一种制备多种用途高性能针状焦的联产工艺及装置的制作方法

1.本发明属于煤基针状焦制备技术领域，尤其涉及一种制备多种用途高性能针状焦的联产工艺及装置。


背景技术：

2.针状焦是一种优质炭素材料，具有热膨胀系数(cte)低、良好的导电、导热性能等优点，主要用于生产电炉炼钢用的高功率(hp)或超高功率(uhp)石墨电极、锂离子电池负极材料、高端石墨材料等领域。
3.煤沥青是煤基针状焦生产原料，是多种有机化合物的共溶混合物，组成和结构都极为复杂，其组成与炼焦所用原煤性质、炼焦工艺和煤焦油加工条件有关，不同来源的煤沥青组成性质不同，必须通过特定的预处理才能用于生产针状焦。针状焦的原料需要芳烃含量高、杂原子含量低、金属含量低、灰分低等要求，原料预处理是煤基针状焦产业化的核心技术，其不断革新是提升针状焦产品质量和降低生产成本的关键，在保证预处理效果的同时，提高处理沥青的收率，消除原料来源的影响是至关重要的。原料预处理的主要目的是去除原料沥青中喹啉不溶物(qi)等有害杂质，并保留沥青中益于组分，制取组成适宜的精制沥青。国内外针状焦预处理技术主要有蒸馏法、离心法、闪蒸缩聚法、溶剂法，而国内针状焦生产真正实现工业化的生产方法是溶剂法，但随着石墨电极及锂离子电池技术的发展，对针状焦性能和成本提出更高的要求，要求针状焦的性能更加稳定、生产成本更加低廉，现有的溶剂法制备针状焦虽已很成熟，但受煤沥青原料来源的变化影响较大。而且由于针状焦的用途不同，所需求的针状焦参数不同，保持一种参数进行针状焦生产无法满足多用途的需求，因此开发针状焦原料预处理新技术，生产多用途针状焦产品具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种制备多种用途高性能针状焦的联产工艺及装置，所使用的联产工艺方法，能够有效、稳定的产出3种规格的针状焦产品。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.一种制备多种用途高性能针状焦的联产工艺，该方法是以煤沥青为原料，将煤沥青与混合溶剂混合沉降后，取沉降后的全部液体，或者分别取上层液体和下层液体，作为原料再经焦化煅烧后，能够产出3种规格的针状焦产品，具体包括以下步骤：
7.1)将原料沥青与降粘剂和絮凝剂进行静态混合，之后进入絮凝罐中进行絮凝沉降，然后送入离心设备进行离心操作，离心后的轻相送入闪蒸塔中进行蒸馏操作，蒸出气体冷凝后进入蒸馏轻相罐中，剩余液体进入焦化原料罐中作为焦化前原料，该原料沥青命名为沥青a，用于制备等静压石墨；
8.2)将原料沥青与降粘剂和絮凝剂进行静态混合，之后进入絮凝罐中进行絮凝沉降，絮凝沉降罐的上层液体抽出，送入闪蒸塔中进行蒸馏操作，蒸出气体冷凝后进入蒸馏轻相罐中，剩余液体进入焦化原料罐中作为焦化前原料，该原料沥青命名为沥青b，用于制备
炼钢用石墨电极；
9.3)将上述步骤2)中絮凝罐下层液体抽出后，与降粘剂和絮凝剂的混合溶剂进行再次静态混合，之后再次进行絮凝沉降，沉降后的混合液体进行离心操作后，离心后的轻相送入闪蒸塔中进行蒸馏操作，蒸出气体冷凝后进入蒸馏轻相罐中，剩余液体进入焦化原料罐中作为焦化前原料，该原料沥青命名为沥青c，用于制备锂离子电池负极材料
10.4)焦化反应过程：将沥青a、沥青b、沥青c分别送入加热炉中预热，之后进入焦化塔进行延迟焦化，轻组分蒸汽进入轻组分冷凝器，冷凝之后进入轻组分油贮存罐，进行包装售卖；
11.5)产物及后续处理：待焦化反应完全之后，利用水汽切割焦炭，之后通过传送带送入产品干燥器，干燥之后的焦炭进入煅烧炉，制得产生的气体进入尾气处理装置，所得焦炭之后进入除尘鼓风机进行除尘处理，除尘之后的三种焦炭进行打包售卖。
12.所述的静态混合，其混合时间为1～2小时，所述的絮凝沉降时间为3～5小时。
