CN112694332A - 一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法。该方法通过对煤沥青进行分质处理,得到粘结剂沥青、精制沥青和浸渍剂沥青,搭配中间相碳微球、热裂解炭黑、石墨粉用于制备核石墨材料。本发明可提高核石墨品质的同时,减少煤沥青低附加值产品的产生,可实现煤沥青高效利用,促进煤沥青深加工产业的发展。

Description

一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法
技术领域
本发明属于炭素材料技术领域,涉及一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法。
背景技术
煤沥青是煤焦油经蒸馏提取后的大宗残余物,其产率一般为50%~60%。煤沥青的加工利用水平对提高煤焦油加工产品附加值至关重要。2020年开始实施的《中华人民共和国国家发展和改革委员会令第29号》产业结构调整指导目录中指出:鼓励煤焦油高附加值利用、煤焦油炭基材料、煤沥青制针状焦等技术的研发和应用。
煤沥青含碳量高、流动性好、易石墨化,可用于生产建筑材料、粘结剂、浸渍剂、炭素制品等。目前我国煤沥青产能较高,且中低端煤沥青产品供应过剩,生产煤沥青基高附加值产品,扩大其应用领域是促进煤沥青产业的重要途径。
核石墨是高温气冷堆关键材料,煤沥青是影响核石墨性能的主要因素之一,因此煤沥青的选择和使用方法直接决定核石墨的性能。目前国内针对核石墨制备方面,缺乏即能提高核石墨品质,又能提升煤沥青附加值的分质高效利用技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,该方法在提高核石墨品质的同时,减少煤沥青低附加值产品,可实现煤沥青高效利用,促进煤沥青深加工产业的发展。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案实现。
一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)煤油和洗油的混合物作为混合溶剂与煤沥青在混合容器中搅拌均匀,然后静置分离得到轻相物质和重相物质;
(2)轻相物质在真空度-0.06MPa~-0.09MPa,塔顶温度90℃~140℃进行闪蒸,得到精制沥青;重相物质在真空度-0.07MPa~-0.10MPa,塔顶温度100℃~150℃,进行闪蒸,得到粘结剂沥青;
(3)取10%~30%经过步骤(2)得到的精制沥青在温度340℃~370℃,真空度-0.08MPa~-0.1MPa,进行减压蒸馏,蒸馏1~2h,得到浸渍剂沥青;
(4)通过对煤沥青进行分质处理,得到粘结剂沥青、精制沥青和浸渍剂沥青,搭配中间相碳微球、热裂解炭黑、石墨粉用于制备核石墨材料。
所述的混合溶剂,煤油和洗油质量比为0.8~1:1,混合溶剂与煤沥青的质量比为0.5~2.5:1。
所述的煤沥青,软化点30℃~46℃,100℃时密度1.18g/cm3~1.22g/cm3,喹啉不溶物<3%,甲苯不溶物8%~15%,结焦值>32%,灰分<0.3%,硫含量<0.5%,氮含量<1%,270℃前其馏出物质量分数<3%,360℃前其馏出物质量分数>12%。
所述的精制沥青,软化点30℃~40℃,喹啉不溶物<0.2%,甲苯不溶物4%~7%,结焦值30%~35%,密度1.16g/cm3~1.18g/cm3,灰分<0.1%。
所述的粘结剂沥青,软化点90℃~110℃,喹啉不溶物10%~15%,甲苯不溶物>50%,密度>1.3g/cm3,灰分<0.2%。
所述的浸渍剂沥青,软化点85℃~110℃,喹啉不溶物<0.1%,甲苯不溶物10%~15%,结焦值45%~55%,挥发分60%~70%,灰分<0.1%。
所述的核石墨材料,密度1.70g/cm3~1.80g/cm3,抗压强度≥50MPa,抗折强度≥25MPa,抗拉强度≥20MPa,弹性模量8GPa~13GPa。
核石墨材料制备采用如下技术步骤:
