[发明专利]一种制备针状焦的方法及其装置

说明书

技术领域

一种制备针状焦的方法及其装置，属于针状焦制备技术领域。

背景技术

针状焦是二十世纪七十年代碳素材料中大力发展的一种优质碳种，是生产高功率超高功率石墨电极的主要原料。由于针状焦具有良好的石墨化性能，用其生产的高功率和超高功率电极具有优良的导电性、抗热震性和抗氧化性能。电炉使用由针状焦制造的的超高功率电极和普通电极相比，可使冶炼时间缩短30%~50%，节电10%~20%以上，生产能力可增加1.3倍，经济效益十分显著。

针状焦的制备过程包括原料预处理、延迟焦化和煅烧三个工艺工程，其中原料预处理是针状焦生产的核心单元，是影响针状焦质量的首要因素。原料预处理的目的首先是去除原料中的喹啉不溶物，其次是调整原料的分子量分布。

原料预处理的方法主要有：闪蒸-热缩聚法、溶剂-沉降法、离心法、过滤法等。

闪蒸-热缩聚法的工艺流程为：软沥青等原料→闪蒸→热缩聚→延迟焦化→（高温煅烧）→成品。早期的鞍山焦耐院专利CN 86100675A中公开了一种制备煤系针状焦的方法，以煤焦油、煤软沥青为原料，经加工后获得纯净油料，再进行焦化处理，具体方法是：将煤焦油、煤软沥青在一定温度、压力条件下进行加热处理，产生裂解和缩聚反应；再在闪蒸塔内进行闪蒸，除去某些妨碍中间相小球体成长的有害物质和不溶杂质，得到纯净油料；将所述纯净油料在一定温度、压力条件下再次进行加热处理，产生缩聚反应，得到缩聚沥青；将缩聚沥青和循环中油进行焦化处理，得到针状焦。与上述工艺相近的还有鞍山沿海化工专利CN1172147A中公开的改进的煤系针状焦的生产工艺和专利CN1304974A中公开的将煤焦油或煤焦油沥青闪蒸得到闪蒸油与石油组分配合缩聚，再将聚合油延迟焦化和煅烧得到针状焦。随后的专利申请大致遵循了上述工艺的流程，但增加了各种对上述工艺的改进。如上海宝钢专CN1268544针对传统技术中系统堵塞、结焦的问题，提出一种煤系针状焦的制备方法，采用配制的煤软沥青为原料，原料经过净化和调制后，再经炭化制成煤系针状焦，其特征在于原料净化是在原料加热后，以第一段比第二段温度较高而压力较低的两段真空闪蒸，除掉杂质和热反应活性高的组分而获得不含杂质、不含热反应活性高组分的精料，然后对精料进行炭化，炭化后产物经后处理处理成煤系针状焦产品。还有其它的使用溶剂法进行预处理的专利如CN 1268544A、CN1304974A、CN101126027、CN1944578A等。闪蒸-热缩聚工艺目前在山西宏特煤化工有限公司已经进行工业化生产，但存在的主要问题为产品热膨胀系数高、沥青收率低、闪蒸油在加压缩聚时结焦，导致缩聚反应器和后段管路堵塞。

溶剂-沉降法是用混合溶剂处理煤沥青除去QI，用该技术处理后得到的针状焦原料收率高，针状焦产品质量好，但工艺复杂，投资也高。目前在国外有日本实现了煤系针状焦的溶剂-沉降法工业化生产；国内有鞍山热能院的4万吨/年工业化装置已经能连续稳定的生产出较优质的针状焦。溶剂-沉降法的工艺流程为：软沥青→溶剂萃取→沉降分离→延迟焦化→（高温煅烧）→成品。

如鞍山热能院专利CN1793287A 公开了一种采用溶剂处理，制造适合生产煤沥青针状焦的方法。具体为：将软化点30的直馏软沥青或软化点35的回配软沥青加热到60后和预先混合的脂肪烃/芳香烃溶剂分别由泵送入搅拌釜；经过搅拌、静置、沉淀2~20h后，搅拌釜中的上层即轻相直馏软沥青或回配沥青与溶剂的混合物料再由泵抽出送入溶剂回收塔，经溶剂回收塔回收溶剂并制取精制沥青，得到适合生产煤沥青针状焦的原料。在此基础上，鞍山热能院专利CN 101531909 提供了一种用于针状焦生产的连续沉降工序，该工艺在进出料都是连续的情况下，对喹啉不溶物进行沉降分离，得到不含喹啉不溶物合格的轻相组分。使用的溶剂为脂肪烃溶剂与芳香烃溶剂的混合物，混合比例为（0.6~1.2）:1。将混合溶剂与煤焦油软沥青以（0.6~1.2）:1的比例混合，将形成的混合油用泵打入沉降分离设备中进行沉降分离，分离过程中，轻相液会慢慢上升，待其喹啉不溶物达到要求后，则轻液从上部不断排出，得到精制沥青。

离心法用离心机去除喹啉不溶物的方法，沥青在适宜的温度和粘度下进入离心机，离心机分离出去除了喹啉不溶物的离心液和富含喹啉不溶物的残渣，离心液作为针状焦的原料。此技术大大提高了针状焦原料的收率，但针状焦质量一般，工艺投资大。

过滤法是沥青和配合溶剂在一定的温度和粘度是采用滤材过滤除去喹啉不溶物的方法。这种方法虽然工艺简单能耗低，但对滤材要求严格，工艺条件较为苛刻，滤材昂贵，需要经常更换。