[发明专利]一种釜式焦化生产针状焦的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种针状焦的制备方法，具体地说涉及一种釜式焦化生产针状焦的方法。

背景技术

针状焦是一种新型碳素材料，具有热膨胀系数(CTE)较低、结晶程度高、电阻率低等优点，主要用于生产高功率（HP）、超高功率(UHP)石墨电极，特种碳素材料等等，在工业、国防、医疗及航天等领域中有广泛的应用。

与普通焦炭的生产工艺相比，针状焦生产对原料和工艺均有特殊的要求。其关键在于“中间相形成阶段”，此理论由Brooks和Taylor于1965年首次提出，此理论认为针状焦的形成可分为两个阶段：一是芳香性物质煤焦油或石油重油经液相炭化生成中间相小球，小球增长，熔并成各向异性高、流动性好的中间相体；二是此种中间相体进一步炭化，产生的轻组份的逸出使得已平行排列的芳香烃分子进一步排列形成所谓针状结构，同时固化获得针状焦。

目前，使用釜式焦化生产针状焦的工艺方法中，多采用生成气体的体积或压力等参数来控制生产工艺，如CN101532937A公开了一种通过气体产生速率检测针状焦中间相形成的工艺方法，该方法通过反应设备的压力表，每十分钟记录反应设置内的压力，之后根据理想气体状态方程计算得到生成气体的体积，进而得到生成气体的速率与时间的关系曲线，依此曲线的变化趋势反映出中间相的生成进度。 

CN102965132A公开了一种使用磁化反应釜制备针状焦的方法，该方法通过在反应釜体侧对称设置磁化装置，在中间相形成过程中通过外部磁场使稠环芳香大分子定向排列，从而形成针状结构。  

CN1731189A公开了一种实时在现检测针状焦中间相形成的方法，该方法是将一只参考电极和一只测量电极插入到反应体系中部，将一只接地导线插入到反应体系底部，再将数值自动记录系统调为零，开始记录，并将数值放大转换，通过数值自动记录系统实时监控数值的变化来检测中间相的反应状态。

现有的技术无法确保在整个恒温反应过程中反应体系始终处于适合中间相形成的环境，往往在反应的中后期，由于反应体系的粘度过大而妨碍了中间相小球体的生长与融并，无法达到预期的生产效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种釜式焦化生产针状焦的方法，该方法可以有效监测反应体系粘度的变化，优化了中间相的生成过程，提高了针状焦产品质量。

本发明的釜式焦化生产针状焦的方法，包括以下内容：

（1）在焦化釜内装入原料油，密封后，充入惰性气体增压，并保持压力恒定，升温至预热温度；

（2）系统由预热温度缓慢升温至反应温度，升温同时开始测量体系的粘度，当体系到达反应温度，恒温，恒温过程中当体系粘度到达粘度阀值时，向焦化釜内加入馏分油；

（3）恒温结束后，将体系温度升至炭化温度，恒温炭化，降温、降压，得到针状焦产品。

本发明方法中，所述的原料油包括直馏蜡油、焦化蜡油、重馏分油、催化裂化油浆、催化裂化澄清油或热裂化渣油中的一种或多种混合物。

本发明方法中，步骤（1）所述的焦化釜预热温度为350～400℃，压力为1～1.5MPa；步骤（1）所述的升温速度为3～5℃/分钟。

本发明方法中，步骤（2）所述反应温度420～480℃，升温速率为5～15℃/小时，恒温反应时间为4～8小时。

本发明方法中，步骤（2）所述的测量体系粘度的时间间隔为10～60分钟，优选10~30分钟。

本发明方法中，步骤（2）所述的粘度阈值由原料的特性决定，一般为60～100Pa·s。

本发明方法中，步骤（2）所述的馏分油为原料油蒸馏所得到的馏分油，馏程为300~450℃，优选350～400℃。

本发明方法中，步骤（2）所述的馏分油在注入反应釜前应预热至反应温度，馏分油的加入量为原料油重量的10%～25%。

本发明方法中，步骤（4）所述的炭化温度为510～570℃，升温速率为10～30℃/小时，恒温炭化时间为2～4小时。

本发明方法中，使用转子粘度计测量体系粘度，其中转子粘度计的转轴设计为可伸缩式。测量步骤如下：（1）将转子缓慢伸入液面下方2~5cm处；（2）打开粘度计开关，待读数平稳后记录数据，关闭粘度计；（3）将转子提升到液面上方固定，测量结束。

本发明方法中，在焦化釜与转子粘度计转轴的接口处使用密封轴承。

本发明方法中，转子粘度计的转子为可拆卸式。