[发明专利]一种利用中低温煤焦油制备针状焦的方法

说明书

本发明提出了一种利用中低温煤焦油制备针状焦的方法，属于针状焦制备技术领域，其具体包括(1)制备精制原料；(2)制备共碳化三元体系；(3)制备半焦混合物；(4)形成针状焦四个步骤。利用发明制备的针状焦纤维取向性和有序性都很好，同时通过加入均质剂和共碳化剂避免了热反应性差异带来的影响，中间相体系粘度好，提高了生焦质量。

技术领域

本发明属于针状焦制备技术领域，具体涉及一种利用中低温煤焦油制备针状焦的方法。

背景技术

针状焦是制造高功率或超高功率电极的主要原料，采用高功率或超高功率电炉炼钢时，可使冶炼时间缩短30％～50％，节电10％～50％，经济效益十分明显。除此之外，针状焦在锂电池、核电、航天等领域的应用也不断发展。目前，我国已经掌握了超高功率石墨电极的制造方法，但是针状焦工业化生产技术仍然不如美国、日本和英国等发达国家。针状焦的生产基本机理是采用适宜的原料油在热转化时形成具有塑性流动和分子排列有序的中间相物质，在一定温度下固化形成各向异性的针状焦。

CN1304974A公开了一种将煤焦油经闪蒸除去喹啉不溶物后，与石油组分进行100:3～50混合，在380℃～480℃、0～2MPa压力下进行热聚合反应，再经煅烧后即得针状焦。CN1418930A公开了一种以石油系和煤系为原料，以1:0.1～10的重量比混合，经400℃～440℃、0.2～2MPa热处理0.5～8h后，并在490℃～550℃、0.2～2MPa下进行热聚合3～8h，即得针状焦。CN101126027公开了一种以煤系软沥青或配制软沥青为原料，经过闪蒸和缩聚预处理，并向闪蒸原料或缩聚原料或焦化原料中加入石油组份，进行炭化、干燥和油气净化焦化处理制得煤系针状焦。

上述针状焦制备方法虽然可行，但仍存在一些不足：(1)由于原料族组分的不同，其热反应性存在一定差异，导致焦化反应液相体系的不同，成焦反应体系的差异影响中间相小球体的融合和长大。(2)广域流线型中间相的生成，导致生焦质量差别较大。(3)中间相是形成针状焦的前驱体，对炭化反应、生成的炭体结构、成焦体系等均起着决定性的作用，但是目前制备出的中间相体系粘度差，导致成品针状焦的质量差。(4)针状焦制备工艺过程复杂，成本高。

发明内容

针对上述针状焦制备原料族组分不同，热反应存在差异，导致焦化反应液相体系的不同，影响中间相小球体的融合和长大；成品针状焦的质量差；制备工艺过程复杂，成本高的问题。本发明提出了一种利用中低温煤焦油制备针状焦的方法，其是以中低温煤焦油为原料，以共碳化反应为基础制备针状焦，且工艺过程简单，制备出的针状焦纤维结构好、有序性高。具体技术方案如下：

一种利用中低温煤焦油制备针状焦的方法，包括以下步骤：

(1)在精馏反应釜中对中低温煤焦油进行蒸馏，蒸馏出馏分300℃的中低温煤焦油，制备精制原料；

(2)按照1:0.5～2的比例将步骤(1)制备的精制原料与均质剂复配，再加入共碳化剂，进行沥青改性，制备共碳化三元体系；

(3)以氮气作为保护气，在高压反应釜中对步骤(2)制备的共碳化三元体系进行热聚合反应，制备半焦混合物；

(4)以氮气作为保护气，在煅烧炉中将步骤(3)制备的半焦混合物在升温速率为2～7℃/min、恒压的条件下，升温至1300～1600℃，煅烧2～5h，冷却后得针状焦。

进一步限定，所述步骤(3)中的热聚合反应步骤为：在高压反应釜中对步骤(2)制备的共碳化三元体系在升温速率为2～8℃/min、搅拌速率为100～200r/min、压力为1～5MPa的条件下，升温至200～350℃，恒温保持1～3h；接着在升温速率为0.5～3℃/min、搅拌速率为50～150r/min、压力为0～3MPa的条件下，升温至300～500℃，恒温保持7～9h，最后泄压，制备半焦混合物。

进一步限定，所述共碳化剂的加入量为5～25wt％。