一種優質針狀焦原料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種優質針狀焦原料的制備方法，該方法首先通過熱過濾對煤焦油進行凈化處理，有效地脫除煤焦油中的喹啉不溶物，再經減壓蒸餾和催化加氫對煤焦油中的重質組分煤瀝青改性處理，脫除輕質組分、殘余的喹啉不溶物、硫、氮以及金屬等雜質，所得瀝青質經延遲焦化和煅燒獲得針狀焦。本發明與現有針狀焦制備方法相比，制備方法簡單、易控制，所制備的針狀焦電阻率低、體積密度大、熱膨脹系數小，達到了優質針狀焦的要求。
【專利說明】一種優質針狀焦原料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于炭素材料【技術領域】，具體涉及到一種優質針狀焦原料的制備方法。
【背景技術】
[0002]針狀焦是炭素工業一種重要的原料，具有良好的石墨化性能，主要用于生產超高功率石墨電極。用針狀焦生產的超高功率石墨電極具有電阻率低、體積密度大、機械強度高、熱膨脹系數小、抗熱震性能好、抗氧化性能好、消耗低的突出優點。與普通電極煉鋼相t匕，冶煉時間可縮短到三分之一，噸鋼電耗可減少一半，生產能力可增加1.3倍。因此，針狀焦是制造超高功率電極的骨料。生產針狀焦的原料是煤浙青和石油浙青，煤焦油是焦化廠高溫煉焦時從煤氣中冷凝所得的產品。焦化工業的發展和冶金焦的大幅度增產提高了煤焦油的產量，充分利用豐富的煤浙青資源，可極大地提高產品附加值。
[0003]針狀焦生產工藝分原料預處理、延遲焦化、煅燒三部分。針狀焦的制備對原料有嚴格的要求，技術關鍵在于控制煤焦油浙青中的喹啉不溶物(QI)的含量和合理的分子量。除去煤焦油和煤焦油浙青中QI等有害雜質的方法主要分為:溶劑處理法、過濾法、離心分離法、加氫法和改質法。對煤浙青分子量調整的方法主要有縮聚、裂解、閃蒸、蒸餾等方法。目前，盡管有諸多相關文獻、專利報道，但是，離心、閃蒸、縮聚、裂解等改質工藝中各種參數不易控制，在加熱處理過程中非常容易形成二次QI，并且存在一些工藝設計上的缺陷，嚴重影響針狀焦的生產及質量。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在于提供一種方法簡單、易控制、主要含甲苯可溶物、熱膨脹系數(CTE)值低的優質針狀焦原料的制備方法。
[0005]解決上述技術問題所采用的技術`方案是它由下述步驟組成:
[0006]1、溶劑熱過濾
[0007]向熱過濾釜內800~2000目的白鋼網上鋪設助濾劑，然后加入煤焦油和溶劑，煤焦油與溶劑的體積比為0.5~4:1，加熱至80~110°C，用惰性氣體加壓，壓力控制在
0.1~0.4MPa，得到凈化的煤焦油。
[0008]上述的溶劑為甲苯、二甲苯、丙酮、喹啉中的任意一種，助濾劑為海沙、纖維素粉、白土、焦粉、氧化鎂粉、活性炭粉中的任意一種或兩種以上的混合物。
[0009]2、減壓蒸餾
[0010]在惰性氣體保護下，將凈化的煤焦油在攪拌狀態下加熱至120~150°C，然后減壓至-0.01~-0.09MPa,減壓蒸懼至無液體溢出，得到浙青質。
[0011]3、催化加氫
[0012]將減壓蒸餾得到的浙青質與加氫催化劑按質量比為1:0.005~0.02加入反應釜，通氫氣至2~7MPa，在攪拌狀態下加熱至300~400°C，反應I~4小時，得到加氫浙青。
[0013]上述的加氫催化劑是以氧化鋁、氧化硅或硅膠為載體，負載Mo、Co、N1、W、P中兩種以上的活性組分，活性組分的總負載量是催化劑質量的40%~60%，采用常規的浸潰法、溶膠凝膠法或沉淀法制備而成。
[0014]4、延遲焦化
[0015]將加氫浙青在壓力為0.1~1.5MPa的惰性氣氛中400~550°C焦化反應8~12小時，得到生焦。
