[发明专利]湍动的中间相沥青工艺和产品

说明书

本申请公开了一种利用长管式反应器生产中间相沥青的方法。将富含芳香族的进料(优选软化点高于100℃的石油沥青)预热至高于其软化点的温度，并在剧烈的混合反应条件(优选充分发展的湍流，如雾状环形流)下，在长管式反应器中与蒸汽(优选水蒸汽)进行混合，其停留时间比现有技术方法小至少一个数量级，优选小于10秒钟。优选地，通过电阻或电感应加热或通过浸入加热的流体或火焰加热器中来对反应器进行加热。产生了具有高焦化值和惊人低的喹诺酮不溶物含量的中间相沥青。与通过现有技术中的方法获取的类似副产物相比，热聚合反应和热脱烷基化反应的副产物的烯烃和二烯烃含量小于50％。

技术领域

本发明涉及用于生产碳化纤维、泡沫炭和其他碳或沥青类产品的中间相沥青的形成。

背景技术

中间相沥青是重要的并且也只是最近才得到认可的沥青家族中的一员。中间相沥青具有光学性质，并且可用于制造碳纤维、泡沫炭和其他珍贵的外来材料。

当具有芳香基的天然或合成沥青在350℃至500℃的温度的静止状态下加热时，随着加热的继续进行，沥青中开始出现不溶性液态小球体并且尺寸也逐渐增大。当通过电子衍射和偏振光技术进行检查时，显示出这些球体是由在相同方向上排列的取向分子层组成。当这些球体随着加热的继续进行尺寸继续变大时，它们就会彼此形成接触并逐渐彼此聚结从而产生大量的叠合层。随着聚结的继续，形成了与原始球体相比大得多的叠合分子的区域。这些区域集合在一起形成体中间相，其中通过逐渐弯曲的片晶，有时通过大幅度弯曲的片晶，有时平稳且连续地使一个取向区域转变成另一个取向区域。区域之间的取向差异在与分子排列中各种类型的线性不连续性相对应的中间相体中产生了复杂的偏振光消光轮廓阵列。所产生的取向区域的最终大小取决于所形成的中间相的粘度和粘度的增长率，而中间相的粘度又取决于特定的沥青和加热速率。在某些沥青中，会产生大小超过200微米直至超过1000微米的区域。在其他沥青中，中间相的粘度使得层只发生有限的聚结和结构重排，从而最终区域的大小不超过100微米。

已经将通过以这种方式处理沥青而产生的高取向的、光学各向异性的不溶性物质叫做术语“中间相”，并且将含有这种物质的沥青称为“中间相沥青”。这种沥青在加热到其软化点以上时是两种基本上互不混溶的液体的混合物，其中一种液体是光学各向异性取向的中间相部分，另一种液体是各向同性的非中间相部分。术语“中间相”(mesophase)源自希腊语“mesos”或“intermediate”，并表示这种高取向的、光学各向异性物质的赝晶性质。中间相本质上为“液晶”，因为如其X射线衍射图所证明的其具有有序且重复的原子排列，并且能够在施加应力时流动。这种看似矛盾的表现是由相邻平行平面中碳原子的键合相当弱引起的。

从某种意义上说，中间相沥青在烃热缩聚成焦炭的过程中只是一个停止点。随着时间和温度的增加，芳香族液态烃通过一定的热脱烷基化作用而热聚合。如果对芳香族原油的常压或真空残余物进行热处理，则第一步是具有与进料相比粘度更低且分子量更小的减粘裂化原油。沿热处理路径的下一步主要是用于产出石油沥青的热聚合。最后一步是焦炭。中间相沥青为倒数第二步。虽然可以简短地解释热处理工艺，但是已经提出了或至少授权了很多种制备中间相的工艺。

为了更好地阐述申请人的新工艺，有关沥青的通用信息的综述如下。本综述涵盖了对最终产品的探讨、关于制备中间相的专利，以及对多种中间相的探讨，其中关于制备中间相的专利包括申请人针对该主题的在先专利。

已将术语沥青用于范围为从原油的残余馏分到热聚合产物的许多重质产品。如本文所使用的，沥青旨在指代通过热聚合产生的软化点大于100℃的高芳香族物质。