中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法技术

本发明专利技术属于煤化工技术领域，涉及一种中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法，包括：1)从中低温煤焦油全馏分中切割出360～540℃馏分段的沥青；2)依次采用有机混合溶剂萃取工艺、离子液体萃取工艺和组分改质工艺，从切割沥青中得到精制沥青；3)在磁场条件下，对精制沥青进行热聚合得到半焦；4)在氮气氛围下，半焦经煅烧、冷却得到针状焦。精制沥青中N含量<2％，O含量为3.5～4.2％，芳香度f

【技术实现步骤摘要】
中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法


[0001]本专利技术属于煤化工
，涉及一种中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法。

技术介绍

[0002]针状焦作为一种重要的新型工业材料，由于其具有高导电率、低热膨胀系数、耐腐蚀性、强度高等性质，近年来被广泛应用在电容器和锂离子电池的研究中，成为制造高功率石墨电极的主要原料，石墨电极的性能在一定程度上由针状焦的品质决定，而针状焦的品质主要受原料组成的影响。
[0003]中低温煤焦油沥青具有富含低环数芳香族化合物、极少量喹啉不溶物(QI)的特征，是生产煤系针状焦的优质原料。但其含有高反应活性的含氮、含氧化合物等不利于中间相形成的其它因素，导致其在炭化时热稳定性差、体系黏度大，不利于中间相小球的形成、生长以及融并，进而影响中间相的生成，进而使得最终得到的针状焦的性能变差，因此在利用中低温煤焦油沥青原料成产煤系针状焦时，需要对原料进行精制。
[0004]目前，对针状焦原料精制过程中，沥青的热稳定性、中间相的形成和炭化体系黏度的问题，是非常重要的。常用的针状焦原料精制方法主要有：闪蒸缩聚法、真空蒸馏分离法、加氢改质法、溶剂萃取法等。专利CN109868146A公开了一种以中温煤沥青为原料，通过聚合球化反应得到含有中间相沥青微球和脱喹啉不溶物沥青的固液混合物，向其中加入焦化洗油,进行固液分离得到液相脱喹啉不溶物沥青，将其与供氢剂在温度为350～420℃、压力为5～15MPa加氢重整脱出其中硫和氮及金属等和轻度烷基化，得到制备针状焦原料的方法。专利CN104232130B公开了一种煤焦油沥青和游离碳或含游离碳的组分为原料，在320～360℃条件下加热反应得到改质沥青，将其与洗油、蒽油或喹啉混合后，采用物理分离法，除去混合物中的不溶物，将澄清液与经糠醛萃取的石油重油、乙烯焦油、渣油的任意一种混合，然后进行分离，得到制备针状焦原料的方法。专利CN100500804C公开了一种以煤焦油馏分为原料，通过轻组分溶剂油除去QI，减压蒸馏分离出溶剂得到精制沥青，将其置于特殊结构的管式反应器中热聚生成中间相，并促使中间相有序生长得到针状焦。专利CN101565630B公开了一种以煤沥青为原料，采用有机溶剂、超声波、离心分离的方法除去不溶物，有机溶剂经减压蒸馏除去，得到精制沥青，在电场作用下进行热聚，促使多环芳烃类化合物的分子取向产生定向作用，实现有序中间相针状焦的制备。
[0005]上述专利中，虽然都对中低温煤焦油沥青进行处理精制，进而制备出针状焦，但是仍存在以下问题，难以获得结构稳定且具有广域流线型的中间相，从而影响针状焦的品质和性能，且工艺能耗高。因此寻找新的方法来改进工艺，探索更加合理、高效的制备方法具有重大意义。