[0016]5、生焦煅燒
[0017]將生焦在惰性氣氛中800~1000°C煅燒0.5~2小時，得到針狀焦。
[0018]上述的溶劑熱過濾步驟1的優選條件是:向熱過濾釜內1600目的白鋼網上鋪設助濾劑，然后加入煤焦油和溶劑，煤焦油與溶劑的體積比為2:1，加熱至100°C，用惰性氣體加壓，壓力控制在0.1~0.4MPa，得到凈化的煤焦油，其中所述的溶劑最佳為甲苯，助濾劑最佳選擇纖維素粉與海沙的質量比為4:5的混合物，助濾劑的鋪設厚度為0.5~2cm。
[0019]上述的減壓蒸餾步驟2的優選條件是:在惰性氣體保護下，將凈化的煤焦油在攪拌狀態下加熱至120~150°C，然后減壓至-0.01~-0.09MPa，減壓蒸餾至無液體溢出，得到浙青質。
[0020]上述的催化加氫步驟3的優選條件是:將減壓蒸餾得到的浙青質與加氫催化劑按質量比為1: 0.01~0.02加入反應釜，通氫氣至5MPa，在攪拌狀態下加熱至380°C，反應I~2小時，得到加氫浙青，其中所述的加氫催化劑優選以氧化鋁、氧化硅或硅膠為載體，負載Mo、Co、N1、W、P中兩種以上的活性組分，活性組分的總負載量是催化劑質量的40%~60%。
[0021]上述的延遲焦化步驟4的優選條件是:將加氫浙青在壓力為0.2~0.7MPa的惰性氣氛中500°C焦化反應12小時，得到生焦。
[0022]上述的生焦煅燒步驟5的最佳條件是:將生焦在惰性氣氛中1000°C煅燒I小時，得到針狀焦。
[0023]本發明與現有針狀焦制備方法相比，制備方法簡單、易控制，所制備的針狀焦電阻率低、體積密度大、熱膨脹系數小、抗彎強度高，達到了優質針狀焦的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是實施例1得到的針狀焦的偏光顯微圖。
[0025]圖2是實施例2得到的針狀焦的偏光顯微圖。
[0026]圖3是實施例4得到的針狀焦的偏光顯微圖。
[0027]圖4是實施例5得到的針狀焦的偏光顯微圖。
[0028]圖5是實施例6得到的針狀焦的偏光顯微圖。
[0029]圖6是實施例7得到的針狀焦的偏光顯微圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限于這些實施例。
[0031]實施例1
[0032]1、溶劑熱過濾
[0033]以纖維素粉(300目)與海沙(120目)的質量比為4:5的混合物為助濾劑，向熱過濾釜內1600目的白鋼網上鋪設Icm厚的助濾劑，然后將IOOmL煤焦油和50mL甲苯混合均勻后加入熱過濾釜中，升溫至100°c后用氮氣加壓，壓力控制在0.1~0.4MPa，5分鐘左右煤焦油全部從熱過濾釜中濾出，得到凈化的煤焦油。
[0034]2、減壓蒸餾
[0035]在氮氣保護下，將凈化的煤焦油在攪拌狀態下加熱至150 °C，然后減壓至-0.0SMPa,減壓蒸餾90分鐘后無液體溢出，得到浙青質。
[0036]按照GB/T6155-2008《炭素材料真密度和真氣孔率測定方法》測定浙青質的真密度，按照GB8728-1988《焦化產品軟化點的測定方法杯球法》測定浙青質的軟化點，按照GB/T1429-2009《炭素材料灰分含量的測定方法》測定浙青質的灰分,并對浙青質進行索氏抽提分析喹啉不溶物(QI)、甲苯不溶物(TI)和正庚烷不溶物(HI)，得到α組分(QI)、i3組分(T1-QS)和Y組分(H1-TS，HS)，試驗結果見表1。
[0037]表1浙青質的性質
[0038]
【權利要求】
