[发明专利]一种用煤矸石制备中间相沥青的工艺

说明书

本发明公开一种用煤矸石制备中间相沥青的工艺，具体过程为：(1)加压氢解单元：煤矸石经粉碎、细磨，与加氢溶剂油混合后进入加压氢解反应器；（2）混合沉降单元：将加压氢解反应后的物料引入混合沉降单元与来自蒸馏单元的小于280℃馏分混合后进行沉降分离；（3）离心分离单元：将混合沉降单元分离出的液体进行离心沉降分离；（4）蒸馏单元：从离心分离单元来的液体在蒸馏塔内通过沸点不同分割成不同的馏分；（5）溶剂油加氢单元：将蒸馏单元来的馏分油进行催化加氢，得到加氢溶剂油；（6）组分调制单元：将分馏单元来的大于360℃馏分进行组分调制，得到中间相沥青。本发明实现了煤矸石的高值化利用，拓宽了中间相沥青的原料来源。

技术领域

本发明涉及一种用煤矸石制备中间相沥青的工艺，属于沥青制备技术领域。

背景技术

中间相沥青是有机物料经碳化反应向半焦转变时形成的中间状态，是介于液相和固相之间以芳香稠环为主的石墨微晶结构，具有光学各向异性。中间相沥青是一种重要的碳质前驱体，可以用于制备多种高性能碳材料，例如：耐火粘合剂、高性能沥青基碳纤维、针状焦和电极材料以及中间相碳微球等，尤其在制备高性能中间相沥青基碳纤维方面应用广泛。中间相沥青炭纤维具有高强度、高模量和高导热率等优异特性，其与金属、树脂材料可以复合成高性能的复合材料，在工业生产中广泛应用于国防、军工、高级运动器材、汽车材料、建筑增强材料和风力发电叶片等领域。在航空航天领域，利用其高强度、耐高温、密度小等特性，不仅使装置达到轻量化、节能化，而且高性能碳纤维的复合材料是运载火箭、导弹、人造卫星等不可缺少的战略结构材料。在运动器材领域，利用其强度高、密度小、柔韧性能良好而被广泛应用于网球拍、赛艇、自行车、弓箭等方面。在风力发电领域，密度小但强度高的碳纤维与玻璃纤维复合材料成为大型风力发电叶片的首选材料，大大提升了发电能效。中间相沥青的原料多以煤沥青为主。由于煤沥青来源于炼焦工业，作为炼焦工业的副产品其产量有限，且沥青下游除炭纤维外还有多种用途，因此现有沥青不能充分满足各行业需要。

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的固体废弃物，一般含碳量较低、灰分较高。煤矸石的产量约占原煤总产量的10%-15%，占全国工业废渣排放量的1/4。大量堆积的煤矸石不仅浪费了宝贵的土地资源，而且还会引起环境污染和安全灾害。当煤矸石中含碳物质和可燃性黄铁矿物质因氧化而释放的热量速率超过散发速率时，就会导致其自燃，自燃产生大量的SO₂、H₂S等会严重污染大气环境。因此有必要采取措施让其变废为宝。

发明内容

针对现有煤沥青原料的不足，本发明旨在提供一种用煤矸石制备中间相沥青的工艺，本发明显著扩大了中间相沥青的原料范围，同时有效利用了工业废弃物煤矸石，具有环保、经济等多重效益。

本发明的原理如下：煤矸石中含有一定量有机芳香组分，同时还含有一定量黄铁矿等无机组分。在有富氢溶剂存在的条件下，黄铁矿可起到催化剂的作用，将煤矸石中的有机芳香组分抽提出来，通过分离、净化、组分调制等工序制备中间相沥青。

本发明提供的一种用煤矸石制备中间相沥青的工艺，包括以下步骤：

(1) 加压氢解单元：煤矸石经粉碎、细磨至200目以下，与来自加氢单元的加氢溶剂油混合后加热到380-550℃后进入加压氢解反应器；反应器中通入氢气；

（2）混合沉降单元：将加压氢解反应后的物料引入混合沉降单元与来自蒸馏单元的小于280℃馏分混合后进行沉降分离，所分离液体进入离心分离单元，固体排出系统外；

（3）离心分离单元：将混合沉降单元分离出的液体进行离心沉降分离；所分离液体去蒸馏单元，固体排出系统外；

（4）蒸馏单元：从离心分离单元来的液体在蒸馏塔内按照沸点不同分割成小于280℃馏分、280-360℃馏分和大于360℃馏分；