技术实现思路

[0006]针对现有针状制备存在的技术问题，本专利技术提供一种中低温煤焦油沥青复合萃取
改质制备针状焦的方法，以中低温煤焦油沥青为原料，采用复合萃取改质工艺得到精制沥青，实现原料有效定向调控，提高中间相形成过程中体系的供氢能力，降低炭化体系黏度，制备出的产品结构稳定，纤维含量高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]1)馏分切割：从中低温煤焦油全馏分中切割出360～540℃馏分段的沥青；
[0010]2)沥青精制：依次采用有机混合溶剂萃取工艺、离子液体萃取工艺和组分改质工艺，从步骤1)切割的沥青中得到精制沥青；
[0011]3)在磁场条件下，对步骤2)得到的精制沥青进行热聚合得到半焦；
[0012]4)在氮气氛围下，步骤3)得到的半焦经煅烧、冷却得到针状焦。
[0013]进一步的，所述步骤2)得到的精制沥青中，N含量<2％，O含量为3.5～4.2％，芳香度f
A
为0.7～0.9。
[0014]进一步的，所述步骤2)的具体过程是：
[0015]2.1)将步骤1)切割的沥青与有机混合溶剂以1:1.5～5的质量比混合，温度60～90℃下，搅拌15～40min，静置20～50min分层，取上层液，得到有机萃取液；
[0016]2.2)将步骤2.1)得到的有机萃取液与离子液体以质量比1:1～3混合，温度40～90℃，搅拌10～30min，冷却至室温、抽滤得到滤液；并向滤液中加入去离子水，依次经反萃取、分离、减压蒸馏得到萃取沥青，滤液与去离子水的体积比为1：4～10；
[0017]2.3)向步骤2.2)得到的萃取沥青中添加改质剂，混合后置于反应釜中，所述改质剂的添加量为萃取沥青添加量的5wt％～15wt％；温度180～200℃，恒温反应1～3h，蒸馏出轻组分，冷却至室温，釜底得到精制沥青。
[0018]进一步的，所述步骤2.1)中，有机混合溶剂为正己烷和甲苯的混合液，所述正己烷和甲苯质量比为1:1～4。
[0019]进一步的，所述步骤2.2)采用的离子液体是[Bmim][Cl]、[Bmim][BF6]、[C4mim][SCN]、[Bmpyrr][Cl]、[Bmmim][Tf2N]、[Emim][EtSO4]、[Bmim]FeCl4、[Bmim][C(CN)3]和[3
‑
mebupy][C(CN)3]中的一种或多种。
[0020]进一步的，所述步骤2.3)中，所述改质剂为四氢萘、一蒽油、二氢蒽、二氢菲和十氢萘中的一种或多种。
[0021]进一步的，所述步骤3)中，磁场条件是：磁场磁感应强度为15～30mT，在反应温度为400～440℃时外加磁场，每隔10min加磁5～10s；
[0022]热聚合是在变温变压程序下进行的，具体条件是：首先，压力0.5～2MPa、2～4℃/min的升温速率，升温至400～440℃，恒温8～12h；然后，压力0.5～1MPa、0.5～2℃/min的升温速率，升温至480～520℃，恒温8～12h。
[0023]进一步的，所述步骤4)中，煅烧条件是：升温速率为1～3℃/min，压力为0.01～0.03MPa，升温至1400～1600℃，煅烧6～10h。
[0024]一种中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法所制备的针状焦。
[0025]进一步的，所述针状焦的膨胀系数最低为1.36
×
10
‑
6/℃，电阻率最小为568μΩ
·
m。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027]1、本专利技术以360～540℃馏分段的中低温煤焦油沥青为原料，通过复合萃取改质工艺三步得到精制沥青，然后在磁场条件下热聚得到半焦，最后通过高温煅烧得到针状焦产品，进一步的，复合萃取改质工艺包括有机混合溶剂萃取工艺、离子液体萃取工艺和组分改质工艺，得到的产品结构稳定，纤维含量高，为针状焦的制备提供一种新的思路和方法。
[0028]2、本专利技术通过有机混合溶剂萃取可脱除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)馏分切割：从中低温煤焦油全馏分中切割出360～540℃馏分段的沥青；2)沥青精制：依次采用有机混合溶剂萃取工艺、离子液体萃取工艺和组分改质工艺，从步骤1)切割的沥青中得到精制沥青；3)在磁场条件下，对步骤2)得到的精制沥青进行热聚合得到半焦；4)在氮气氛围下，步骤3)得到的半焦经煅烧、冷却得到针状焦。2.根据权利要求1所述的中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2)得到的精制沥青中，N含量<2％，O含量为3.5～4.2％，芳香度f
A
为0.7～0.9。3.根据权利要求2所述的中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程是：2.1)将步骤1)切割的沥青与有机混合溶剂以1:1.5～5的质量比混合，温度60～90℃下，搅拌15～40min，静置20～50min分层，取上层液，得到有机萃取液；2.2)将步骤2.1)得到的有机萃取液与离子液体以质量比1:1～3混合，温度40～90℃，搅拌10～30min，冷却至室温、抽滤得到滤液；并向滤液中加入去离子水，依次经反萃取、分离、减压蒸馏得到萃取沥青，滤液与去离子水的体积比为1：4～10；2.3)向步骤2.2)得到的萃取沥青中添加改质剂，混合后置于反应釜中，所述改质剂的添加量为萃取沥青添加量的5wt％～15wt％；温度180～200℃，恒温反应1～3h，蒸馏出轻组分，冷却至室温，釜底得到精制沥青。4.根据权利要求3所述的中低温煤焦油沥青复合萃取改质制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2.1)中，有机混合溶剂为正己烷和甲苯的混合液，所述正己烷和甲苯质量比为1:1～4。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬，徐贤，施俊合，田佳勇，崔楼伟，刘杰，田育成，黄晔，高生辉，高峰，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：