[发明专利]一种利用煤直接液化制备中间相碳微球的方法

说明书

本发明涉及一种利用煤直接液化制备中间相碳微球的方法，属于新能源材料技术领域，解决了现有中间相碳微球的制备原料为中间相沥青、无法直接以煤为原料制备中间相碳微球的问题。本发明的煤直接液化制备中间相碳微球的方法包括：步骤1、将煤粉与四氢萘‑甲酸甲酯溶剂按比例混合形成煤浆溶剂；步骤2、将煤浆溶剂置于高压反应釜中，搅拌并加热至煤浆溶剂的液化温度，分离出煤浆液化产物；步骤3、用过氧化氢‑甲酸溶液对煤浆液化产物进行预氧化处理；步骤4、将预氧化产物分散于氨水中溶解；然后将溶解液分散于油酸‑液体石蜡介质中，利用水油微乳体系形成碳微球；步骤5、将碳微球在惰性气体氛围中进行热处理，得到中间相碳微球。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种利用煤直接液化制备中间相碳微球的方法。

背景技术

煤是一种全球价格最为便宜，储量最为丰富的化石碳资源，满足了全球41％的能源需求，主要应用于火力发电，煤最为主要能源的趋势在未来50年不会有太大的改变。中国目前为全世界最大的产煤国，产量占全球的44％。除了发电，煤还大量用于钢铁，水泥，煤化工生产基础化学品，煤也会作为原料来生产用于简单吸附的活性炭材料，煤焦化副产物煤焦油也会被用来作为各种碳材料的前躯体。

煤炭是一种成分和性质比较复杂的高含碳固体物质，是重要的碳资源，除了直接作为固体原料或反应物用于燃烧，钢铁，水泥等，煤在转化为其他化学品的过程中需要通过气化或是液化等均一化处理过程。

煤气化主要产生合成气，然后以合成气为基础合成甲醇，二甲醚等基础化学品，煤液化主要通过催化加氢将煤液化为碳氢原料。

在现有技术中，中间相碳微球的原料为中间相沥青，其主要组分为具有一定芳香度的稠环芳香烃混合物，中间相沥青要求具有较高的化学活性，分子量分布窄，纯度高，不含或含有极少量的无机灰分。一般中间相沥青来源为煤焦油、石油沥青和合成萘沥青等。但现有的这些原料通常性能很差，需要通过复杂耗时的精制过程才能得到合格的中间相沥青。煤焦油为煤炭焦化加工中的副产物，由于其来源广泛、价格低廉，被作为精制中间相沥青的主要原料，但其成分复杂，由于煤种和焦化条件差异，很难保证性质稳定，其中喹啉不溶物(QI)含量很高，需要经过多步过程精制。目前主要的煤焦油的精制方法有：溶剂法、热过滤法、离心法、改质法、旋转刮膜蒸发法、真空蒸馏法和超临界抽提法等。

现有技术中直接以煤为原料制备高性能，高附加值碳材料还存在很多问题，由于天然煤自身的缺点，不能直接作为原料，需要一定的预处理过程对煤的大分子结构与组成进行调整，以提高其洁净度，可加工性能等。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种煤直接液化制备中间相碳微球，用以解决现有技术中中间相碳微球的原料为中间相沥青、无法直接以煤为原料制备中间相碳微球的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种利用煤直接液化制备中间相碳微球的方法，包括以下步骤：

步骤1、将煤粉与四氢萘-甲酸甲酯溶剂按比例混合形成煤浆溶剂；

步骤2、将煤浆溶剂置于不锈钢高压反应釜中，搅拌并加热至煤浆溶剂的液化温度350℃～450℃，搅拌时间为0.5～3h，搅拌速率为50～500r/min，分离出煤液化产物；

步骤3、将煤液化产物用过氧化氢-甲酸溶液进行预氧化处理，得到预氧化产物；

步骤4、将预氧化产物分散于氨水中溶解，氨水的质量为预氧化产物质量的5～10倍；然后将预氧化产物溶解液分散于油酸-液体石蜡介质中，利用水油微乳体系成型，形成碳微球；

步骤5、将碳微球在惰性气体氛围中进行热处理。

进一步地，在步骤1中，在四氢萘-甲酸甲酯溶剂体系中，甲酸甲酯的质量含量为10～40％。