一种煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法及系统与流程

本发明属于制备沥青基碳纤维的原料中间相沥青的制备领域，具体涉及一种煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法及系统。

背景技术：

1、煤焦油是煤化工领域的主要副产物之一，煤在煤化工工程中煤焦油的产率在3~4.5%左右，其中陕西和山西地区的煤焦油主要以中低温煤焦油为主，中低温煤焦油中煤焦油沥青占煤焦油的55%左右，因此，如何提高中低温煤焦油沥青的产品附加值，对于煤化工产业来说变得越来越重要。

2、中间相沥青的一个最重要的也是产品附加值最高的方向是高模量碳纤维的制备，沥青基碳纤维具有超高模量的性质，被用于航空航天、飞机制造、通讯产业等领域，但目前沥青基碳纤维行业成本构成来看，直接材料是其最主要成本，其占比超过八成以上，其次为人工费用以及制造费用。因此，改进沥青基碳纤维的制备工艺，使用廉价的中低温煤焦油沥青，连续化工艺运行能够有效的降低沥青基碳纤维的制造成本。而目前国内用于制备中间相沥青的原料沥青，需要复杂的精制工艺，且国际上对用于制备中间相沥青的原料沥青进行了严格的管制，极大的限制国内在沥青基碳纤维的发展和应用。

3、专利cn116023968介绍了一种采用石油油浆为原料连续化生产中间相沥青的工艺，但其油浆重组分在其精制单元中吸附和过滤易发生堵塞吸附剂和过滤网的问题，同时没有明确的加氢效果，无法有效的调节沥青的碳氢比，无法实现软化点和中间相沥青含量的控制。

4、专利cn 113680301介绍了一种可纺中间相沥青的制备装置，该装置为立管式反应器，内部有多层旋转叶片和控温单元组成，用于将沥青制备成中间相沥青。可以认为该反应装置使用精制后的原料沥青不经过加氢等步骤直接制备中间相沥青，存在一定的缺陷，不能有效的控制沥青分子的碳氢比和软化点等控制指标。

5、专利cn 112852462 同样介绍了一种以油浆原料为原料连续化制备中间相沥青的方法，但采用热过滤和离子交脱除原料油固体杂质的过程存在更换过滤材料和离子交换材料的间歇操作，在催化加氢过程中引入了离子型表面活性剂，使得制备的中间相沥青中会有一定量的盐，降低了中间相沥青的品质。

6、因此还需要开发改进的中间相沥青的工业化连续制备工艺或系统。

技术实现思路

1、本发明提供了一种沥青工业化连续制备中间相沥青的方法及系统，以解决现有的可用于纺丝碳纤维的中间相沥青的制备方法中不能连续化生产、成本和能耗高，品质差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法，包括以下步骤：s1.沥青的精制：以中低温煤焦油沥青为原料沥青，将加热的所述原料沥青与沥青溶剂混合，经过溶解、过滤、离心去除不溶物后，减压蒸馏，得到精制沥青并存储在罐体恒温在80℃~120℃的精制沥青暂存罐中，以使精制沥青保持在液体状态；s2.沥青加氢：将加氢试剂和从精制沥青暂存罐中流出的精制沥青在300℃~400℃的温度以及2mpa~8mpa的压力下反应2~20h，蒸出溶剂得到加氢沥青；s3.沥青热聚合制备中间相：加氢沥青中在沥青聚合反应器中在350℃~500℃温度、0.2mpa~2mpa的压力以及在氮气鼓泡的条件下，反应4h~42h，制得中间相沥青。

4、可选地，在上述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法中，在步骤s1中，沥青溶剂选自230℃~300℃的焦油馏分段油、280℃~360℃的煤焦油馏分段油、顶循油、喹啉、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或两种以上组成的混合物。

5、可选地，在上述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法中，在步骤s1中，采用外壁带有加热装置的串联可加热静态混合器将原料沥青和沥青溶剂混合，所述串联可加热静态混合器中的温度在100℃~250℃之间，使原料沥青完全溶解在沥青溶剂中，在热过滤装置中经0.1微米~20微米的过滤网进行过滤沉降后，在卧螺离心机中在3000rpm~6000rpm的离心转速下离心分离杂质，然后在刮膜蒸发器中进行沥青溶剂分离，得到精制沥青。

6、可选地，在上述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法中，在步骤s2中，将加氢试剂和精制沥青均加压到2mpa~10mpa，混合后在两段加氢反应器中进行反应，其中，第一段加氢反应器的温度在300℃~350℃，第二段加氢反应器的温度在350℃~400℃。

7、可选地，在上述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法中，在步骤s2中，加氢试剂选自四氢萘、十氢萘、煤焦油加氢的减压塔底产物油中的一种或两种以上组成的混合物，精制沥青与加氢试剂的质量比为1:0.5~2。

8、可选地，在上述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法中，在步骤s2中，加氢试剂选自煤焦油加氢的减压塔底产物油，或质量比0.2~0.4:1的四氢萘与煤焦油加氢的减压塔底产物油的混合产物。

