[发明专利]一种重油制备中间相沥青和中间相炭微球的方法

说明书

本发明涉及一种重油制备中间相沥青和中间相炭微球的方法，以重质油为原料，经正庚烷萃取分离出不溶物，在脱沥青油中掺杂3wt％～15wt％的生物质浅度交联后，减压深拔得到450℃馏分的缩聚重产物，添加0～200μg/g的正庚烷不溶物和1wt％～10wt％自由基催化剂经二者协同诱导缩聚得到广域中间相沥青，取不同筛分目数的中间相沥青颗粒加至高沸点分散介质中，乳化成球，经洗涤干燥后得到中间相炭微球。本发明专利以重质油、生物质分子为原料，实现了对两者的有效利用，利用生物质分子的高反应活性基团实现了对炭微球收率、粒径分布、球度的优化，此方法经济性强，操作简单，具有较高的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及一种重油制备中间相沥青和中间相炭微球的方法，具体以重质油为原料，经过初步诱导缩聚-协同热解-乳化三元组合工艺制备得到中间相炭微球，是一种优质中间相炭微球的制备工艺，属于炭材料制备领域。

背景技术

石油作为现代工业的“血液”，对我国社会经济发展和国防安全有着不可估量的作用。随着全球原油资源的重质化，石油炼制过程中出现越来越多难处理的重质油。制备具有极大开发潜力和应用前景的炭材料不失为一种对重质油的有效利用方式。生物燃料作为一种可部分代替化石燃料的潜在能源具有绿色、可再生、无硫等优势，但其生产成本一般较高。将生物质与重油共炼可以高效地利用生物质，缓解石油短缺的问题，具有很好的经济和环境效益。生物质与重质油的共炼通过利用炼厂已有设备可有效降低炼厂的投资费用进而降低生产成本。

中间相沥青是一种复杂的芳香类碳氢化合物聚集体，是向列型液晶，因其具有良好的可塑性和可加工性，是性能优异的前驱体。特别是随着新能源行业的兴起，锂离子电池的迅猛发展，中间相沥青作为一种新兴的负极材料，也具有极广阔的发展空间。中间相炭微球是稠环芳烃平面大分子在表面自由能的作用下形成的球状或类球状的结构，其主要的制备方法包括缩聚法、乳化法以及悬浮法。高品质中间相炭微球因其具有高强度、超高的比表面积和吸附能力，且拥有良好的球形特点且粒径均匀，具有良好的化学稳定性、热稳定性、导热导电性等优点，正越来越受到人们的重视。

高品质中间相炭微球作为非常优质的炭材料前驱体，能够成为很多复合材料的基体，目前已被广泛应用于高性能材料的制备领域，如高比表活性炭材料、高效吸附材料、催化剂载体、锂离子电池等。但其生产制备过程中存在收率低、成本高以及严重腐蚀设备等问题，工业化生产中间相炭微球深受限制，且目前工业化生产的中间相炭微球形貌及缩聚程度都难以达到高性能应用的标准，因此高品质中间相炭微球的研究发展刻不容缓。

专利CN108821275A公开了一种锂离子电池用高容量、高倍率石墨负极材料及其制备方法，以沥青和生物质焦油为原料，通过交联、缩聚、惰性气氛下3000～3200℃石墨化处理制备而成，该方案将沥青与生物质焦油共炼，加工工艺温和、简单，通过控制生物质焦油的成分、含量以及交联条件影响石墨层间距，得到目的产品。专利CN110357069A公开了一种乳化法制备中间相炭微球的方法，首先用供氢溶剂、改性催化剂以及乳化溶剂制备溶剂体系；其次将中低温煤焦油沥青加入溶剂体系中，制备中间相沥青；最后将中间相沥青用有机溶剂抽提、干燥，空气气氛下预氧化、N₂气氛下炭化、石墨化得到中间相碳微球。该发明对反应条件的要求较高，工艺流程复杂，石墨化度不理想。CN104108697A公开了一种中间相沥青炭微球的制备方法，将粉碎好的原料与硅油按照一定的比例加入到高压反应釜中；在一定的搅拌速度下惰性气体氛围中逐渐升温到预定温度；在此温度保持一段时间后关闭加热，自然冷却到室温；用离心分离的方法将中间相炭微球从导热介质硅油中分离出来。然后经过炭化，石墨化制备最终样品。同样存在石墨化程度不理想，工艺复杂的缺点。

发明内容

本发明提供了一种重油制备中间相沥青和中间相炭微球的方法，以重质油为原料，取正庚烷萃取油掺杂生物质，浅度交联、协同缩聚制备出高品质中间相沥青，进而以其为原料经过乳化制备出高性能的中间相炭微球，扩大了原料的来源，是一种优质中间相炭微球的制备工艺。