[发明专利]一种煤沥青临氢催化-供氢处理制备可纺中间相沥青的方法

说明书

本发明公开了一种煤沥青临氢催化‑供氢处理制备可纺中间相沥青的方法，步骤如下：（1）将助剂添加到煤沥青中，在高温临氢条件下促使原生无机矿物原位形成分散性催化剂，对煤沥青进行临氢催化处理，反应后减压蒸馏除去低沸点馏分获得一次氢化沥青；（2）将供氢剂添加到一次氢化沥青中，在高温临氢条件下进行临氢催化‑供氢协同处理，减压蒸馏除去低沸点馏分获得二次氢化沥青；（3）将二次氢化沥青脱除喹啉不溶物获得精制氢化沥青；（4）精制氢化沥青经热聚合反应制得可纺中间相沥青。本发明临氢催化‑供氢联合处理可有效调控中间相沥青的形成与转化，所得可纺中间相沥青品质优良、软化点适中、中间相含量高，可应用于高性能沥青基碳纤维的制备。

技术领域

本发明涉及碳材料制备和加工领域，具体涉及一种煤沥青临氢催化-供氢处理制备可纺中间相沥青的方法。

背景技术

中间相沥青是一种由多种扁盘状稠环芳烃组成的各向异性碳质物，常作为优异碳前驱体应用于高性能碳材料，其原料为煤沥青、石油沥青和重质芳烃类化合物等。高品质中间相沥青是制备高性能沥青基碳纤维的前驱体，中间相沥青基碳纤维具备高导热、高模量等显著优点，广泛应用于航天、航空、体育娱乐休闲、交通运输等领域。

原料沥青分子结构和组成的调控是影响中间相沥青制备的关键因素，直接影响中间相沥青软化点、可纺性及中间相含量等指标。一般通过加氢处理、共炭化以及催化改质等方法对原料沥青进行调整，从而得到较理想的分子结构和组成，以促使其形成和转化为高品质的中间相沥青。（1）临氢催化是指在高温临氢条件下对原料沥青加氢改性的过程。中国石油大学（华东）王宗贤等人研究发现，分散性催化剂的临氢催化过程中，沥青中含有的原生金属硫化后具有催化活性，从而活化氢分子，多环芳烃先在氢气氛围中部分加氢，形成具有供氢效果的环烷芳香结构，进而再向体系中供氢，起到“氢梭”的作用，临氢过程中脱硫产生的硫化氢可能起某种催化作用或起“氢梭”作用以传递氢自由基。（2）供氢剂改性是指在高温条件下通过氢转移等反应对原料沥青进行氢化改性。研究表明，高温条件下供氢剂原料沥青发生氢化裂解反应，有利于芳环氢化形成脂环结构；相比临氮，临氢条件下更易形成脂环结构。（3）分散性催化剂和供氢剂同时存在时产生协同作用，更有利于原料沥青分子结构和组成的优化。中国石油大学（北京）石斌等人研究发现，分散性催化剂在原料沥青加氢裂化中主要作用为氢化多环芳烃和稳定大分子自由基，供氢剂起着将气相氢向液相传递的作用，催化剂的存在有助于实现供氢剂与多环芳烃的可逆反应，加速气相氢传递到自由基中间相体。

由于煤沥青组分结构复杂、性能较差等问题，煤沥青基中间相沥青的制备及性能提升受到诸多技术限制，导致其工业化进程缓慢。专利CN103205271A提出由高温煤焦油生产中间相沥青的方法，将高温煤焦油脱除盐分和喹啉不溶物得到的澄清油，经调配后进行催化加氢处理，过滤大于10μm的颗粒后蒸馏处理得到氢化沥青，氢化沥青热缩聚得到中间相沥青。此法存在需要经过多次脱除喹啉不溶物、催化加氢苛刻度较高、固体催化剂难以避免积碳等问题。专利CN85105609A提出一种煤沥青氢化的方法，采用固定床金属负载固体催化剂，催化加氢活性较低氢化能力较弱，难以有效改善沥青的分子结构和组成，同时存在多次脱除喹啉不溶物的步骤。专利CN107760348A在供氢剂存在和氮气保护下，将精制处理后的煤液化残渣进行热聚合反应，得到中间相沥青，但由于煤液化残渣是由高聚合度和缩合度的稠环芳烃组成，通过供氢剂氢化改性难以调控中间相沥青的形成和转化。

本发明的目的在于克服现有技术不足，提出了煤沥青氢化改性以及简化脱除喹啉不溶物步骤次数的新思路，提供一种煤沥青临氢催化-供氢处理、热缩聚制备可纺中间相沥青的方法，有望推进煤沥青基中间相沥青工业化进程。

发明内容

本发明提出了一种煤沥青临氢催化-供氢处理制备可纺中间相沥青的方法，可有效调控中间相沥青的转化和形成，所得可纺中间相沥青品质优良、软化点适中、中间相含量高，可应用于高性能沥青基碳纤维的制备。

实现本发明的技术方案是：

一种煤沥青临氢催化-供氢处理制备可纺中间相沥青的方法，步骤如下：