[发明专利]中间相沥青及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中间相沥青及其制备方法，更具体而言，涉及以煤直接液化残渣为原料制备中间相沥青的方法以及由此得到的中间相沥青。

背景技术

沥青基碳纤维由于原料来源广泛、生产成本低、碳收率高、模量高等特点，受到了人们广泛关注，用途也越来越广泛。各相异性的高质量中间相沥青是制备高性能碳纤维的前驱体；而不经过中间相阶段的各相同性沥青，只能得到通用级碳纤维。因此，中间相沥青的调制

是高性能沥青纤维制备过程中关键的环节。

纺丝用中间相沥青要求具有理想的分子组成和结构，以使其适用于随后的应用。反映在具体技术参数上，就是要求得到中间相沥青具有尽量少的杂质含量，大于90%的中间相含量，适中的软化温度和流变性能，尽可能少的小分子挥发份，适宜的碳氢比等。

煤直接液化残渣是煤直接液化制油过程中的副产品，约占原煤总量20～30%。它是一种高碳、高灰和高硫的物质，主要由煤中的矿物质、煤液化催化剂、未反应煤、煤液化沥青（以下简称沥青质）和重质液化油组成，其中重质液化油份和沥青质含量高达50%。

煤直接液化残渣中的沥青质主要由多环的缩合芳烃组成，具有芳香度高、碳含量高、碳氢比适中、容易聚合或交联的特点，具有很多石油沥青质和煤焦油沥青所没有的特性。中国专利ZL200510047800.X公开了一种以煤炭直接液化残渣为原料利用等离子体来制备纳米碳材料的方法。中国专利ZL200910087907.5公开了一种利用煤直接液化残渣制备沥青基碳纤维的方法。但以上制备方法没有经过中间相沥青的调制阶段，得到的碳纤维均为通用级纤维，拉伸强度和模量均不高。

中国专利CN101624730、CN87103787和《煤炭科学技术》1995，23（1）：45-49公布了以煤沥青为原料制备碳纤维纺丝用中间相沥青的方法。这些方法中，均首先对煤沥青进行催化加氢处理，然后再进行缩聚制备中间相。然而，催化加氢操作不仅使生产过程变得复杂，生产成本增加，而且还会带来催化剂的分离问题，为后续分离工作提出了更高的要求。

中国专利CN1185491和中国专利CN1208065都公开了制备适于纺丝用中间相沥青的方法。这些方法都使用纯的有机原料萘或均四甲苯等，而且聚合反应必须在催化剂的催化作用下进行，不仅原料成本高，而且带来催化剂的去除问题。如何完全除去催化剂，以降低因催化剂残留给后续纺丝带来的困难，成为这类技术固有的缺陷。

中国专利CN101580729A公开了一种由煤液化残渣制备中间相沥青的方法，该方法以N,N-二甲基乙酰胺、糠醛、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮、二硫化碳、喹啉、吡啶等有机溶剂为萃取剂，从液化残渣中萃取出煤液化沥青，并通过热缩聚的方法得到中间相含量>90%的中间相沥青。但该方法不能控制得到的中间相沥青的软化点、流变性及挥发份含量，另外得到的中间相沥青灰分高，软化点高，不具有可纺性，不能成为制备碳纤维的原料。

上述专利文献的所有公开内容在此全文引入以作参考。

为解决上述现有技术中所面临的问题，本发明提供了一种由煤直接液化残渣制得的中间相沥青以及从煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法，本发明从煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法，对得到的煤直接液化残渣沥青既不进行催化加氢处理也没有加入催化剂的前提下，直接进行热缩聚制备纺丝用中间相沥青，从而避免了加氢处理和加入催化剂带来的一些问题，如工艺复杂程度提高，操作成本增加，危险程度恶化，催化剂去除回收困难等。

本发明以价格低廉的煤直接液化残渣沥青为原料，不仅为煤直接液化残渣的高附加值利用提供了一条新途径，有助于提高煤直接液化工程的经济性，同时也为制备高质量中间相沥青，进而得到相对廉价的高性能碳纤维提供了一种方法和原料。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种从煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法，其主要包括以下步骤：

（1）将煤直接液化残渣用有机溶剂Ⅰ进行萃取，得到萃取沥青；

（2）将萃取沥青用极性有机溶剂Ⅱ进行溶解，其可溶部分经回收溶剂后得到精制沥青；

（3）将得到的精制沥青在高温下进行热缩聚，得到热缩聚产物；和

（4）将热缩聚产物进行减压闪蒸，得到中间相沥青。

本发明的另一个目的是提供一种中间相沥青，其软化点为250~280℃，芳碳率不低于0.9（摩尔比，基于总碳量），喹啉不溶物含量为35~45%。