(1)制备针状焦,精制沥青经过管式加热炉加热至490℃~520℃,送入焦化塔进行裂解和缩聚反应,反应36h~37h,完成碳质中间相转化和气流拉焦形成生焦;将所述的生焦采用回转窑在1400℃~1500℃进行煅烧,得到针状焦;
(2)制备骨料,按质量百分比取50%~55%针状焦,20%~30%中间相碳微球,10%~ 15%石墨粉,10%~15%热裂解炭黑,四种物料的质量百分比总计为100%;分别将四种原料研磨成100~400目的粉末,然后在200℃~250℃进行干混,混合时间为1h~2h,得到骨料;
(3)混捏,按质量百分比取65%~70%步骤(1)得到的骨料和30%~35%所述的粘结剂沥青,所述的粘结剂沥青预先升温至200±20℃,分三次加入骨料,在150℃~200℃进行混捏,混捏时间为2~3h,得到混捏料;
(4)二次粉碎,将经过步骤(3)得到的物料冷却至30±5℃,然后破碎至<400目细粉,得到粉料;
(5)成型,将经过步骤(4)得到的细粉在压力120MPa~180MPa,压制30min~60min进行成型,得到成型料;
(6)焙烧,将经过步骤(5)得到的成型物料在1100℃~1300℃进行焙烧,焙烧9 天~12天,得到焙烧料;
(7)浸渍,将经过步骤(6)得到的焙烧物料预热至180℃~200℃,保温10h~11h后,放入浸渍罐中,控制罐内压力-0.08MPa~-0.1MPa,保压2h~2.5h;加入预热至200±20℃浸渍剂沥青,淹没罐内焙烧物料,控制浸渍温度350℃~450℃,压力3MPa~6MPa,时间 5h~10h,得到浸渍料;
(8)二次焙烧,在隔绝空气条件下,对步骤(7)得到的浸渍料进行焙烧,焙烧升温过程为0℃~300℃,升温速率1.5~2℃/h;300℃~500℃,升温速率0.8~1℃/h;500℃~ 800℃,升温速率0.6~0.8℃/h;800℃~1200℃,升温速率1.5~2℃/h;在温度1200±50℃,焙烧60h~80h,得到二次焙烧料;
(9)石墨化,将步骤(8)得到的二次焙烧料进行石墨化,石墨化温度2800℃~3000℃,恒温1天~2天,得到核石墨。
所述的针状焦,真密度>2.12g/cm3,挥发分<8%,灰分<0.4%,硫含量<0.1%,氮含量<0.6%,水分<0.1%。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明可提高核石墨品质的同时,减少煤沥青低附加值产品,实现煤沥青高效利用,促进煤沥青深加工产业的发展。
附图说明
图1是本发明的处理方法流程图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明,但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明,并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定,更非将本发明的保护范围局限于此。
【实施例】
一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,该方法包括如下步骤:
(1)煤油和洗油的混合物作为混合溶剂与煤沥青在混合容器中搅拌均匀,然后静置分离得到轻相物质和重相物质;
(2)轻相物质在真空度-0.07MPa,塔顶温度110℃进行闪蒸,得到精制沥青;重相物质在真空度-0.09MPa,塔顶温度150℃,进行闪蒸,得到粘结剂沥青;
(3)取18%经过步骤(2)得到的精制沥青在温度350℃,真空度-0.09MPa,进行减压蒸馏,蒸馏2h,得到浸渍剂沥青;
(4)通过对煤沥青进行分质处理,得到粘结剂沥青、精制沥青和浸渍剂沥青,搭配中间相碳微球、热裂解炭黑、石墨粉用于制备核石墨材料,工艺流程见图1。
所述的混合溶剂,煤油和洗油质量比为0.8:1,混合溶剂与煤沥青的质量比为1.6:1。
所述的煤沥青,软化点39℃,100℃时密度1.191g/cm3,喹啉不溶物1.89%,甲苯不溶物9.7%,结焦值33.5%,灰分0.05%,硫含量0.42%,氮含量0.68%,270℃前其馏出物质量分数2.3%,360℃前其馏出物质量分数29%。
