[发明专利]一种针状焦的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种针状焦的生产工艺，具体的说是一种利用煤系和石油系原料制备针状焦的工艺，属于针状焦制备技术领域。

背景技术

针状焦主要应用于电炉炼钢用石墨电极、锂电池、核电、航天等领域。根据生产针状焦的原料不同把针状焦分为煤系针状焦和石油系针状焦。其中，煤系针状焦原料有煤焦油、煤焦油沥青以及通过直接加氢裂化煤制得的液体产物等，其结构特点是以稠环芳烃为主（芳香度较高），总碳元素含量大于90%，所含脂肪族侧链短且少，化学活性较差；而石油系针状焦原料有催化裂化渣油、催化裂化澄清油、滑润油抽出油、乙烯焦油等，其结构特点是稠环芳烃的芳香度较低，总碳元素含量为83-87%，所含脂肪族侧链较长且多，化学活性高。

采用上述两类原料单独制备针状焦的报道已有很多。在采用两类原料单独制备针状焦的过程中，煤系针状焦原料的焦化收率高，但是由于其结构特点是以稠环芳烃为主，在焦化过程中，焦化温度较低时达不到反应所需活化能，而焦化温度较高时，体系中会形成多个反应中心，使得缩聚反应难以控制，加之其几乎不含有加氢作用的脂环结构，使得反应稳定性较差、体系粘度较高，而很少的脂肪链又无法释放出较多量气体从而使中间相不能同轴取向，所以不易制得性能较优的针状焦；而石油系针状焦原料的焦化收率较低，且其结构特点中芳香度较低，含有大量的脂肪侧链和脂环结构，这样在反应过程中易形成过多的反应中心，使得中间相球晶生成之后来不及充分长大即相互融并并形成细镶嵌结构，所以也不易制得性能优异的针状焦。

为了解决上述技术问题，人们开始研究如何将煤系针状焦原料与石油系针状焦原料共焦化制备针状焦，以克服其单独焦化时存在的上述问题。但是由于煤系针状焦原料与石油系针状焦原料的分子结构差异较大，在焦化时相容性较差，反应速度不同，导致相与相之间发生分离，依旧难以制备得到性能优异的针状焦。如何解决煤系针状焦原料与石油系针状焦原料的相容性问题是二者共焦化制备性能优异的针状焦的关键。

中国专利文献CN1418930A公开了一种在低于焦化温度的条件下先对煤系针状焦原料和石油系针状焦原料进行热处理，以提高二者的相容性，然后再进行共焦化制备针状焦的方法，具体包括如下步骤：首先将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下于惰性气体气氛中热处理0.5-8h；然后在2-30秒时间内升温到490-550℃，接着在0.2-2Mpa下焦化3-8h。

上述技术在制备针状焦时，首先将石油系针状焦原料和煤系针状焦原料混合，在400-440℃、0.2-2Mpa条件下进行热处理0.5-8h，然后再进行焦化处理。由于先对两种原料进行了热处理，这样可以提高两者之间的相容性，从而可以制备得到焦化收率较高、光学结构较好的针状焦。但是，由于上述技术是在400-440℃、0.2-2Mpa下对煤系针状焦原料和石油系针状焦原料进行热处理，由于热处理温度高，一方面导致煤系针状焦原料中低分子物质发生缩聚生成β树脂，而生成的β树脂或煤系针状焦原料中原有的β树脂在高温下进一步发生缩聚反应生成喹啉不溶物，另一方面，油系针状焦原料在高温热处理过程中也会发生缩聚，生成喹啉不溶物，两方面综合作用导致针状焦原料中喹啉不溶物的含量大大增加，而喹啉不溶物的存在，使得制备得到的针状焦的膨胀系数大，严重影响针状焦作为电极使用时的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中针状焦制备过程中采用在高温度条件下进行热处理以提高煤系针状焦原料和石油系针状焦原料的相容性，而热处理的温度高会导致原料中部分β树脂发生缩聚反应生成新的喹啉不溶物，从而导致使用经过热处理后的煤系针状焦原料和石油系针状焦原料制备针状焦时，针状焦的热膨胀系数大的问题，进而提供一种针状焦的生产工艺，使用本发明所述的工艺制备得到的针状焦具有热膨胀系数低的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种针状焦的生产工艺，包括如下步骤：

（1）将煤焦油沥青与游离碳或含游离碳的组分混合均匀，在320-360℃条件下加热反应后得到改质沥青；

（2）将上述改质沥青与溶剂混合均匀后得到混合液，采用物理分离的方法除去所述混合液中的不溶物；

（3）将除去不溶物后得到的澄清液与石油系针状焦原料混合均匀，然后进行分离，分离出溶剂后得到针状焦原料；

（4）将上述针状焦原料进行延迟焦化处理，得到针状生焦；

（5）将上述针状生焦经煅烧制备得到针状焦。