13.所述的絮凝剂为饱和烷烃溶剂，为汽油、柴油、煤油、蜡油中的一种或几种；所述降粘剂为芳香烃溶剂，为蒽油、洗油、甲苯、喹啉中的一种或几种。
14.上步骤1)或步骤3)中离心分离出来的副产品包括甲苯、喹啉不溶物。
15.所述絮凝剂与降粘剂的质量比为1～3:1～5。
16.所述上层液体的抽出量为絮凝罐中全部混合液质量的50％～80％。
17.所述的闪蒸塔温度为200～300℃。
18.所述加热炉温度为300～500℃，焦化塔焦化终温为450-500℃，反应压力为0～5mpa。
19.上述步骤5)的干燥时间为3～5小时；煅烧炉反应温度为800～1500℃，煅烧炉中气体为氮气、氩气、氦气中的一种。
20.制备焦炭过程通过控制原料预处理絮凝离心以及热反应压力与温度条件来得到三种不同用途的针状焦产品。
21.一种制备多种用途高性能针状焦的联产工艺使用的装置，包括混合溶剂罐、原料沥青罐、静态混合器ⅰ、絮凝罐ⅰ、离心设备ⅰ、静态混合器ⅱ、絮凝罐ⅱ、离心设备ⅱ、轻相罐a、轻相罐b、轻相罐c、闪蒸塔ⅰ、闪蒸塔ⅱ、精制沥青罐a、精制沥青罐b、精致沥青罐c、预加热炉、延迟焦化塔、焦炭干燥器、煅烧炉，混合溶剂罐的一个出口与原料沥青罐的出口分别连接静态混合器ⅰ的入口，静态混合器ⅰ的出口连接絮凝罐ⅰ，絮凝罐ⅰ底部出口分为两路，一路连接离心设备ⅰ，另一路连接静态混合器ⅱ，所述混合溶剂罐的另一个出口也连接静态混合器ⅱ，所述离心设备ⅰ连接轻相罐a，所述絮凝罐ⅰ的上部出口连接轻相罐b，所述静态混合器ⅱ的出口连接絮凝罐ⅱ，絮凝罐ⅱ连接离心设备ⅱ，所述离心设备ⅱ连接轻相罐c；所述轻相罐a、轻相罐b分别连接闪蒸塔ⅰ，轻相罐c连接闪蒸塔ⅱ，闪蒸塔ⅰ的出口再分别连接精制沥青罐a和精制沥青罐b，闪蒸塔ⅱ的出口连接精致沥青罐c；所述精制沥青罐a、精制沥青罐b和精致沥青罐c分别连接预加热炉，所述预加热炉连接延迟焦化塔，所述延迟焦化塔连接焦炭干燥器，所述焦炭干燥器连接煅烧炉。
22.与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
23.1)现有溶剂法预处理工艺过程中，部分利于中间相生长、针状焦生成的组份随着杂质组份被分离掉，造成有益组份损失，即原料中适宜针状焦生成的组份未得到充分利用，
生产经济效益有待进一步提升。本发明中，离心过程只将影响针状焦性能的喹啉不溶物去除，沥青中有效组分全部保留于原料沥青中，可提高精制沥青的收率，大幅度降低生产成本。
24.2)现有针状焦生产装置只能生产一种用途的针状焦产品，如改动最终产品需频繁调节生产参数，并且改变原料种类会耗费大量人力物力，生产效率大幅下降。本发明通过一整套生产工艺实现三种规格针状焦的生产，大大提高了生产效率，降低了时间和空间成本。
25.3)本发明可以生产出三种规格的焦炭，分别为针状焦a：用于等静压石墨领域，针状焦b用于炼钢用高温石墨电极领域，针状焦c应用于锂离子电池负极材料领域。本发明实现了不同规格针状焦的生产线全覆盖。
附图说明
26.图1是本发明的工艺路线图。
27.图1中：1-混合溶剂罐、2-原料沥青罐、3-静态混合器ⅰ、4-絮凝罐ⅰ、5-离心设备ⅰ、6-静态混合器ⅱ、7-絮凝罐ⅱ、8-离心设备ⅱ、9-轻相罐a、10-轻相罐b、11-轻相罐c、12-闪蒸塔ⅰ、13-闪蒸塔ⅱ、14-精制沥青罐a、15-精制沥青罐b、16-精致沥青罐c、17-蒸馏轻相罐、18-预加热炉ⅰ、19-预加热炉ⅱ、20-延迟焦化塔ⅰ、21-延迟焦化塔ⅱ、22-焦炭干燥器a、23-焦炭干燥器b、24-焦炭干燥器c、25-轻油储存罐ⅰ、26-轻油储存罐ⅱ、27-煅烧炉、28-除尘鼓风机、29-尾气处理装置。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明的实施方式进一步说明：