所述的精制沥青,软化点32℃,喹啉不溶物0.02%,甲苯不溶物6.6%,结焦值32.7%,密度1.177g/cm3,灰分0.01%。
所述的粘结剂沥青,软化点95℃,喹啉不溶物11.3%,甲苯不溶物54.7%,密度1.354g/cm3,灰分0.01%。
所述的浸渍剂沥青,软化点90℃,喹啉不溶物痕量,甲苯不溶物11.2%,结焦值50.6%,挥发分67.3%,灰分0.01%。
所述的核石墨材料,密度1.76g/cm3,抗压强度52MPa,抗折强度25MPa,抗拉强度23MPa,弹性模量10GPa。
核石墨材料制备采用如下技术步骤:
(1)制备针状焦,精制沥青经过管式加热炉加热至500℃,送入焦化塔进行裂解和缩聚反应,反应36h,完成碳质中间相转化和气流拉焦形成生焦;将所述的生焦采用回转窑在1450℃进行煅烧,得到针状焦;
(2)制备骨料,按质量百分比取52%针状焦,23%中间相碳微球,15%石墨粉,10%热裂解炭黑,四种物料的质量百分比总计为100%;分别将四种原料研磨成100~400目的粉末,然后在200℃进行干混,混合时间为2h,得到骨料;
(3)混捏,按质量百分比取67%步骤(1)得到的骨料和33%所述的粘结剂沥青,所述的粘结剂沥青预先升温至200℃,分三次加入骨料,在200℃进行混捏,混捏时间为 2h,得到混捏料;
(4)二次粉碎,将经过步骤(3)得到的物料冷却至30℃,然后破碎至<400目细粉,得到粉料;
(5)成型,将经过步骤(4)得到的细粉在压力160MPa,压制50min进行成型,得到成型料;
(6)焙烧,将经过步骤(5)得到的成型物料在1200℃进行焙烧,焙烧10天,得到焙烧料;
(7)浸渍,将经过步骤(6)得到的焙烧料预热至190℃,保温10h后,放入浸渍罐中,控制罐内压力-0.1MPa,保压2h;加入预热至200℃浸渍剂沥青,淹没罐内焙烧物料,控制浸渍温度400℃,压力5MPa,时间8h,得到浸渍料;
(8)二次焙烧,在隔绝空气条件下,对步骤(6)得到的浸渍物料进行焙烧,焙烧升温过程为0℃~300℃,升温速率1.6℃/h;300℃~500℃,升温速率0.8℃/h;500℃~800℃,升温速率0.7℃/h;800℃~1200℃,升温速率1.7℃/h;在温度1200℃,焙烧70h,得到二次焙烧料;
(9)石墨化,将步骤(8)得到的二次焙烧料进行石墨化,石墨化温度2800℃~3000℃,恒温1天~2天,得到核石墨。
所述的针状焦,真密度2.124g/cm3,挥发分7.6%,灰分0.06%,硫含量0.04%,氮含量0.44%,水分0.07%。

Claims (9)

1.一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
(1)煤油和洗油的混合物作为混合溶剂与煤沥青在混合容器中搅拌均匀,然后静置分离得到轻相物质和重相物质;
(2)轻相物质在真空度-0.06MPa~-0.09MPa,塔顶温度90℃~140℃进行闪蒸,得到精制沥青;重相物质在真空度-0.07MPa~-0.10MPa,塔顶温度100℃~150℃,进行闪蒸,得到粘结剂沥青;
(3)取10%~30%经过步骤(2)得到的精制沥青在温度340℃~370℃,真空度-0.08MPa~-0.1MPa,进行减压蒸馏,蒸馏1~2h,得到浸渍剂沥青;
(4)通过对煤沥青进行分质处理,得到粘结剂沥青、精制沥青和浸渍剂沥青,搭配中间相碳微球、热裂解炭黑、石墨粉用于制备核石墨材料。
2.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,所述的混合溶剂,煤油和洗油质量比为0.8~1:1,混合溶剂与煤沥青的质量比为0.5~2.5:1。
3.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,所述的煤沥青,软化点30℃~46℃,100℃时密度1.18g/cm3~1.22g/cm3,喹啉不溶物<3%,甲苯不溶物8%~15%,结焦值>32%,灰分<0.3%,硫含量<0.5%,氮含量<1%,270℃前其馏出物质量分数<3%,360℃前其馏出物质量分数>12%。
