[发明专利]一种制备针状焦的方法

说明书

本发明公开了一种制备针状焦的方法，所述方法为煤焦油首先进行超临界萃取分离后得到煤焦油轻组分和煤焦油重组分，煤焦油重组分预处理后得到的预处理后煤焦油重组分与油系原料混合进入沸腾床反应器，反应后液体产物分馏得到轻组分和重组分，所述轻组分进催化裂化装置进行处理；所述的重组分进入焦化装置进行焦化反应，分离后得到气体、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油和针状焦。采用本发明方法得到的精制混合原料具有喹啉不溶物含量低，S、N杂质含量低等优点，生产得到的针状焦具有热膨胀系数小，硫含量低，灰分低等优点。

技术领域

本发明涉及一种制备针状焦的方法，具体地说是涉及一种以煤系和油系混合原料制备针状焦的方法。

背景技术

针状焦是煤系或油系原料在进行热转化过程中产生的一种性质特殊的焦炭。针状焦是炭素工业的一种重要原材料，具有热膨胀系数低、石墨化性能好等优点。破碎后外形呈针状，在显微镜下具有明显的纤维状结构和较高的各向异性，在国防工业和民用工业中有其特殊用途和重要意义，尤其是采用针状焦制成的超高功率电极炼钢，可提高炼钢效率、减少电耗、降低炼钢成本，具有显著的经济效益和社会效益。

针状焦根据原料来源可分为煤系针状焦和石油系针状焦，石油系针状焦以热裂化渣油、催化裂化澄清油、润滑油精制抽出油、蒸汽裂化焦油、催化油浆等为原料。煤系针状焦以煤焦油、煤焦油沥青以及通过直接加氢裂化煤制得的液体产物以及几种原料的共炭化。煤系针状焦生产与油系针状焦生产方法相比主要区别在原料预处理，油系针状焦原料的杂质较少，而煤焦油沥青中含有一定量的喹啉不溶物，它们附着在中间相周围，阻碍球状晶体的长大、融并，焦化后也不能得到纤维结构良好的针状焦组织。因此，从目前已工业化的装置来看，以油系原料来生产针状焦的装置相对较多。从针状焦生成机理来看，要求原料必须是芳烃含量高（稠环大分子芳烃不在其内），杂质含量少、沥青质低、灰分低、并在转化过程中能生产较大的中间相小球体。

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，所以不易制得性能优异的针状焦，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，使得中间相生成之后来不及长大即相互融并形成细镶嵌结构，所以也不易制得性能优异的针状焦。

专利CN1418930A介绍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，然后再进行共焦化准备针状焦的方法，具体步骤如下：首先将石油系与煤系原料以1:0.1-10的重量比相混合，在400-440℃、0.2-2.0Mpa惰性气体下热处理0.5-8h；然后在2-30s时间内升温到490-550℃，接着在0.2-2Mpa下焦化3-8h。上述技术中首先将两种原料混合在一起，进行热处理，然后再进行焦化。由于先进行了热处理，可以提高其互容性，可以制备焦化收率高，光学结构较好的针状焦，但是由于热处理温度较高，一方面导致煤系针状焦原料中低分子物质发生缩聚反应生成β树脂，而生成的β树脂及原生的β树脂在高温下进一步缩聚生成喹啉不溶物，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，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

针对现有工艺中存在的煤系针状焦原料与油系针状焦原料单独制备针状焦存在的缺陷以及以两种原料混合共同生产针状焦时存在的喹啉不溶物含量大增的问题，本发明提出了一种以煤系针状焦原料与油系针状焦原料为混合原料制备针状焦的方法，采用该方法得到的精制针状焦原料具有喹啉不溶物含量低，S、N杂质含量低、原料互容性好等优点，得到的针状焦具有热膨胀系数小，硫含量低，灰分低等优点。