[发明专利]优质中间相沥青的制备方法

说明书

本发明提供一种优质中间相沥青的制备方法，包括以下步骤：萃取精馏：将沥青原料和夹带剂混合得到沥青混合物，在超临界流体填料萃取塔的两端分别通入沥青混合物和超临界流体，进行连续逆流萃取，萃取精馏后的轻质组分从超临界流体填料萃取塔的上端排出，重质组分从超临界流体填料萃取塔的下端排出；萃取剂分离：收集超临界流体填料萃取塔排出的轻质组分，减压使二氧化碳逸出，得到混有夹带剂的沥青；夹带剂分离：对混有夹带剂的沥青进行真空分子蒸馏，分离出夹带剂，得到沥青组分；热缩聚反应：将沥青组分进行热缩聚和分解反应，得到中间相沥青。本发明的制备方法，可以降低沥青中的喹啉不溶物等杂质，得到优质中间相沥青。

技术领域

本发明涉及沥青制备技术领域，特别是涉及一种优质中间相沥青的制备方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量90％以上的高强度高模量纤维，按原材料母体划分可分为聚丙烯腈(PAN)系和沥青(Pitch)系。沥青系的碳纤维由于其高强度、超高拉伸模量、超高导热系数、轻量化、优异的导电性、优异的电磁屏蔽效能等优点，被广泛应用于航空航天工业、无人飞机、军事、赛车等高端领域。

沥青原料成本低廉，具有碳含量高、碳氢比适中、芳香度高、容易聚合、具有部分饱和芳环且芳环上含有一些碳数不等的支链烷烃等特点。但是普通沥青并不适合直接用于制造高端碳纤维产品，需要加工为各相异性的中间相沥青。优质的中间相沥青，在偏光显微镜下满足中间相含量大于98％，具有广域型的形貌，以及软化温度合适等要求。

沥青是炭素制品的主要原料之一，但沥青原料分子组成非常复杂，喹啉不溶物(QI)等杂质对煤沥青品质影响极大。喹啉不溶物，即用20倍重量的喹啉溶解一份重量的沥青，不能溶解的无机杂质及大分子颗粒。沥青中的QI主要是炼焦过程中细小的固体颗粒在热解气体的带动下和焦油混合在一起的一类物质，这些物质的颗粒一般为几微米，由于沥青的粘度非常大，这些细小的颗粒物和沥青分子紧紧粘附在一起，非常难以脱除。在制备各种高级碳材料的过程中，QI含量高会严重影响加工过程中前驱体中间相晶体的有序生长，影响碳原子排列的规整性，QI越低则原子排列越规整，沥青的品质越好。因此，作为热缩聚反应前的沥青原料，降低沥青的QI含量是十分必要的。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种优质中间相沥青的制备方法，可有效降低沥青中的喹啉不溶物等杂质，提高沥青的品质。

一种优质中间相沥青的制备方法，包括以下步骤：

萃取精馏：将沥青原料和夹带剂混合得到沥青混合物，所述夹带剂中包括喹啉，在超临界流体填料萃取塔的两端分别通入沥青混合物和超临界流体，进行连续逆流萃取，萃取精馏后的轻质组分从超临界流体填料萃取塔的上端排出，重质组分从超临界流体填料萃取塔的下端排出；

萃取剂分离：收集超临界流体填料萃取塔排出的轻质组分，减压使二氧化碳逸出，得到混有夹带剂的沥青；

夹带剂分离：对混有夹带剂的沥青进行真空分子蒸馏，分离出夹带剂，得到沥青组分；

热缩聚反应：将沥青组分进行热缩聚和分解反应，得到中间相沥青。

煤焦沥青中不溶于喹啉的物质主要包括两种，一种是原生喹啉不溶物，是焦化过程中的有机物热解粒子，直径小于1μm，另一种是焦煤等杂质微粒，直径约为10μm，其中有机物热解粒子占比约为98％，焦煤等杂质微粒占比约2％。在超临界流体萃取精馏中添加喹啉作为夹带剂，沥青萃取物可溶于喹啉，而QI不溶于喹啉，经过萃取精馏后降低沥青中的QI。再经过真空分子蒸馏，将夹带剂分离，分离温度低，分离精度高。净化后的沥青萃取物进行热缩聚反应制备得到中间相沥青。

若不经过萃取精馏，而直接采用真空蒸馏方式对沥青进行提纯，沥青中微米级别的微粒以及灰分颗粒物可能同时被蒸出，仅仅靠温度差难以将杂质分离，导致馏分纯度无法保证，影响热缩聚的质量，从而影响沥青的品质。而本发明先采用萃取精馏，降低沥青中的QI，再利用蒸馏分离容易分离的夹带剂，得到杂质含量低的沥青。