4.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,所述的精制沥青,软化点30℃~40℃,喹啉不溶物<0.2%,甲苯不溶物4%~7%,结焦值30%~35%,密度1.16g/cm3~1.18g/cm3,灰分<0.1%。
5.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,所述的粘结剂沥青,软化点90℃~110℃,喹啉不溶物10%~15%,甲苯不溶物>50%,密度>1.3g/cm3,灰分<0.2%。
6.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,所述的浸渍剂沥青,软化点85℃~110℃,喹啉不溶物<0.1%,甲苯不溶物10%~15%,结焦值45%~55%,挥发分60%~70%,灰分<0.1%。
7.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,所述的核石墨材料,密度1.70g/cm3~1.80g/cm3,抗压强度≥50MPa,抗折强度≥25MPa,抗拉强度≥20MPa,弹性模量8GPa~13GPa。
8.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,核石墨材料制备采用如下技术步骤:
(1)制备针状焦,精制沥青经过管式加热炉加热至490℃~520℃,送入焦化塔进行裂解和缩聚反应,反应36h~37h,完成碳质中间相转化和气流拉焦形成生焦;将所述的生焦采用回转窑在1400℃~1500℃进行煅烧,得到针状焦;
(2)制备骨料,按质量百分比取50%~55%针状焦,20%~30%中间相碳微球,10%~15%石墨粉,10%~15%热裂解炭黑,四种物料的质量百分比总计为100%;分别将四种原料研磨成100~400目的粉末,然后在200℃~250℃进行干混,混合时间为1h~2h,得到骨料;
(3)混捏,按质量百分比取65%~70%步骤(1)得到的骨料和30%~35%所述的粘结剂沥青,所述的粘结剂沥青预先升温至200±20℃,分三次加入骨料,在150℃~200℃进行混捏,混捏时间为2~3h,得到混捏料;
(4)二次粉碎,将经过步骤(3)得到的物料冷却至30±5℃,然后破碎至<400目细粉,得到粉料;
(5)成型,将经过步骤(4)得到的细粉在压力120MPa~180MPa,压制30min~60min进行成型,得到成型料;
(6)焙烧,将经过步骤(5)得到的成型物料在1100℃~1300℃进行焙烧,焙烧9天~12天,得到焙烧料;
(7)浸渍,将经过步骤(6)得到的焙烧物料预热至180℃~200℃,保温10h~11h后,放入浸渍罐中,控制罐内压力-0.08MPa~-0.1MPa,保压2h~2.5h;加入预热至200±20℃浸渍剂沥青,淹没罐内焙烧物料,控制浸渍温度350℃~450℃,压力3MPa~6MPa,时间5h~10h,得到浸渍料;
(8)二次焙烧,在隔绝空气条件下,对步骤(7)得到的浸渍料进行焙烧,焙烧升温过程为0℃~300℃,升温速率1.5~2℃/h;300℃~500℃,升温速率0.8~1℃/h;500℃~800℃,升温速率0.6~0.8℃/h;800℃~1200℃,升温速率1.5~2℃/h;在温度1200±50℃,焙烧60h~80h,得到二次焙烧料;
(9)石墨化,将步骤(8)得到的二次焙烧料进行石墨化,石墨化温度2800℃~3000℃,恒温1天~2天,得到核石墨。
9.根据权利要求1所述的一种制备核石墨材料的煤沥青分质处理方法,其特征在于,所述的针状焦,真密度>2.12g/cm3,挥发分<8%,灰分<0.4%,硫含量<0.1%,氮含量<0.6%,水分<0.1%。
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