的馏分。
如上所述的石油渣油蒸馏液是200～600℃沸点范围内的直馏油。
如上所述的含氧气体为空气。
本发明制备的各向同性焦的测试方法如下：
所制各向同性焦从外表上看是硬质、玻璃状、难熔、具有光泽的黑色物质，可以用偏光显微镜测定，将试样用硫磺包埋，并且抛光研磨到象镜子一样光滑，在有正交尼科耳棱晶反射偏振光的显微镜下观察其抛面，组织结构为细镶嵌组织或极细镶嵌组织。
本发明的原理是空气中的氧气与碳氢化合物的蒸馏液接触反应，氧导致碳氢化合物分子形成自由基，经自由基反应使反应物分子量增加，大多数已经与碳氢化合物反应的氧在排气过程中作为水蒸气逸出，部分氧遗留在高分子沥青物质中。
本发明用一种简单、经济的方法制备出各向同性焦，且所用方法易于操作、可控性强，所制备的各向同性焦的光学组织为细镶嵌组织或极细镶嵌组织，而且所用原料价格便宜易于买到。
本发明的实施例如下：
实施例1
将107克煤焦油蒸馏液装入反应器中并以2℃/min的加热速率加热，在120℃开始搅拌并通入空气，通入的空气以15l/h的速率均匀地输入到反应器底部的煤焦油蒸馏液中，至最终反应温度310℃恒温，反应时间为8小时。
将空气氧化的煤焦油蒸馏物装入玻璃管中，装入管式反应器中，密封后的管式反应器充氮气达到压力0.1MPa放入焦化炉中，以2℃/min的加热速率升到反应温度，在焦化的同时产生的气体通过控制阀排掉，保持压力不变，直至焦化结束，从管中取出制得的块状焦进行测定。
所得焦块则用硫磺包埋后，经磨片，抛光后观察显微结构呈细镶嵌组织。
实施例2
将100克煤焦油蒸馏液装入反应器中并以2℃/min的加热速率加热，在120℃开始搅拌并通入空气，通入的空气以15l/h的速率均匀地输入到反应器底部的煤焦油蒸馏液中，至最终反应温度430℃恒温，反应时间为5小时。
将空气氧化的煤焦油蒸馏物装入玻璃管中，装入管式反应器中，密封后的管式反应器充氮气达到压力0.4MPa放入焦化炉中，以2℃/min的加热速率升到反应温度，在焦化的同时产生的气体通过控制阀排掉，保持压力不变，直至焦化结束，从管中取出制得的块状焦进行测定。
所得焦块则用硫磺包埋后，经磨片，抛光后观察显微结构呈细镶嵌组织。
实施例3
将106克石油渣油蒸馏液装入反应器中并以2℃/min的加热速率加热，在120℃开始搅拌并通入空气，通入的空气以35l/h的速率均匀地输入到反应器底部的煤焦油蒸馏液中，至最终反应温度260℃恒温，反应时间为15小时。
将空气氧化的石油渣油蒸馏物装入玻璃管中，装入管式反应器中，密封后的管式反应器充氮气达到压力1MPa放入焦化炉中，以2℃/min的加热速率升到反应温度，在焦化的同时产生的气体通过控制阀排掉，保持压力不变，直至焦化结束，从管中取出制得的块状焦进行测定。
所得焦块则用硫磺包埋后，经磨片，抛光后观察显微结构呈细镶嵌组织。
实施例4
将103克石油渣油蒸馏液装入反应器中并以2℃/min的加热速率加热，在120℃开始搅拌并通入空气，通入的空气以15l/h的速率均匀地输入到反应器底部的煤焦油蒸馏液中，至最终反应温度370℃恒温，反应时间为6小时。
将空气氧化的石油渣油蒸馏物装入玻璃管中，装入管式反应器中，密封后的管式反应器充氮气达到压力0.1MPa放入焦化炉中，以2℃/min的加热速率升到反应温度，在焦化的同时产生的气体通过控制阀排掉，保持压力不变，直至焦化结束，从管中取出制得的块状焦进行测定。
所得焦块则用硫磺包埋后，经磨片，抛光后观察显微结构呈细镶嵌组织。
实施例5
将110克煤焦油蒸馏液装入反应器中并以2℃/min的加热速率加热，在120℃开始搅拌并通入空气，通入的空气以15l/h的速率均匀地输入到反应器底部的煤焦油蒸馏液中，至最终反应温度350℃恒温，反应时间为6小时。
将空气氧化的煤焦油蒸馏物装入玻璃管中，装入管式反应器中，密封后的管式反应器充氮气达到压力0.8MPa放入焦化炉中，以2℃/min的加热速率升到反应温度，在焦化的同时产生的气体通过控制阀排掉，保持压力不变，直至焦化结束，从管中取出制得的块状焦进行测定。
所得焦块则用硫磺包埋后，经磨片，抛光后观察显微结构呈细镶嵌组织。
实施例6
将116克煤焦油蒸馏液装入反应器中并以2℃/min的加热速率加热，在120℃开始搅拌并通入空气，通入的空气以5l/h的速率均匀地输入到反应器底部的煤焦油蒸馏液中，至最终反应温度330℃恒温，反应时间为11小时。
将空气氧化的煤焦油蒸馏物装入玻璃管中，装入管式反应器中，密封后的管式反应器充氮气达到压力0.8MPa放入焦化炉中，以2℃/min的加热速率升到反应温度，在焦化的同时产生的气体通过控制阀排掉，保持压力不变，直至焦化结束，从管中取出制得的块状焦进行测定。
所得焦块则用硫磺包埋后，经磨片，抛光后观察显微结构呈细镶嵌组织。
实施例7
将119克煤焦油蒸馏液装入反应器中并以2℃/min的加热速率加热，在120℃开始搅拌并通入空气，通入的空气以45l/h的速率均匀地输入到反应器底部的煤焦油蒸馏液中，至最终反应温度330℃恒温，反应时间为7小时。
将空气氧化的煤焦油蒸馏物装入玻璃管中，装入管式反应器中，密封后的管式反应器充氮气达到压力0.8MPa放入焦化炉中，以2℃/min的加热速率升到反应温度，在焦化的同时产生的气体通过控制阀排掉，保持压力不变，直至焦化结束，从管中取出制得的块状焦进行测定。
所得焦块则用硫磺包埋后，经磨片，抛光后观察显微结构呈细镶嵌组织。
Claims (2)
1.一种制备各向同性焦的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将煤焦油或石油渣油蒸馏液置于反应器中加热，加热到120℃时，开始搅拌并通入空气，气体的流量为每100克原料5l/h～45l/h，反应温度为260-430℃，达到反应温度后，恒温，反应时间为5～15小时，得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物；
(2)将氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物在温度为460-500℃下，压力为0.1～1MPa下，氮气保护下，焦化生成各向同性焦。
2.如权利要求1所述的一种制备各向同性焦的方法，其特征在于所述的煤焦油蒸馏液是200～400℃沸点范围内的各类油的馏分；所述的石油渣油蒸馏液是200～600℃沸点范围内的直馏油。
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