1.一種優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于它由下述步驟組成: (1)溶劑熱過濾 向熱過濾釜內800~2000目的白鋼網上鋪設助濾劑，然后加入煤焦油和溶劑，煤焦油與溶劑的體積比為0.5~4:1，加熱至80~110°C，用惰性氣體加壓，壓力控制在0.1~0.4MPa，得到凈化的煤焦油； 上述的溶劑為甲苯、二甲苯、丙酮、喹啉中的任意一種，助濾劑為海沙、纖維素粉、白土、焦粉、氧化鎂粉、活性炭粉中的任意一種或兩種以上的混合物； (2)減壓蒸餾 在惰性氣體保護下，將凈化的煤焦油在攪拌狀態下加熱至120~150°C，然后減壓至-0.01~-0.09MPa,減壓蒸懼至無液體溢出，得到浙青質； (3)催化加氫 將減壓蒸餾得到的浙青質與加氫催化劑按質量比為1:0.005~0.02加入反應釜，通氫氣至2~7MPa，在攪拌狀態下加熱至300~400°C，反應I~4小時，得到加氫浙青； 上述的加氫催化劑是以氧化鋁、氧化硅或硅膠為載體，負載Mo、Co、N1、W、P中兩種以上的活性組分，活性組分的總負載量是催化劑質量的40%~60%，采用常規的浸潰法、溶膠凝膠法或沉淀法制備而 成； (4)延遲焦化 將加氫浙青在壓力為0.1~1.5MPa的惰性氣氛中400~550°C焦化反應8~12小時，得到生焦； (5)生焦煅燒 將生焦在惰性氣氛中800~1000°C煅燒0.5~2小時，得到針狀焦。
2.根據權利要求1所述的優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于:所述的溶劑熱過濾步驟(1)中，向熱過濾釜內1600目的白鋼網上鋪設助濾劑，然后加入煤焦油和溶劑，煤焦油與溶劑的體積比為2:1，加熱至100°C，用惰性氣體加壓，壓力控制在0.1~0.4MPa，得到凈化的煤焦油。
3.根據權利要求2所述的優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于:所述的溶劑為甲苯，助濾劑是纖維素粉與海沙的質量比為4:5的混合物，助濾劑的鋪設厚度為0.5~2cm。
4.根據權利要求1所述的優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于:所述的減壓蒸餾步驟(2)中，在惰性氣體保護下，將凈化的煤焦油在攪拌狀態下加熱至120~150°C，然后減壓至-0.01~-0.09MPa,減壓蒸懼至無液體溢出，得到浙青質。
5.根據權利要求1所述的優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于:所述的催化加氫步驟(3)中，將減壓蒸餾得到的浙青質與加氫催化劑按質量比為1:0.01~0.02加入反應釜,通氫氣至5MPa，在攪拌狀態下加熱至380°C，反應I~2小時，得到加氫浙青。
6.根據權利要求5所述的優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于:所述的加氫催化劑是以氧化鋁、氧化硅或硅膠為載體，負載活性組分Mo、Co、N1、W和P中的兩種或三種，活性組分的總負載量是催化劑質量的40%~60%。
7.根據權利要求1所述的優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于:所述的延遲焦化步驟(4)中，將加氫浙青在壓力為0.2~0.7MPa的惰性氣氛中500°C焦化反應12小時，得到生焦。
8.根據權利要求1所 述的優質針狀焦原料的制備方法，其特征在于:所述的生焦煅燒步驟(5)中，將生焦在惰性氣氛中1000°C煅燒I小時，得到針狀焦。
【文檔編號】C10B55/00GK103642511SQ201310692911
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】董文生, 劉陽, 劉春玲, 李軍 申請人:陜西師范大學