[发明专利]由高温煤焦油或煤焦油沥青的富碳残渣制备活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型碳材料领域，具体地，涉及适用于工业规模高比表面积活性炭的制备方法。

背景技术

中国是世界焦炭生产大国，统计资料显示2010年焦炭产量38800万吨，占世界焦炭产量60％。煤焦油资源丰富，从炼焦煤气中回收的煤焦油产量1800万吨。

中国高温煤焦油加工技术路线基本是以焦油蒸馏加工轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青的线路，产品数量单一。近年来，随着30万吨规模煤焦油加工项目的实施，其精制化学产品的数量不断增加，但沥青由于含有喹啉不溶物(QI)只能生产附加值低的中温沥青、改质沥青、沥青焦等产品，沥青的价值没有得到体现，造成项目整体产品附加值低，效益不理想。

随着对新材料的需求不断提高，尤其在高级碳素材料的需求迅速扩大，低QI净化煤焦油沥青可广泛应用于针状焦、浸渍沥青、高质量粘结剂沥青，也是合成中间相沥青的重要原料，煤焦油加工生产净化沥青是改变煤焦油加工项目经济性的主要因素。

目前煤焦油或煤焦油沥青脱除的QI没有得到合理的利用，往往被认为是一种难以利用的固体废渣，较好的情况是作为废渣掺混至炼焦煤中炼焦处理。

煤焦油中QI的分离主要方法包括加压化学共聚法、添加剂法、加压加热过滤法、真空过滤法、离心分离法以及溶剂法等。这其中以溶剂法去除喹啉不溶物效果最佳，且工艺简单、生产成本低、易于连续化生产，而且其中含有大量热不稳定大分子，含碳量高。

例如根据美国专利US4116815A、US4127472A介绍，煤焦油或煤焦油沥青用芳族溶剂和脂族溶剂按不同比例调配时会根据溶剂比例不同形成油区、结晶区、沥青区、浆区，从而向煤焦油或煤焦油沥青中添加不同配比芳族溶剂和脂族溶剂可以通过自然沉降的方法脱除煤焦油中的原生QI组分。

中国专利ZL200810038494.7公开了一种利用洗油和煤油配制的混合溶剂脱除煤焦油软沥青或中温煤沥青喹啉不溶物进而生产浸渍剂沥青的方法。

李其祥等人对溶剂法制取低QI煤沥青进行了研究(碳素，1993(4)，32-36)。

薛改凤等人针对絮凝剂和溶剂性质对煤焦油净化效果的影响进行了研究(炭素技术，1997(1)17-20)。

但目前的文献和专利主要工作集中在对溶剂法脱除QI效果以及对净化煤焦油或净化煤焦油沥青的研究上，没有涉及对脱除的富含QI组分的富碳残渣的研究及利用问题。研究表明由溶剂法脱除煤焦油或煤焦油沥青QI获得的残渣质量占原料煤焦油总质量的10-20％或占煤焦油沥青总质量的20-30％。这些残渣主要成分为游离炭以及富含碳元素大分子稠环芳烃组分。无论从改善煤焦油或煤焦油沥青合成中间相及针状焦的工艺经济性的观点考虑，还是从资源利用和环境保护的角度出发，实现煤焦油或煤焦油沥青脱除的富含QI组分残渣的高附加值利用意义深远。

本发明的发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种由高温煤焦油或煤焦油沥青得到的富碳残渣制备活性炭的方法，使得富碳残渣得到合理的利用。制备的活性炭具有高纯度、高比表面积等特点。

发明内容

本发明的一个方面提供一种由高温煤焦油或煤焦油沥青得到的富碳残渣制备活性炭的方法，包括：

(1)将所述富碳残渣进行预氧化处理得到预氧化处理过的残渣；

(2)将所述预氧化处理过的残渣研磨成粉末；

(3)将所述粉末按粉末与KOH质量比1∶1-5，浸渍于所述KOH的饱和溶液(20-80℃)中，加入体积为KOH饱和溶液体积5-20％的乙醇，搅拌0.5-24小时；

(4)将搅拌结束后的所述粉末，在温度为80-160℃条件下干燥；

(5)将干燥后的所述粉末，在氮气保护条件下，以1-10℃/min升温至500-700℃，恒温0.5-3小时，再以1-10℃/min速度升温至800-1100℃，恒温0.5-3小时，得到的活性炭粗产品；

(6)将所述活性炭粗产品进行酸洗和水洗，得到所述活性炭。

在一些实施方案中，活性炭的比表面积为1800-2800m²/g。

在一些实施方案中，富碳残渣是通过将所述高温煤焦油或高温煤焦油沥青溶剂法脱除的喹啉不溶物和甲苯不溶物。

在一些实施方案中，富碳残渣含灰分0.28-1wt％，挥发份49-55wt％，氮硫含量＜2wt％。

在一些实施方案中，富碳残渣含30-50wt％喹啉不溶物。