由高温煤焦油或煤焦油沥青的富碳残渣制备增碳剂的方法

摘要

一种由高温煤焦油或高温煤焦油沥青得到的富碳残渣制备高碳含量增碳剂的方法，所述富碳残渣以从高温煤焦油或高温煤焦油沥青脱除的喹啉不溶物和甲苯不溶物为主。该方法包括将富碳残渣在惰性气氛条件下，以0.1-5℃/min的升温速度升温至600-1100℃，并恒温0.5-3小时，得到增碳剂。本发明为由高温煤焦油经溶剂法脱除的以喹啉不溶物和甲苯不溶物为主的残渣提供了高附加值应用方法。所得到的高碳含量增碳剂可用于特种钢铁行业等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及新型碳素材料领域，具体地，涉及一种由高温煤焦油或高温煤焦油沥青的 富碳残渣制备增碳剂的方法。

背景技术

中国是世界焦炭生产大国，统计资料显示2010年焦炭产量38800万吨，占世界焦炭 产量60％。煤焦油资源丰富，从炼焦煤气中回收的煤焦油产量1800万吨。

中国高温煤焦油加工技术路线基本是以焦油蒸馏加工轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油、 沥青的线路，产品数量单一。近年来，随着30万吨规模煤焦油加工项目的实施，其精制 化学产品的数量不断增加，但沥青由于含有喹啉不溶物(QI)只能生产附加值低的中温沥 青、改质沥青、沥青焦等产品，沥青的价值没有得到体现，造成项目整体产品附加值低， 效益不理想。

随着对新材料的需求不断提高，尤其在高级碳素材料的需求迅速扩大，低QI净化煤 焦油沥青可广泛应用于针状焦、浸渍沥青、高质量粘结剂沥青，也是合成中间相沥青的重 要原料，煤焦油加工生产净化沥青是改变煤焦油加工项目经济性的主要因素。

目前煤焦油或煤焦油沥青脱除的QI没有得到合理的利用，往往被认为是一种难以利 用的固体废渣，较好的情况是作为废渣掺混至炼焦煤中炼焦处理。

煤焦油中QI的分离主要方法包括加压化学共聚法、添加剂法、加压加热过滤法、真 空过滤法、离心分离法以及溶剂法等。这其中以溶剂法去除喹啉不溶物效果最佳，且工艺 简单、生产成本低、易于连续化生产。

例如根据美国专利US4116815A、US4127472A介绍，煤焦油或煤焦油沥青用芳族溶 剂和脂族溶剂按不同比例调配时会根据溶剂比例不同形成油区、结晶区、沥青区、浆区， 从而向煤焦油或煤焦油沥青中添加不同配比芳族溶剂和脂族溶剂可以通过自然沉降的方 法脱除煤焦油中的原生QI组分。

中国专利ZL200810038494.7公开了一种利用洗油和煤油配制的混合溶剂脱除煤焦油 软沥青或中温煤沥青喹啉不溶物进而生产浸渍剂沥青的方法。

李其祥等人对溶剂法制取低QI煤沥青进行了研究(碳素，1993(4)，32-36)。

薛改凤等人针对絮凝剂和溶剂性质对煤焦油净化效果的影响进行了研究(炭素技术， 1997(1)17-20)。

但目前的文献和专利主要工作集中在对溶剂法脱除QI效果以及对净化煤焦油或净化 煤焦油沥青的研究上，没有涉及对脱除的富含QI组分的富碳残渣的研究及利用问题。研 究表明由溶剂法脱除煤焦油或煤焦油沥青QI获得的残渣质量占原料煤焦油总质量的 10-20％或煤焦油沥青总质量的20-30％。这些残渣主要成分为游离炭以及富含碳元素大分 子稠环芳烃组分。无论从改善煤焦油或煤焦油沥青合成中间相及针状焦的工艺经济性的观 点考虑，还是从资源利用和环境保护的角度出发，实现煤焦油或煤焦油沥青脱除的富含 QI组分残渣的高附加值利用意义深远。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种由高温煤焦油或高温煤焦油沥青的 富碳残渣制备增碳剂的方法，使得富碳残渣得到合理的利用，同时获得用于特种钢铁行业 的高品质增碳剂。

发明内容

本发明的一个方面提供一种由高温煤焦油或高温煤焦油沥青的富碳残渣制备增碳剂 的方法，包括将所述富碳残渣在惰性气氛条件下，以0.1-5℃/min的升温速度升温至 600-1100℃，并恒温0.5-3小时，得到所述增碳剂。

