[发明专利]一种中低温煤焦油沥青复合改性制备针状焦的方法

说明书

本发明提出了一种中低温煤焦油沥青复合改性制备针状焦的方法，属于煤化工技术领域，包括1)馏分切割，得到中低温煤焦油沥青；2)对中低温煤焦油沥青依次进行加氢精制处理、选择性萃取处理和增链处理，得到改性沥青；3)在改性沥青中加入成核结晶剂进行一段变温热聚反应，接着加入金属‑有机框架材料进行二段变温热聚反应，制得半焦；4)在保护气保护氛围下，将半焦煅烧后形成针状焦。通过本发明的方法制备的针状焦产品OTI指数高、结晶度高、晶体结构好，电化学性能优良。

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体为一种中低温煤焦油沥青复合改性制备针状焦的方法。

背景技术

针状焦是一种具有低灰性、低热膨胀性、高导电性以及高各向异性等优点的优质炭材料，广泛应用于高功率/超高功率石墨电极、锂电池负极材料、特种石墨材料等诸多领域。中低温煤焦油沥青富含3～5环芳香族化合物，且分子量适宜，喹啉不溶物极低，是煤系针状焦制备的优质原料。在针状焦的生产过程中，中间相的发展与整体炭化反应活性有关，而炭化反应活性又取决于炭化原料的分子组成，液相生成中间相的过程一般包括三个基本过程，即中间相球体的生成(成核)、长大和融并，在这些过程中，体系的黏度起到了重要的作用。中低温煤焦油沥青中杂原子和沥青质含量较高，杂原子化合物会提高体系反应的反应活性，加速大分子物质的聚合，使体系黏度提高过快，最终容易形成镶嵌型光学结构的中间相沥青。炭化体系的最低粘度越低且保持最低粘度的温度范围越宽，则越有利于生成具有大尺寸光学纹理结构的中间相。此外，较多的烷基结构可以提高炭化体系的流动性，有效降低体系黏度，促进芳香分子片层的有序排列，进而改善针状焦的性能。因此对原料组成进行改性处理显得尤为重要。

公开号为CN113528175A的专利申请公开了利用煤焦油通过一步溶剂法制得针状焦原料沥青的方法。将煤焦油进行脱盐脱水后通过减压蒸馏得到重质油，与芳香烃类萃取剂充分混合，分离后得到可溶相，经减压蒸馏回收芳香烃类萃取剂得到稠环芳烃油，将稠环芳烃油通过惰性气体气提后得到针状焦用原料沥青。公开号为CN109135789B的专利公开了将中低温煤焦油经蒸馏得到重质组分，将极性溶剂、非极性溶剂、极性溶剂和非极性溶剂的按一定质量比混合均匀得到混合溶剂，将中低温煤焦油的重质组分送入反应釜，加热至60～200℃搅拌均匀，再向反应釜内加入混合溶剂，在50～200℃搅拌1～10h后静置1～20h，除去高反应活性物质，对得到的澄清液进行解析，得到针状焦原料沥青，将所述针状焦原料沥青经焦化和煅烧工艺获得针状焦。公开号为CN114806620A的专利申请公开了一种煤系针状焦制备原料的预处理工艺：(1)原料混合；(2)一次沉降；(3)二次沉降；(4)重相蒸馏；(5)轻相蒸馏；(6)溶剂循环。通过溶剂萃取沉降的原理，利用两种不同的溶剂进行混合成混合溶剂，进行两次萃取沉降分离，最后再进行蒸馏将溶剂进行回收。一方面提高了中间产品精制沥青的收率，另一方面可有效除去喹啉不溶物成分，降低了对煤焦油沥青中喹啉不溶物含量，最终达到提高针状焦产率、降低针状焦生产成本的目的。

上述专利或专利申请都是通过相似相溶原理采用物理分离的方法对煤焦油沥青进行处理，但是这种处理方式存在的问题是：物理分离方法难以除去煤焦油沥青中的高反应活性物质，易形成镶嵌结构，导致最终得到的针状焦OTI值低，晶体构型存在缺陷，影响针状焦的产品质量。

发明内容

针对上述所述的现有技术中利用物理分离方法难以除去煤焦油沥青中的高反应活性物质，导致最终得到的针状焦OTI值低，晶体构型存在缺陷，影响针状焦的产品质量的问题，本发明提出了一种中低温煤焦油沥青复合改性制备针状焦的方法。

本发明通过对沥青原料进行改性，使得沥青中的组成合理，分子量分布适宜，有效减少了高反应活性物质以及杂原子含量，使其富含氢化芳烃以提供更多可转移氢源，具有较多的烷基结构，有效降低体系粘度，促进芳香分子片层的有序排列，有利于生成具有细纤维状的中间相，使制备得到的针状焦产品OTI指数高、结晶度高、晶体结构好，电化学性能优良；其具体技术方案如下：

一种中低温煤焦油沥青复合改性制备针状焦的方法，包括以下步骤：