29.如图1所示，本发明的联产工艺，能够有效、稳定的产出3种规格的针状焦产品，该方法第一种针状焦是以煤沥青为原料，将煤沥青与降粘剂和絮凝剂均匀混合，经絮凝后离心处理，得到低喹啉不溶物的精制沥青，再经焦化煅烧后，得到的针状焦为等静压石墨原料焦；第二种是以第一种絮凝沉降上层液体为原料进行，得到炼钢用石墨电极原料焦；第三种是以第一种原料絮凝沉降下层液体与降粘剂和絮凝剂再次混合，经絮凝、离心处理后作为原料进行，得到锂离子负极材料原料焦。本发明实现了不同规格针状焦的生产线全覆盖。
30.一种制备多种用途高性能针状焦的联产工艺使用的装置，包括混合溶剂罐1、原料沥青罐2、静态混合器ⅰ3、絮凝罐ⅰ4、离心设备ⅰ5、静态混合器ⅱ6、絮凝罐ⅱ7、离心设备ⅱ8、轻相罐a9、轻相罐b10、轻相罐c11、闪蒸塔ⅰ13、闪蒸塔ⅱ12、精制沥青罐a14、精制沥青罐b15、精致沥青罐c16、预加热炉、延迟焦化塔、焦炭干燥器、煅烧炉27，混合溶剂罐1的一个出口与原料沥青罐2的出口分别连接静态混合器ⅰ3的入口，静态混合器ⅰ3的出口连接絮凝罐ⅰ4，絮凝罐ⅰ4底部出口分为两路，一路连接离心设备ⅰ5，另一路连接静态混合器ⅱ6，所述混合溶剂罐1的另一个出口也连接静态混合器ⅱ6，离心设备ⅰ5连接轻相罐a9，絮凝罐ⅰ4的上部出口连接轻相罐b10，静态混合器ⅱ6的出口连接絮凝罐ⅱ7，絮凝罐ⅱ7连接离心设备ⅱ8，离心设备ⅱ8连接轻相罐c11；所述轻相罐a9、轻相罐b10分别连接闪蒸塔ⅰ13，轻相罐c11连接闪蒸塔ⅱ12，闪蒸塔ⅰ13的出口再分别连接精制沥青罐a14和精制沥青罐b15，闪蒸塔ⅱ12的出口连接精致沥青罐c16；精制沥青罐a、精制沥青罐b和精致沥青罐c分别连接预加热炉，预加热炉连接延迟焦化塔，延迟焦化塔连接焦炭干燥器，所述焦炭干燥器连接煅烧炉。
沥青a和沥青b共同使用一个闪蒸塔ⅰ、一个延迟焦化塔ⅰ，沥青c使用闪蒸塔ⅱ、延迟焦化塔ⅱ。
31.本发明的具体工艺步骤如下：
32.煤系沥青与混合溶剂在絮凝罐ⅰ4中进行絮凝沉降，上层部分为精致沥青b的原料，下层部分为精致沥青c的原料，整体作为精致沥青a的原料；
33.絮凝沉降后的全部液体进入离心设备ⅰ5进行离心处理，得到的副产品进行售卖，其余部分进入轻相罐a9中；
34.絮凝沉降下层液体与混合溶剂进行静态混合后最终进入絮凝罐ⅱ7中进行絮凝沉降；
35.絮凝罐ⅱ7进行絮凝后液体全部进入离心设备ⅱ8中进行离心处理，副产品与离心设备ⅰ5中的副产品一起进行打包售卖，剩余部分进入轻相罐c11中；
36.絮凝罐ⅰ4中上层液体直接进入轻相罐b10中；
37.轻相罐a9中液体进入闪蒸塔ⅰ13进行闪蒸，轻组分进入蒸馏轻相罐17，剩余沥青进入精制沥青罐a14；轻相罐b10与轻相罐a9共用一个闪蒸塔ⅰ13；
38.轻相罐c11进入闪蒸塔ⅱ12进行闪蒸，轻组分进入蒸馏轻相罐17，剩余沥青进入精制沥青罐c16；
39.精制沥青a进入加热炉ⅰ18中预热，之后进入延迟焦化塔ⅰ20进行延迟焦化，精制沥青b与精制沥青a共用一个延迟焦化塔ⅰ20；
40.精制沥青c进入加热炉ⅱ19中预热，之后进入焦化塔ⅱ21进行延迟焦化；
41.焦化结束后进行除焦处理，之后通过鼓风干燥器烘干最终得到三种针状焦生焦；
42.将三种焦炭分别进入煅烧装置进行煅烧处理，最终得到三种规格的针状焦煅后焦。
43.混合溶剂中，絮凝剂与降粘剂的质量比为1～3:1～5。
44.絮凝剂为饱和烷烃溶剂，为汽油、柴油、煤油、蜡油中的一种或多种。
45.降粘剂为芳香烃溶剂，为蒽油、洗油、甲苯、喹啉中的一种或多种。
46.静态混合时间为1-2小时；絮凝沉降时间为3～5小时。
47.离心分离的副产品为甲苯、喹啉不溶物或其他元素化合物。
