[发明专利]一种煤沥青针状焦集约化生产碳纤维原料的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种煤沥青针状焦集约化生产碳纤维原料的方法，属于碳材料制备及应用技术领域。

背景技术

碳纤维具有高模量、高强度、轻量化、耐腐蚀、导电性、x-射线穿透性等特点，其用途非常广泛。目前，除美国Cytec公司、日本Petoca材料公司、三菱化学公司和沙特Kurcha公司等全球知名沥青基碳纤维制造厂家外，“上海东岛碳素化工”也生产沥青基碳纤维原料，但其关键的纺丝工艺则被放在了日本。近年“兖矿国宏化工”研究了用溶剂抽提煤粉中的有效成分，并对提取物进行过滤、加氢聚合等处理后，得到软化点为230℃的沥青,经过进一步的加工调制，即成为可纺的沥青基碳纤维，并已有公开号为CN101624730A的发明专利申请公开；河南煤业化工集团永煤千吨级碳纤维项目于去年底成功产出MH300高性能碳纤维产品。

煤沥青碳纤维主要分为各向同性沥青基碳纤维（通用级碳纤维），各相异性沥青基碳纤维（高性能碳纤维，中间相沥青基碳纤维）。其中各向同性沥青基碳纤维原料来源广，分子量分布范围宽，但一般都不能直接用于纺丝；而能够直接用于纺丝的各向异性沥青基碳纤维，又对原料中的一次喹啉不溶物（QI₁）的含量以及二次喹啉不溶物（QI₂）的粘度等有比较严格的要求。

发明内容

为在生产优质针状焦的同时，能将塑性差、粘结性强的树脂制备成各相异性沥青基碳纤维的原料，以进一步生产高性能碳纤维，本发明提供一种煤沥青针状焦集约化生产碳纤维原料的方法，以保证针状焦的优质生产，同时又降低生产成本，提高其附加值。

本发明提供的是这样一种煤沥青针状焦集约化生产碳纤维原料的方法，其特征在于包括下列各步骤：

A．按下列质量百分比的配方取原料：

煤沥青                     30～50%

改质煤焦油                 40～50%

调节剂                     5.5～19.5%

镍、钒、钴脱除剂           1.0～10.5%；

B．将步骤A的原料于温度为50～200℃，速度为10～50mm/min的条件下进行分离，得到底部分离物和上部分离物，其中的底部分离物送耐火材料粘结剂工序，按常规制备成耐火材料粘结剂；

Ｃ．将Ｂ步骤分离得到的上部分离物经离心分离，得上层的溶剂油产品，以及中层物和下层物，中层物作为软沥青原料送针状焦生产工序，按常规制备成针状焦产品；

D．在步骤C分离得到的下层物中，按供氢溶剂油︰原料＝0.5︰1的质量比，以0.1L～0.8L/min的量，通入H/C比为0.5︰2.0~1.5 的供氢溶剂油，在供氢溶剂油作用下，于300～460℃温度反应3～10小时，得各相异性沥青基碳纤维原料。

所述步骤A中的改质煤焦油经过下列方法获得：将煤焦油以及针状焦延迟焦化塔的副产油，按煤焦油︰副产油＝0.5～1︰1～3的质量比混合后，按1L～5L/min的量将工业级氢气通入混合油中，在温度为350～460℃、压力为0.1～5Mpa、油气速率比为0.1～3.0h^-1、催化剂为γ-Al₂O₃、ZSM-5分子筛的条件下反应3～15h后，即得到改质煤焦油。

所述步骤A中的调节剂是芳香化度BMCI为30～75的调节剂，由以下有机物中的一种或几种组成：粗苯、甲苯、重苯、煤油、柴油、乙二醇、丙二醇、芳烃溶剂油、洗油、蒽油、脱芳烃溶剂油，其中，芳香化度BMCI由下式计算得出：

BMCI= 48640/Tb,m+473.6d-456.8

式中，Tb, m为原料沸点平均值，单位为K；

d为原料在288.5K时的密度，单位为kg/m³。

所述步骤A中的调节剂优选芳香化度BMCI为55~70的调节剂。

所述步骤A中的煤沥青为中温沥青，是由煤针状焦延迟焦化工艺副产的轻质化煤焦油。

所述步骤A中的镍、钒、钴脱除剂是按照“N-甲基咪唑离子液体的制备方法”获得的，该方法的参考文献是：上海电力学院学报，2010（1），61-65页，由刘克家，李晓华，王罗春等人发表的《烷基咪唑类离子液体的微波法合成与提纯》。

所述Ｂ步骤的分离是在常规沉降分离器中完成的；所述Ｃ步骤的离心分离是在常规三段离心分离器上完成的；或者所述Ｂ步骤、Ｃ步骤的分离是在由沉降分离机与三段离心分离器组合成的分离装置中完成的。