專利名稱：一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種制備針狀焦的方法，具體地說涉及一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法。
背景技術(shù)：
針狀焦是生產(chǎn)超高功率石墨電極的主要原料。按照原料來源，針狀焦可分為石油系和煤系兩大類。盡管二者的生產(chǎn)工藝不盡相同，但用途基本上是相同的。
煤系原料如煤焦油及其瀝青作為制備普通高功率電極用針狀焦已得到應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)特點是芳香度較高，烷基側(cè)鏈極少，幾乎不含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)；石油系原料如催化油漿則含有較多的脂肪側(cè)鏈和豐富的環(huán)烷結(jié)構(gòu)。由此可見，兩類原料的結(jié)構(gòu)明顯不同。二者單獨焦化，對原料要求極高，且不易制得性能較高的針狀焦。如果將它們直接混合后進(jìn)行焦化，則在熱解過程中由于相容性較差將導(dǎo)致相與相的分離，最終造成體系反應(yīng)不均勻而產(chǎn)生鑲嵌結(jié)構(gòu)，從而無法制備得到性能較好的針狀焦。
煤系原料焦化后收率較高，且我國的煤炭資源豐富，但其結(jié)構(gòu)特點決定了其直接焦化不易制得性能較優(yōu)的針狀焦；而石油系原料的焦化收率較低，且我國資源也比較匱乏，再者其結(jié)構(gòu)特點也表明了其在作為針狀焦的起始原料方面的困難性，所以這兩種原料單獨焦化不易制得性能較高的針狀焦。但是，若利用二者結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，將二者充分混合后共炭化，之后再焦化，則可以制得性能優(yōu)異的針狀焦。這將對我國針狀焦的生產(chǎn)具有重要意義。但到目前為止，文獻(xiàn)中僅限于使用同種原料制備針狀焦，如在文獻(xiàn)Fuel(1978，57225-231)中，是將石油瀝青用苯萃取分離后，得到能溶于苯(BS)和不溶于苯(BI)的成分，然后將BS和BI按一定比例混合后直接進(jìn)行焦化。由于采用的是同一種瀝青的不同成分，故而焦化時相溶性較好，最終制得光學(xué)結(jié)構(gòu)較好的針狀焦；在文獻(xiàn)Carbon(1989，27359-380)中，是選用了兩種石油渣油相互混合后直接進(jìn)行焦化制備針狀焦，由于選用的是結(jié)構(gòu)和組成相差不大的石油渣油，因而二者的相溶性較好，最終也獲得了光學(xué)結(jié)構(gòu)較好的針狀焦。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是提供一種石油系和煤系原料制備針狀焦的方法。
本發(fā)明的原理如下制備針狀焦時必須滿足三個條件，即各向異性發(fā)展良好、成片中間相的粘度適中和較大量氣體的釋出。煤系原料芳香度較高，在焦化時較低溫度下因達(dá)不到反應(yīng)所需活化能而幾乎不反應(yīng)，在較高溫度時幾乎所有的分子又全部擁有了反應(yīng)所需活化能，因而體系中勢必形成多個反應(yīng)中心，而過多反應(yīng)中心的存在又使縮聚反應(yīng)變得難于控制，加之其幾乎不含有起加氫作用的脂環(huán)結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)穩(wěn)定性較差，體系粘度較高，而很少的脂肪側(cè)鏈又無法釋出較多量氣體從而使中間相不能發(fā)生同軸取向，所以不易制得針狀焦；石油系原料芳香度較低，含有大量的脂肪側(cè)鏈和脂環(huán)結(jié)構(gòu)，這樣，在反應(yīng)過程中勢必象煤系原料那樣形成過多的反應(yīng)中心，使得中間相球晶生成之后來不及充分長大即相互融并形成細(xì)鑲嵌結(jié)構(gòu)。所以也不易制得針狀焦；如果將石油系原料和煤系原料直接混合后進(jìn)行焦化，則由于二者分子結(jié)構(gòu)差異較大，在焦化時相容性較差，反應(yīng)速度不同，導(dǎo)致相與相發(fā)生分離，最終也無法制得針狀焦。因此必須解決二者相容性問題。本發(fā)明提出將二者混合后在低于焦化溫度下進(jìn)行熱處理，以使二者反應(yīng)后的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中既含有形成中間相的芳香性成分，同時又含有適度的脂肪側(cè)鏈以得到中間相取向時所需要的氣體，另外還含有脂環(huán)結(jié)構(gòu)以降低體系粘度，從而解決了不同原料的相容性問題。
本發(fā)明的一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法如下(1)首先將石油系和煤系原料以1∶0.1-10的重量比相混合，在400-440℃和0.2-2MPa下于惰性氣體氣氛中熱處理0.5-8h；(2)在2-30秒時間內(nèi)升溫到490-550℃，然后在0.2-2MPa下焦化3-8h。
如上所述的煤系原料為除去有害成分喹啉不溶物的煤焦油和煤焦油瀝青。
如上所述的石油系原料為石油重油、乙烯焦油、催化裂化渣油和熱裂化渣油等。
如上所述的惰性氣體為N2、Ar等。
本發(fā)明的特點在于(1)按一定比例混合的兩種原料經(jīng)過熱處理或共聚，從而改變二者的相溶性；(2)可獲得焦化收率較高和光學(xué)結(jié)構(gòu)較好的針狀焦；
(3)充分利用煤焦油和石油資源，提高煤焦油的科技附加值。
(4)本發(fā)明制備簡單、易操作。
