一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法

本发明属于碳材料制备与资源循环利用，具体涉及一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法。

背景技术：

1、在基于碳质引发剂的可纺中间相沥青制备过程中，碳质引发剂在体系内全程存在、反应后无需分离去除，这一特点简化了工艺并避免了外源催化剂残留问题。然而，“不需去除”并不等于“不能回收”。在规模化连续生产中，碳质引发剂随产物进入沥青本体，或随反应残余物、焦渣、未纺丝物料排出，若不加以回收，将造成引发剂持续消耗、成本上升，并带来固废处理与环保压力。

2、对于含催化剂或功能性添加物的工艺，已有回收再生与循环利用的先例，如cn101910375b公开了催化气化过程中催化剂回收与循环工艺；us10500563b2公开了碳基吸附剂的清洗、调理与再生回用方法，将经化学清洗分离污染物的再生吸附剂回用于流化床装置。然而，现有回收再生对象以催化剂、吸附剂等为主，主要解决其活性衰减与污染问题，并未涉及可纺中间相沥青生产中作为结构诱导介质的多孔碳基引发剂。

3、现有技术多关注可纺中间相沥青或碳纤维本身的制备，鲜有对碳质引发剂这类特定多孔碳基添加物进行回收再生与循环利用的专门研究，更无相应的专门方法专利。由于碳质引发剂为耐高温、耐溶剂的碳基材料，具备回收再生的天然可行性，亟需提供一种能够从其所在残余物中高效回收、恢复其孔结构与纯度、并多次循环利用的方法。

4、因此，亟需提供一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，在保持工艺连续性、不影响“引发剂全程存在、无需分离”优势的同时实现降本与环保。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法。该方法通过“溶剂萃取—高温处理—分级分离”回收碳质引发剂，再经“氧化再生或酸洗再生”恢复其孔结构与纯度，实现多次循环利用。

2、一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）从可纺中间相沥青液相炭化反应后的残余物中回收碳质引发剂，所述回收采用溶剂萃取、高温处理与分级分离相结合的工艺，依次为：将残余物经溶剂萃取分离出可溶沥青/有机物组分，对不溶残渣进行高温处理以去除表面吸附物，再经分级分离得到回收碳质引发剂；（2）将回收碳质引发剂进行再生，所述再生采用氧化再生或酸洗再生中的一种；（3）将再生后的碳质引发剂循环用于可纺中间相沥青的制备。

3、本发明中，所述溶剂萃取采用芳烃类与/或烷烃类溶剂，萃取温度30~120 ℃、萃取比(溶剂/残余物)为(2~6)：1、萃取级数1~3级；所述高温处理温度500~900 ℃，气氛为氮气、氩气、水蒸气或co2，时间1~4 h；所述分级分离为气流分级或筛分，分级后粒径d50为1~30 μm、径距不大于1.2。所述氧化再生为200~500 ℃、含氧气体氛围0.5~3 h；所述酸洗再生为质量浓度5%~20%盐酸或硫酸、40~90 ℃酸洗1~3 h、水洗至中性、80~120 ℃干燥。

4、与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明针对碳质引发剂为耐高温、耐溶剂碳基材料的特点，采用“溶剂萃取—高温处理—分级分离”组合工艺，能够从反应残余物、焦渣及未纺丝物料中高效回收碳质引发剂，且不影响“引发剂全程存在、无需分离”的工艺优势。（2）通过氧化再生恢复表面含氧官能团、去除表面弱结合碳层，或通过酸洗再生去除富集的灰分与金属杂质，再生后引发剂的bet比表面积、平均孔径与纯度均可恢复至可用区间。（3）再生碳质引发剂循环使用次数≥5次时，性能衰减≤10%，由其制备的可纺中间相沥青中间相含量≥98%、软化点270~290 ℃、收率≥15%，保持工艺稳定；单次循环使用成本较新制备引发剂降低30%~40%，显著降本。（4）工艺简单、循环稳定、回收率高，适用于可纺中间相沥青的连续化、规模化生产，兼具经济效益与环保效益。

1.一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）从可纺中间相沥青液相炭化反应后的残余物中回收碳质引发剂，所述回收采用溶剂萃取、高温处理与分级分离相结合的工艺，依次为：将残余物经溶剂萃取分离出可溶沥青/有机物组分，对不溶残渣进行高温处理以去除表面吸附物，再经分级分离得到回收碳质引发剂；（2）将回收碳质引发剂进行再生，所述再生采用氧化再生或酸洗再生中的一种；（3）将再生后的碳质引发剂循环用于可纺中间相沥青的制备。

2.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：步骤（1）中，所述溶剂萃取采用的萃取剂选自芳烃类溶剂（混合芳烃、甲基萘、洗油、重芳烃中的一种或几种）与烷烃类溶剂（正戊烷、正己烷、异辛烷中的一种或几种）；萃取温度为30~120 ℃，萃取比(溶剂/残余物)为(2~6)：1，萃取级数为1~3级。

3.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：步骤（1）中，所述高温处理的温度为500~900 ℃，气氛为氮气、氩气、水蒸气或co2中的一种或几种，处理时间为1~4 h，用以去除残渣表面吸附的沥青、焦及轻组分。

4.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：步骤（1）中，所述分级分离为气流分级或筛分，分级后回收碳质引发剂的粒径d50为1~30 μm、粒径径距不大于1.2，去除细粉与团聚大颗粒。

5.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：步骤（2）中，所述氧化再生为在200~500 ℃、空气或含氧气体（氧气体积分数5%~25%）气氛下处理0.5~3 h，用以适度氧化、恢复表面含氧官能团并去除表面弱结合碳层。

6.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：步骤（2）中，所述酸洗再生为采用质量浓度5%~20%的盐酸或硫酸溶液，在40~90 ℃下酸洗1~3 h，再水洗至中性并于80~120 ℃干燥，用以去除再生样品中富集的灰分与金属杂质。

7.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：步骤（2）中，再生后碳质引发剂检测bet比表面积、平均孔径、灰分、硫含量及金属杂质总量，要求bet比表面积为200~1500 m²/g、平均孔径为2~50 nm、灰分≤0.1 wt%、硫含量≤0.05 wt%、金属杂质总量≤10 ppm。

8.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：步骤（3）中，所述循环用于可纺中间相沥青制备时，再生碳质引发剂的添加量为精制富芳烃油质量的0.1~5 wt%，反应温度为430~460 ℃、液相炭化时间为10~25 h。

9.根据权利要求8所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：所述再生碳质引发剂循环使用次数≥5次，且循环使用5次后，其bet比表面积、平均孔径、灰分的相对衰减≤10%，由其制备的可纺中间相沥青的中间相含量≥98%、软化点为270~290 ℃、收率≥15%。

10.根据权利要求1所述的一种可纺中间相沥青生产过程中碳质引发剂的回收再生与循环利用方法，其特征在于：所述回收再生与循环利用使碳质引发剂单次循环使用成本较新制备引发剂降低30%~40%；所述方法适用于液相炭化反应残余物、反应器焦渣及未纺丝物料中碳质引发剂的回收。