[發明專利]一種利用中低溫煤焦油制備針狀焦的方法

有效

• 申請號: 202010159169.7
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111377428B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 李冬;田育成;劉杰;黃曄;田亞飛;高峰;崔樓偉;鄭金欣;淡勇;李穩宏
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C10C1/04;C10C3/00
• 代理公司: 西安佩騰特知識產權代理事務所(普通合伙) 61226
• 代理人: 曹宇飛

本發明提出了一種利用中低溫煤焦油制備針狀焦的方法，屬于針狀焦制備技術領域，其具體包括(1)制備精制原料；(2)制備共碳化三元體系；(3)制備半焦混合物；(4)形成針狀焦四個步驟。利用發明制備的針狀焦纖維取向性和有序性都很好，同時通過加入均質劑和共碳化劑避免了熱反應性差異帶來的影響，中間相體系粘度好，提高了生焦質量。

技術領域

本發明屬于針狀焦制備技術領域，具體涉及一種利用中低溫煤焦油制備針狀焦的方法。

背景技術

針狀焦是制造高功率或超高功率電極的主要原料，采用高功率或超高功率電爐煉鋼時，可使冶煉時間縮短30％～50％，節電10％～50％，經濟效益十分明顯。除此之外，針狀焦在鋰電池、核電、航天等領域的應用也不斷發展。目前，我國已經掌握了超高功率石墨電極的制造方法，但是針狀焦工業化生產技術仍然不如美國、日本和英國等發達國家。針狀焦的生產基本機理是采用適宜的原料油在熱轉化時形成具有塑性流動和分子排列有序的中間相物質，在一定溫度下固化形成各向異性的針狀焦。

CN1304974A公開了一種將煤焦油經閃蒸除去喹啉不溶物后，與石油組分進行100:3～50混合，在380℃～480℃、0～2MPa壓力下進行熱聚合反應，再經煅燒后即得針狀焦。CN1418930A公開了一種以石油系和煤系為原料，以1:0.1～10的重量比混合，經400℃～440℃、0.2～2MPa熱處理0.5～8h后，并在490℃～550℃、0.2～2MPa下進行熱聚合3～8h，即得針狀焦。CN101126027公開了一種以煤系軟瀝青或配制軟瀝青為原料，經過閃蒸和縮聚預處理，并向閃蒸原料或縮聚原料或焦化原料中加入石油組份，進行炭化、干燥和油氣凈化焦化處理制得煤系針狀焦。

上述針狀焦制備方法雖然可行，但仍存在一些不足：(1)由于原料族組分的不同，其熱反應性存在一定差異，導致焦化反應液相體系的不同，成焦反應體系的差異影響中間相小球體的融合和長大。(2)廣域流線型中間相的生成，導致生焦質量差別較大。(3)中間相是形成針狀焦的前驅體，對炭化反應、生成的炭體結構、成焦體系等均起著決定性的作用，但是目前制備出的中間相體系粘度差，導致成品針狀焦的質量差。(4)針狀焦制備工藝過程復雜，成本高。

發明內容

針對上述針狀焦制備原料族組分不同，熱反應存在差異，導致焦化反應液相體系的不同，影響中間相小球體的融合和長大；成品針狀焦的質量差；制備工藝過程復雜，成本高的問題。本發明提出了一種利用中低溫煤焦油制備針狀焦的方法，其是以中低溫煤焦油為原料，以共碳化反應為基礎制備針狀焦，且工藝過程簡單，制備出的針狀焦纖維結構好、有序性高。具體技術方案如下：

一種利用中低溫煤焦油制備針狀焦的方法，包括以下步驟：

(1)在精餾反應釜中對中低溫煤焦油進行蒸餾，蒸餾出餾分300℃的中低溫煤焦油，制備精制原料；

(2)按照1:0.5～2的比例將步驟(1)制備的精制原料與均質劑復配，再加入共碳化劑，進行瀝青改性，制備共碳化三元體系；

(3)以氮氣作為保護氣，在高壓反應釜中對步驟(2)制備的共碳化三元體系進行熱聚合反應，制備半焦混合物；

(4)以氮氣作為保護氣，在煅燒爐中將步驟(3)制備的半焦混合物在升溫速率為2～7℃/min、恒壓的條件下，升溫至1300～1600℃，煅燒2～5h，冷卻后得針狀焦。

進一步限定，所述步驟(3)中的熱聚合反應步驟為：在高壓反應釜中對步驟(2)制備的共碳化三元體系在升溫速率為2～8℃/min、攪拌速率為100～200r/min、壓力為1～5MPa的條件下，升溫至200～350℃，恒溫保持1～3h；接著在升溫速率為0.5～3℃/min、攪拌速率為50～150r/min、壓力為0～3MPa的條件下，升溫至300～500℃，恒溫保持7～9h，最后泄壓，制備半焦混合物。

進一步限定，所述共碳化劑的加入量為5～25wt％。