[发明专利]一种制备针状焦的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及的是石油加工领域，用石油油浆为原料制备中间相沥青，进而获得优质针状焦的方法。具体地说是一种制备针状焦的方法。

背景技术

针状焦是20世纪70年代碳素材料中大力发展的一个优质品种，具有热膨胀系数低，低硫，低灰分，低金属含量，易石墨化及高导电等优点，主要用于生产电炉钢用的高功率、超高功率石墨电极以及特种碳素制品，也是用于生产电刷、电池和高温优质耐火炉料的新型材料。国内尽管在上世纪80年代已经起步研究，但由于种种原因，未能生产出高性能的针状焦产品。目前国内生产的产品只能用于普通电极使用，超高功率石墨电极仍需大量进口。

针状焦生产工艺主要有以下几个方面。

一、原料预处理。油系针状焦的所选原料中往往含有少量的杂质，所以可选用离心分离、过滤、沉降分离等方法除去。但煤系针状焦的所选原料中除含有杂质外还含有喹啉不溶物（QI），QI组分夹杂在小球体之间不利于小球体的生长、融并，固化后得不到各向异性组织良好的焦炭结构，所以需要对煤系针状焦的原料进行精制以去除QI组分。Equchi, US） ，Patent:5695631,1997-06-13; 白培万等,煤沥青针状焦研究综述.山西大同大学学报:自然科学版。

2007,23(3):53～56，有人将重力沉降和离心分离工艺相结合对煤焦油进行预处理，提高了QI脱除率，同时在煤焦油中添加有机混合溶剂改善其粘度和密度，进一步提高分离效果，使QI含量低于0.1%。（罗道成等.煤焦油脱除喹啉不溶物(QI)的净化处理研究[J].煤化工,2008,135(2):11～13.）。

二、原料的扩展。有人将按4:1比例混合的煤焦油和石油渣油。

在温度为480℃，压力为1.6 MPa下进行焦化，生成了低热膨胀系数（CTE）的针状焦；（张怀平.煤焦油和石油渣油共炭化制备针状焦.石油炼制与化工,2005,36(2):21～26）。查庆芳等将30% 的FCC油浆掺兑到减压渣油（VR）中，发现FCC油浆有效地缓和了渣油的热解速率，均制备出了高品质的针状焦。查庆芳等，减压渣油搀兑FCC油浆制备针状焦.炭素技术，2002,121（4）:10～14。

三、延迟焦化过程。延迟焦化是整个针状焦生产过程中的关键工段。

在实际生产过程中，除了慎重选择原料外，还需考虑炭化条件的影响，使物料维持在相对稳定的状态，生产出优质的针状焦。

四、煅烧。煅烧过程中，逸出的硫和氮等杂原子会导致石墨化时发生不可逆的体积膨胀即“晶胀”，使成品内部存在一定的缺陷，造成产品质量下降，严重时会导致产品开裂。Yoichi Kawano等人研究了金属、非金属氧化物、硼酸和复配的晶胀抑制剂等对“晶胀”的有效抑制作用，并提出了其抑制机理。（Yoichi Kawano et al,Puffing behavior during the graphitization of coal-tar-based needle coke in Pregnated with iron (Ⅱ) sulfate and boric acid, Carbon,2000,38:759～765）。

发明内容

针对现有技术存在的缺点，本发明提出一种制备针状焦的方法。该方法通过将原料加入到高压反应釜中，加热，加入中间相沥青，冷凝回收轻组分，解决利用中间相沥青生产针状焦的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

将提纯钝化后的石油油浆在高压反应釜中加热390～410℃，用氮气保护，在1MPa 压力和150r/min转速条件下搅拌钝化反应，制备中间相沥青，将中间相沥青在490～510℃和恒压1Mpa的条件下进行搅拌炭化2～5h，排出气体，制备针状焦。

1、石油浆钝化处理：称取设定质量的石油浆直接加入到高压反应釜中，充入1MPa氮气保护气，调整搅拌速率在150r/min并开始加热。在恒压1MPa或自升压的条件下，升温到390～410℃。

2、制备中间相沥青：在390～410℃温度下保温60～90分钟后终止加热，将釜内气体排出，形成中间相沥青。

3、制备针状焦：将所制备的中间相沥青原料放入高压反应釜，升温到490～510℃，进行固化交联反应，反应结束后，停止搅拌，保温1～4h，釜内气体排出后，自然降温，反应过程中压力始终控制在1MPa，并冷凝回收反应过程中产生的轻组分，釜内剩余物为制得的针状焦。