具體實施例方式實施例1產(chǎn)自遼河的超臨界萃取油漿3kg和煤系閃蒸油2kg混合，然后在425℃、0.8MPa下共炭化5h，所得瀝青于510℃/1.5MPa下焦化8h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見

圖1，可看出沒有鑲嵌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，整個焦塊主要是由粗廣域大融并體的流線形結(jié)構(gòu)組成，且定向程度較高，適合作為針狀焦制備的起始原料。
對比例1產(chǎn)自遼河的超臨界萃取油漿3kg和煤系閃蒸油2kg混合后直接于510℃/1.5MPa下焦化8h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖2，可看出在整個焦體中存在較多鑲嵌結(jié)構(gòu)，屬于性能較差的針狀焦。
實施例2產(chǎn)自大慶的超臨界萃取油漿1kg和煤系閃蒸油4kg混合，然后在400℃、0.2MPa下共炭化8h，所得瀝青于550℃/2MPa下焦化3h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖3，可看出沒有鑲嵌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，整個焦塊是由定向程度較高的流線形結(jié)構(gòu)組成，是一較好的針狀焦。
對比例2產(chǎn)自大慶的超臨界萃取油漿1kg和煤系閃蒸油4kg混合后直接于550℃/2MPa下焦化3h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖4，可看出在整個焦體中存在較多鑲嵌結(jié)構(gòu)，所得針狀焦性能較差。
實施例3石油渣油1kg和煤焦油5kg混合，然后在440℃、1.6MPa下熱處理0.5h，所得瀝青于490℃/0.2MPa下焦化6h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖5，可看出沒有鑲嵌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，整個焦塊主要是由較高定向程度的流線形結(jié)構(gòu)組成，是一良好的針狀焦。
對比例3石油渣油1kg和煤焦油5kg混合，然后直接于490℃/0.2MPa下焦化6h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖6，可看出在焦體中主要是鑲嵌結(jié)構(gòu)，所得針狀焦性能差。
實施例4產(chǎn)自鞍山的閃蒸油在400℃/0.5MPa下熱縮聚后的產(chǎn)品8kg和以脂肪烴為主的臘質(zhì)渣油1kg混合，然后在440℃、1.6MPa下熱處理4h，所得瀝青于490℃/0.5MPa下焦化5h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖7，可看出焦塊是由定向程度較高的廣域結(jié)構(gòu)組成，是一較好的針狀焦。
對比例4閃蒸油的縮聚物和以脂肪烴為主的臘質(zhì)渣油以8∶1直接混合后于490℃/0.5MPa下焦化5h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖8，可看出在焦體中存在鑲嵌結(jié)構(gòu)，不易制得性能較好的針狀焦。
實施例5煤焦油1kg與芳香度較高的催化裂化渣油3kg混合，然后在440℃、1.0MPa下熱處理3h，所得瀝青于510℃/1.5MPa下焦化6h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖9，可看出焦塊是一較好的針狀焦。
對比例5煤焦油與與芳香度較高的催化裂化渣油以1∶3直接混合后于510℃/1.5MPa下焦化6h，其光學(xué)結(jié)構(gòu)見圖10，可看出焦塊是一較差的針狀焦。
權(quán)利要求
1.一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法，其特點在于(1)首先將石油系和煤系原料以1∶0.1-10的重量比相混合，在400-440℃和0.2-2MPa下于惰性氣氛中熱處理0.5-8h；(2)在2-30秒時間內(nèi)升溫到490-550℃，然后在0.2-2MPa下焦化3-8h。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法，其特征在于所述的煤系原料為除去有害成分喹啉不溶物的煤焦油和煤焦油瀝青。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法，其特征在于所述的石油系原料為石油重油、乙烯焦油、催化裂化渣油和熱裂化渣油。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法，其特征在于所述的惰性氣體為N2或Ar。
全文摘要
一種用石油系和煤系原料制備針狀焦的方法，首先將石油系和煤系原料以1∶0.1－10的重量比相混合，在400－440℃和0.2－2MPa下于惰性氣體氣氛中熱處理0.5－8h；在2－30秒內(nèi)升溫到490－550℃，然后在0.2－2MPa下焦化3－8h。本發(fā)明制備簡單、易操作，可獲得焦化收率較高和光學(xué)結(jié)構(gòu)較好的針狀焦，可充分利用煤焦油和石油資源，并提高煤焦油的科技附加值。
文檔編號C10B5/00GK1418930SQ0114058
公開日2003年5月21日 申請日期2001年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者李開喜, 凌立成, 呂春祥, 劉春林 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所