9、根据本发明的另一方面，提供了一种煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统，包括依次流体连通的沥青储罐、串联式可加热静态混合器、热过滤装置、卧螺离心机、刮磨蒸发器、精制沥青暂存罐、可加热静态混合器、一段加氢反应器、二段加氢反应器、蒸发器、沥青聚合反应器和中间相沥青储罐，以及系统还包括与串联式可加热静态混合器流体连通的溶剂储罐，经由加氢试剂增压泵与可加热静态混合器流体连通的加氢试剂储罐，其中，刮磨蒸发器的顶部连接有第一冷凝器，第一冷凝器与溶剂收集罐、第一真空罐、第一真空泵依次连接，溶剂储罐还经由回收溶剂泵连接至溶剂收集罐，蒸发器的顶部连接有第二冷凝器，第二冷凝器与副产物收集罐连接，中间相沥青储罐的顶部连接有第三冷凝器，第三冷凝器与小分子副产物收集罐、真、第二真空罐和第二真空泵依次连接。

10、可选地，在上述煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统中，在溶剂储罐和串联式可加热静态混合器之间设有溶剂计量泵，在沥青储罐和串联式可加热静态混合器之间设有沥青计量泵，在精制沥青暂存罐和可加热静态混合器之间设有沥青高压泵，在刮磨蒸发器和精制沥青暂存罐之间设有沥青输送泵，在卧螺离心机和刮磨蒸发器之间设有输送泵，在蒸发器和沥青聚合反应器之间设有加氢沥青输送泵。

11、可选地，在上述煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统中，系统还包括与热过滤装置、溶剂储罐、溶剂收集罐电连接的溶剂加热器。

12、可选地，在上述煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统中，沥青存在的管路设有电伴热，加氢之前的伴热温度为80℃~150℃，加氢之后的伴热温度为200℃~300℃。

13、根据本发明的技术方案，产生的有益效果是：

14、本发明的沥青工业化连续制备中间相沥青的方法及系统，以中低温煤焦油沥青为原料，将中低温煤焦油沥青经溶解精制、加氢、热缩聚得到可用于纺丝碳纤维的中间相沥青，本发明能够连续工业化制备中间相沥青，具有连续化、低成本、低能耗、高品质等优势，从原料端解决中间相沥青制备难的问题，获得优质的可用于制备碳纤维材料的中间相沥青。

技术特征：

1.一种煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法，其特征在于，在步骤s1中，所述沥青溶剂选自230℃~300℃的焦油馏分段油、280℃~360℃的煤焦油馏分段油、顶循油、喹啉、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或两种以上组成的混合物。

3.根据权利要求1所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法，其特征在于，在步骤s1中，采用外壁带有加热装置的串联可加热静态混合器将所述原料沥青和所述沥青溶剂混合，所述串联可加热静态混合器中的温度在100℃~250℃之间，使得所述原料沥青完全溶解在沥青溶剂中，在热过滤装置中经0.1微米~20微米的过滤网进行过滤沉降后，在卧螺离心机中在3000rpm~6000rpm的离心转速下离心分离杂质，然后在刮膜蒸发器中进行沥青溶剂分离，得到所述精制沥青。

4.根据权利要求1所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法，其特征在于，在步骤s2中，将所述加氢试剂和所述精制沥青均加压到2mpa~10mpa，混合后在两段加氢反应器中进行反应，其中，第一段加氢反应器的温度在300℃~350℃，第二段加氢反应器的温度在350℃~400℃。

5.根据权利要求1所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法，其特征在于，在步骤s2中，所述加氢试剂选自四氢萘、十氢萘、煤焦油加氢的减压塔底产物油中的一种或两种以上组成的混合物，所述精制沥青与所述加氢试剂的质量比为1:0.5~2。

6. 根据权利要求1所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法，其特征在于，在步骤s2中，所述加氢试剂选自煤焦油加氢的减压塔底产物油，或质量比0.2~0.4:1的四氢萘与所述煤焦油加氢的减压塔底产物油的混合产物。

7.一种煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统，其特征在于，包括依次流体连通的沥青储罐、串联式可加热静态混合器、热过滤装置、卧螺离心机、刮磨蒸发器、精制沥青暂存罐、可加热静态混合器、一段加氢反应器、二段加氢反应器、蒸发器、沥青聚合反应器和中间相沥青储罐，以及

8.根据权利要求7所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述热过滤装置、所述溶剂储罐、所述溶剂收集罐电连接的溶剂加热器。

10.根据权利要求7所述的煤沥青工业化连续制备中间相沥青的系统，其特征在于，沥青存在的管路设有电伴热，加氢之前的伴热温度为80℃~150℃，加氢之后的伴热温度为200℃~300℃。

技术总结本发明提供了一种煤沥青工业化连续制备中间相沥青的方法及系统，方法包括：S1.沥青的精制：以中低温煤焦油沥青为原料沥青，将加热的原料沥青与沥青溶剂混合，经过溶解、过滤、离心去除不溶物后，在蒸发器中将沥青溶剂进行减压蒸馏，得到精制沥青，精制沥青从蒸发器底部出料后存储在罐体恒温在80℃~120℃的精制沥青暂存罐中，以使精制沥青保持在液体状态；S2.沥青加氢：将加氢试剂和从精制沥青暂存罐中流出的精制沥青在300℃~400℃的温度以及2MPa~8MPa的压力下反应2~20h，蒸出溶剂得到加氢沥青；S3.沥青热聚合制备中间相。本发明能够连续工业化制备中间相沥青，具有连续化、低成本、低能耗、高品质等优势，获得优质的可用于制备碳纤维材料的中间相沥青。技术研发人员：赵耀耀,述子清,祁源,王鹏宇受保护的技术使用者：陕西煤基特种燃料研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21