在一些实施方案中，增碳剂的碳含量为95-99wt％。

在一些实施方案中，富碳残渣是通过将所述高温煤焦油或高温煤焦油沥青溶剂法脱除 的喹啉不溶物和甲苯不溶物。

在一些实施方案中，富碳残渣含灰份0.28-1wt％，挥发份49-55wt％，氮硫含量＜2 wt％，喹啉不溶物30-50wt％。

本发明具有如下优点：

(1)提出了一种高温煤焦油或煤焦油沥青脱除的以喹啉不溶物和甲苯不溶物为主的 富碳残渣的利用方法。

(2)本发明获得的增碳剂含碳量高，杂质含量低。

具体实施方式

具体地，本发明提供一种利用由高温煤焦油或煤焦油沥青脱除的以喹啉不溶物和甲苯 不溶物为主的富碳残渣制备高碳含量增碳剂的方法，该方法的具体步骤说明如下：

本发明所利用的富碳残渣来源于从高温煤焦油或高温煤焦油沥青脱除的残渣。优选 地，所述的脱除方法包括向高温煤焦油或高温煤焦油沥青中添加一定比例的脂族溶剂和芳 族溶剂，在一定温度下通过离心分离或自然沉降，得到不含或基本不含喹啉不溶物和甲苯 不溶物的澄清油和富含喹啉不溶物和甲苯不溶物的残渣。

常规煤焦油渣主要成分是煤粉、焦粉，本发明所述富碳残渣是通过溶剂法从商品高温 煤焦油及煤焦油沥青得到的，与常规煤焦油渣相比，固态焦粉、煤粉含量低。主要是煤焦 油中的游离炭、喹啉不溶物、甲苯不溶物及热不稳定大分子，主要成份是有机稠环大分子 化合物，富碳残渣含灰份0.28-1wt％，挥发份49-55wt％，氮硫含量＜2wt％，喹啉不溶物 30-50wt％。

在获得富碳残渣时所使用的芳族溶剂选自轻油、加氢轻油、洗油、加氢洗油、蒽油、 加氢蒽油以及高温煤焦油经加氢处理后沸点范围在300～360℃的馏分中的一种或几种， 脂族溶剂选自C4～C16饱和烃。

在离心分离时所采用的离心机分离因素为500-5000，分离时间0.1-5min，温度在 60-80℃。而所述的自然沉降在20-60℃下进行，一般需要沉降1-24小时。

所得残渣在惰性气氛条件下，以0.1-5℃/min升温速度升温至600-1100℃，并恒温0.5-3 小时，从而得到高碳含量增碳剂产品。

所制得的高碳含量增碳剂碳含量为95-99wt％。

下面通过实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的优化 组合，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下， 可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。

在本文的上下文中，除非特别说明，所有的百分数均为重量百分数。

本说明书所使用的试剂均为市售的化学纯试剂，所使用的高温煤焦油来自于鞍山钢铁 集团公司。

本说明书中的表征使用了元素分析仪(vario EL III，德国elementar公司)。

实施例1

向高温煤焦油中添加一定比例的正辛烷和煤焦油经加氢处理后沸点范围在300～ 360℃的馏分，使三者体积比为高温煤焦油∶正辛烷∶煤焦油经加氢处理后沸点范围在300～ 360℃的馏分＝1∶0.5∶0.5，在80℃温度下进入离心机分离2min，分离因素为2000，得到富 含喹啉不溶物和甲苯不溶物的残渣。所得残渣在惰性气氛条件下，以0.1℃/min升温速度 升温至700℃，并恒温3小时，从而得到高碳含量增碳剂产品。

所得增碳剂产品碳含量为95.2wt％。

实施例2

向高温煤焦油中添加一定比例的石脑油和洗油，使三者体积比为高温煤焦油∶石脑油∶ 洗油＝1∶0.4∶0.4，在60℃温度下进入离心机分离4min，分离因素为1500，得到富含喹啉 不溶物和甲苯不溶物的残渣。所得残渣在惰性气氛条件下，以1℃/min升温速度升温至 1100℃，并恒温3小时，从而得到高碳含量增碳剂产品。

所得增碳剂产品碳含量为98.6wt％。

实施例3

将一种灰分含量0.5wt％，软化点40℃的高温煤焦油沥青粉碎至＜2mm，添加一定比 例的正庚烷和甲苯，使三者体积比为高温煤焦油沥青∶正庚烷∶甲苯＝1∶1∶2，在60℃温度搅 拌混合充分溶解后进入离心机分离5min，分离因素为5000，得到富含喹啉不溶物和甲苯 不溶物的残渣。所得残渣在惰性气氛条件下，以3℃/min升温速度升温至900℃，并恒温 0.5小时，从而得到高碳含量增碳剂产品。

所得增碳剂产品其碳含量为97.5wt％。

实施例4

向高温煤焦油中添加一定比例的正己烷和加氢洗油，使三者体积比为高温煤焦油∶正 己烷∶加氢洗油＝1∶0.4∶0.4，在40℃温度下自然沉降24小时，得到富含喹啉不溶物和甲苯 不溶物的残渣。所得残渣在惰性气氛条件下，以5℃/min升温速度升温至1100℃，并恒温 3小时，从而得到高碳含量增碳剂产品。

所得增碳剂产品其碳含量为98.2wt％。