[發明專利]一種低硫低氮環保瀝青的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110267451.1
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113046109B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 康荷菲;張蕊;賈進莉;趙亮富;郭少青
• 申請（專利權）人: 山西中科化美科技有限責任公司
• 主分類號: C10C3/02
• 分類號: C10C3/02;C08L95/00;C08L91/00
• 代理公司: 太原中正和專利代理事務所(普通合伙) 14116
• 代理人: 焦進宇

本發明屬于瀝青深加工技術領域，具體公開了一種低硫低氮環保瀝青的制備方法，步驟一、將混合均勻的原料I與氧化劑I、低共熔溶劑混合，反應結束后，用氮氣吹掃混合物至冷卻，經真空抽濾分離溶劑，硫和氮組分將進入溶劑被分離出來，剩余物干燥后即為脫硫脫氮瀝青；步驟二、將脫硫脫氮后的瀝青、原料II和氧化劑II混合，反應結束后，用氮氣吹掃混合物至冷卻，用乙醇洗滌多次，即為低硫低氮的環保瀝青產品，得到的瀝青結焦值和軟化點合適，同時在高溫處理過程產生的瀝青煙量也較少，毒性更低，所制得的環保瀝青作為人造石墨材料粘結劑，粘結劑滲透性好，結焦值高，使用這種粘結劑瀝青能夠減少制品的氣孔率，提高石墨材料的強度。

技術領域

本發明屬于瀝青深加工技術領域，具體涉及一種低硫低氮環保瀝青的制備方法及應用。

背景技術

粘結劑瀝青是制備石墨電極、高純石墨等人造石墨材料的重要原料，其性能對人造石墨材料的品質和性能至關重要。為了獲得合適流變性能的粘結劑瀝青，目前工業使用的粘結劑瀝青通常為中溫瀝青、中溫改質瀝青或摻有蒽油的煤瀝青。這些粘結劑在使用過程中主要存在下列問題：

一、“氣脹”現象明顯。與骨料類似，粘結焦中的硫、氮含量也會在石墨化過程中產生“氣脹”現象，此時將造成石墨制品產生不可逆的裂紋，從而降低了石墨制備的品質。瀝青在焙燒過程中，瀝青焦化收縮形成粘結焦，含氮化合物一部分沒有變化或轉化為氨，大部分氮殘留在焦炭中；硫一部分以硫化氫的形式隨氣體析出，一部分以有機硫化合物的形式分布在焦炭中。當溫度上升到1400℃以上時，即在石墨化過程中，氫、硫、氮等元素將以H₂，H₂S，N₂，NH₃等形式釋放出來，其中氮元素主要在1400～1900℃釋放出來，而硫元素集中在1700～2100℃區間釋放出來，此時處于可塑狀態的焦炭氣孔壁受到排除氣體的壓力，體積產生膨脹，降低了石墨產品的物化性能。粘結劑在石墨材料生產糊料中占比為25-40％，盡管焙燒處理可以降低一部分硫、氮含量，但是焙燒形成的粘結焦中仍有一部分硫、氮元素殘留。

為了減少石墨材料的裂紋，目前研究主要從控制石墨化升溫速率和降低骨料硫氮含量方面進行，對降低粘結劑瀝青中的硫、氮含量方面鮮有報道。

現有文獻，專利公開號“CN101880542”提出“一種脫除煤瀝青中有機硫的方法”，該方法是通過使用一種表面活性劑和有機溶劑以增加氧化劑在煤瀝青體系中的分散和乳化程度，提高氧化劑氧化煤瀝青中有機硫的效果，通過甲醇和稀堿組成的混合萃取液將氧化了的硫化物萃取出來，并進一步通過真空抽濾除去含硫的萃取液實現深度脫硫。這種方法需要使用大量揮發性有機溶劑，投資較大，易對環境造成污染，而且該方法沒有關于煤瀝青有機氮的脫除研究。

二、熱處理過程中瀝青煙排放量大，瀝青在人造石墨材料制備過程中會發生熔融遷移、熱分解、熱縮聚、焦化收縮、石墨化的過程。在各個熱處理階段均會產生大量瀝青煙和粉塵。瀝青煙中含有大量的蒽、菲、芘等多環芳烴成分，其中致癌物質3，4苯并芘高達2.5％一3.5％。研究表明當處理溫度在350℃以下時，揮發分主要是由煤瀝青中沸點低于400℃的輕組分組成，只有很少一部分來自其高分子量組分的分解。而當溫度加熱到650℃時，揮發組分主要由煤瀝青的高 PAH組分和高PAH分解物組成。因此，雖然可以通過減少煤瀝青中的低分子組分(沸點＜400℃)的含量來減少瀝青煙氣的排放量。但是，這樣會導致煤瀝青的流變性能變差，造成混捏時對骨料的浸潤效果變差，而且這樣不能有效地降低高溫熱處理(＞650℃)過程中瀝青煙的排放量。

總之，使用傳統黏結劑瀝青，在石墨材料制備過程中會產生大量的瀝青煙、 H₂S、NH₃，使石墨材料產生大量裂紋，降低石墨材料的強度，而且污染了工作環境，增加了環保處理成本，影響了現場操作人員的身體健康。

發明內容

為解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種用制備低硫低氮環保瀝青的方法，以及通過該方法所制得的低硫低氮環保瀝青在人造石墨材料粘結劑上的應用。