[發(fā)明專利]一種FCC油漿組分切割?沉降分離制備中間相瀝青的方法

在審

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• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107201248A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明;于世濤;劉仕偉
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: C10G57/02
• 分類號: C10G57/02;C10C3/00;C10C3/06
• 代理公司: 青島中天匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司37241
• 代理人: 郝團代

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種環(huán)烷基原油的催化裂化油漿通過切割組分-沉降分離復(fù)合工藝制備中間相瀝青的方法，屬于重質(zhì)油加工和新型碳材料制備交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)

中間相瀝青(mesophase pitch，簡稱MP)是由多種扁盤狀稠環(huán)芳烴構(gòu)成的一種向列型液晶物質(zhì)，在熱、光、電和磁等各方面具有特殊的類似晶體的物理屬性，而在流動性、粘度和形變等方面仍呈液體特征。因中間相瀝青性能優(yōu)異、碳產(chǎn)率高和可加工性強，是許多先進功能材料的優(yōu)秀母體，可制備許多高性能碳素材料，如超高模量瀝青基碳纖維、針狀焦、碳泡沫、中間相瀝青基電極材料、高溫潤滑劑等，這些功能性材料在國防工業(yè)、航空航天、尖端科技、日常生活等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。

中間相瀝青的起始原料結(jié)構(gòu)和制備工藝是決定中間相偏光結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)等性質(zhì)的關(guān)鍵因素。石油煉化過程會產(chǎn)生一些富含芳烴的副產(chǎn)物，催化裂化(FCC)工藝產(chǎn)生的FCC油漿富含芳烴化合物，具有較高的C/H，且來源豐富，理論上是制備中間相瀝青的理想原料。相比目前國內(nèi)外制備碳纖維的主要原料-聚丙烯腈等純芳烴物質(zhì)而言，重質(zhì)油、石油瀝青等石油加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物價格低廉、來源豐富，因此石油基中間相瀝青的制備以及形成機制成為目前國內(nèi)外碳材料領(lǐng)域研究的熱點和重點。但由于石油原料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致石油基中間相瀝青的的制備尚不成熟，因此，石油基中間相瀝青制備工藝的開發(fā)與改進具有非常重要的研究價值。

對于石油基中間相瀝青的制備，原料結(jié)構(gòu)組成和分子量分布對炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有非常重要的影響。石油組分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子量分布范圍寬，通過減壓蒸餾工藝調(diào)控其結(jié)構(gòu)組成是非常有效的方法。Diefendorf等采用減壓蒸餾工藝切除石油瀝青中一部分小分子量的、分子排列無序的組分，而將分子量較大的、分子結(jié)構(gòu)排列有序的組分以不溶物的形式留在體系中，這些不溶物可以在一定溫度下熔融，并快速形成各向異性結(jié)構(gòu)含量高達100％的體中間相瀝青，該方法可以起到替代長時間熱處理的效果，經(jīng)過預(yù)處理有效提高了體系中有潛力形成中間相瀝青的分子比率。另外，Hansen等對聚合物體系進行組分分離預(yù)處理發(fā)現(xiàn)，中間相的形成要求體系具有較窄的分子量分布范圍，但是符合要求的分子量分布不局限于某種特定的分子量分布范圍。由此可知，對分子量分布范圍較寬的石油瀝青體系進行餾分切割預(yù)處理，是制備高品質(zhì)中間相瀝青的有效途徑。

沉降分離法是指借助各向同性相與各向異性相間的密度差異對兩相進行分離，各向同性相會在反應(yīng)器上部，而各向異性相則會沉降在反應(yīng)器下部，再通過物理切割方法，實現(xiàn)炭化體系中各向同性相和各向異性相的分離，通過沉降分離方法可以有效提高各向異性結(jié)構(gòu)的含量。西班牙CSIC的研究者采用熱過濾方法對石油基中間相瀝青進行相分離，但是沒有得到理想的分離效果，之后研究者提出了借助沉降法分離石油基中間相瀝青中的兩相，并且對這種方法進行了優(yōu)化，成功得到了中間相含量達到97vol.％的中間相瀝青，該產(chǎn)品易于紡制得到具有合理機械性能的碳纖維。沉降分離法對設(shè)備要求簡單，是一種易于實現(xiàn)的相分離方法。由此可知，對重質(zhì)油原料或中間產(chǎn)物進行組分切割和對產(chǎn)物或中間產(chǎn)物進行沉降分離均是提高中間相瀝青品質(zhì)的有效手段。

對于組成和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的FCC油漿，只通過一步簡單的工藝操作難以達到制備高模量碳纖維前驅(qū)體中間相瀝青的目的，因此，將兩種或者多種工藝進行復(fù)合是制備優(yōu)質(zhì)中間相瀝青有效可行的方法。本發(fā)明將組分切割與沉降分離兩種工藝復(fù)合制備中間相瀝青，可以達到提高產(chǎn)品各向異性結(jié)構(gòu)含量，降低軟化點，提高紡絲性能的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種以環(huán)烷基原油催化裂化油漿中餾程范圍為400～540℃的餾分油為原料，經(jīng)過組分切割-沉降分離復(fù)合工藝制備中間相瀝青的方法，以解決石油基中間相瀝青軟化點高、可紡性差等問題。此方法工藝較簡單，生產(chǎn)成本低，所制得的中間相瀝青各向異性結(jié)構(gòu)含量高，軟化點低，具有大流域型光學(xué)結(jié)構(gòu)，紡絲性能良好，是生產(chǎn)高模量碳纖維的優(yōu)良前驅(qū)體。

本發(fā)明所述的一種FCC油漿組分切割-沉降分離制備中間相瀝青的方法，其特征在于包括以下步驟：(1)將環(huán)烷基原油的催化裂化油漿，經(jīng)減壓蒸餾處理，切取其餾程范圍為400～540℃的餾分作為原料；(2)先在410～480℃，壓力為4MPa下，反應(yīng)2-14h，得到軟化點為180～260℃的預(yù)中間相瀝青；(3)之后在溫度為260～350℃，壓力為-0.1MPa下，減壓切除預(yù)中間相瀝青中部分低沸點的組分；(4)預(yù)中間相瀝青中剩余的高沸點組分繼續(xù)在300～380℃，常壓下熱沉降0.5～3h，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)物分兩層，下層即為所制備的高品質(zhì)中間相瀝青。