48.抽出的上层液体为总液体的50％～80％之间。
49.闪蒸塔ⅰ13温度为200～300℃。
50.闪蒸塔ⅱ12温度为200～300℃。
51.预加热炉ⅰ18温度为300～500℃。
52.延迟焦化塔ⅰ20焦化终温为450-500℃。
53.延迟焦化塔ⅰ20中反应压力为0～5mpa。
54.预加热炉ⅱ19温度为300～500℃。
55.延迟焦化塔ⅱ21焦化终温为450-500℃。
56.延迟焦化塔ⅱ21中反应压力为0～5mpa。
57.除焦方法为水汽切焦。
58.干燥器烘干时间为3～5小时。
59.煅烧炉反应温度为800～1500℃之间。
60.煅烧炉中气体为氮气、氩气、氦气中的一种。
61.实施例1：
62.将高于软化点预热融化的原料沥青与混合溶剂进行静态混合1～2小时后，进入絮凝罐ⅰ4中。在絮凝罐ⅰ4中絮凝3～5小时后整体打入离心装置ⅰ5中，此部分为针状焦a的原料混合液；之后再次将预热的原料沥青与混合溶剂进行静态混合1～2小时后，进入絮凝罐ⅰ4中。在絮凝罐ⅰ4中絮凝3～5小时后，上层打入轻相罐b10中，此为针状焦b的原料混合液，下层与混合溶剂罐中溶剂一起打入静态装置ⅱ6中，此为针状焦c的原料混合液。
63.原料混合液a进入离心装置ⅰ5中进行离心后，副产品作为副产物打包售卖，其余液体进入轻相罐a9中；原料混合液c与混合溶剂共同进入静态混合装置ⅱ6中混合1～2小时后打入絮凝罐ⅱ7中，在絮凝罐ⅱ7中絮凝沉降3～5小时后，全部进入离心装置ⅱ8中，离心后副产品与离心装置ⅰ5中的副产品一样进行打包售卖，其余进入轻相罐c11中。
64.轻相罐a9和轻相罐b10中液体共用一套后续装置，而轻相罐c11中液体单独使用一套后续装置。轻相罐a9中液体进入闪蒸塔ⅰ13中，轻相进入蒸馏轻相罐17，剩余部分进入精制沥青罐a14中，轻相罐b10中液体同理最终进入精制沥青罐b15中；轻相罐c11中液体进入闪蒸塔ⅱ12中，轻相进入蒸馏轻相罐17中，其余进入精制沥青罐c16中。至此，三种针状焦的精制沥青原料全部处于其各自精制沥青罐中。
65.1.制备针状焦a：将处理后的精制沥青a进入400℃的沥青预热器，在延迟焦化塔ⅰ20参数为压力2mpa、焦化终温为480℃下进行延迟焦化，所得生焦进入煅烧炉27中，煅烧炉27温度为1200℃，最终得到煅后针状焦a。
66.2.制备针状焦b：将处理后的精制沥青b进入400℃的沥青预热器，在延迟焦化塔ⅰ20参数为压力2mpa、焦化终温为480℃下进行延迟焦化，所得生焦进入煅烧炉27中，煅烧炉温度为1200℃，最终得到煅后针状焦b。
67.3.制备针状焦c：将处理后的精制沥青c进入400℃的沥青预热器，在焦化塔ⅱ21参数为压力2mpa、焦化终温为480℃下进行延迟焦化，所得生焦进入煅烧炉27中，煅烧炉温度为1200℃，最终得到煅后针状焦c。
68.焦化反应完全之后，利用水汽切割焦炭，之后通过传送带送入产品干燥器，干燥之后的焦炭进入煅烧炉。高温煅烧炉在氮气、氩气、氦气其中一种保护气的情况下进行高温煅烧，产生的气体进入尾气处理装置，所得焦炭之后进入除尘鼓风机进行除尘处理，除尘之后的三种针状焦产品就可以打包售卖了。
69.实施例1所得三种焦炭在其用途方面的表现见表1：
70.表1实施例1三种焦炭在各自领域表现情况
[0071][0072]
针状焦a所得参数符合等静压石墨对于原料的要求即热膨胀系数、灰分和含硼量都低于正常针状焦参数。
[0073]
本发明能够通过延迟焦化装置进行三种规格针状焦的制备，可得到一定产值的成品并且可通过调整温度、压力等参数来调节产值和产品性能。
[0074]
以上所述，仅是本发明的部分实例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。