一种中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法

本发明涉及一种中间相沥青的制备方法领域；尤其涉及一种中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法。

背景技术：

1、碳纤维是一种纤维状的高强度碳材料，具有高强度、高模量、高导热性、耐高温等优异特性，不仅是航空航天国防尖端等技术领域不可缺少的工程材料，而且是新能源汽车、医疗器械、体育用品等领域广泛应用的关键材料，属于国家军民两用的高技术特种纤维。根据制备原料的不同碳纤维可以分类为聚丙烯腈(pan)基碳纤维、沥青基碳纤维以及粘胶基碳纤维。其中，沥青基碳纤维是以沥青为原料制备而成，不仅具有原料来源广泛、碳化收率高、易石墨化等特点，而且具有其他两种碳纤维难以达到的高模量和高导热率，使沥青基碳纤维在国防及民用领域具有广泛的应用前景。

2、以煤焦油沥青制备高端碳基新材料是国际能源行业材料科学的尖端领域，在军事、民用领域具有广泛的用途而备受各国关注，其中美国、日本少部分企业分别采用油基或煤基两种不同的原材料制备中间相沥青，处于国际领先水平。沥青基碳纤维的研究可追溯到20世纪50年代末，60年代初由日本群马大学的大谷衫郎教授研制成功，至60年代末在日本吴羽化学公司实现工业化生产。1975年，美国联合碳化物公司(ucc)开始高性能中间相碳纤维“thomel-p55”的研制，并取得成功，标志着沥青基炭纤维制造工艺趋于成熟，该公司于1980年正式投产中间相沥青。日本三菱化学公司是世界上首先研制开发沥青基碳纤维的公司之一，并于1987年建成500吨/年的中间相沥青碳纤维的工业化示范装置，标志着沥青基碳纤维进入工业化发展的快车道。

3、目前，中间相沥青碳纤维的生产被三家公司垄断，分别是：日本三菱化学公司，先后以萘基沥青、煤基沥青为原料，中间相沥青产能为1200t/a左右；日本石墨纤维公司，以煤基沥青为原料，中间相沥青产能为230t/a左右；美国氰特工程材料公司，以石油基沥青为原料，中间相沥青产能为400t/a左右。但是，受国外技术保密的影响，上述三家公司的碳纤维产品并不向国内销售。然而，目前国内厂家均使用石油沥青为原料生产中间相沥青碳纤维，并未开发出以煤焦油沥青为原料制备中间相沥青碳纤维的技术。且受制于工艺、技术原因，产品性能与日本和美国等发达国家相比仍存在一定差距，属于未能开发的材料，严重制约我国防等相关领域的发展，突破日本和美国碳纤维核心技术的垄断，做好中间相沥青基碳纤维大规模产业化攻关符合目前我国战略布局。

4、中间相沥青的结构决定了其加工性能和碳纤维产品质量，尽管我国已掌握部分沥青合成技术，但大多以石油系物质为原料。因此，低成本高品质的可纺沥青的制备对我国碳纤维技术的发展仍然是一个瓶颈，突破煤系沥青原料理论基础和技术问题是亟需解决的问题。在我国石油资源对外依存度不断加大的背景下，如何发挥我国煤炭资源的优势，以我国产量巨大的中低温煤焦油沥青为原料，制得低成本、优良可纺的中间相沥青至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法。本发明以中低温煤焦油沥青为原料，通过精制、缩聚等步骤，成功生产出中间相含量高达99％的中间相沥青，解决目前国内煤焦油沥青制中间相沥青现有的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，包括以下步骤：

4、步骤1，精制：以中低温热解煤焦油沥青为原料，加入溶剂混合后，加热搅拌，过滤，蒸馏，得精制沥青；

5、步骤2，加氢：将精制沥青加入溶剂进行加氢处理，改变精制沥青的分子结构，得加氢精制沥青；

6、步骤3，缩聚：将加氢精制沥青在300℃，2mpa的压力下进行缩聚反应，得最终中间相沥青。

7、优选地，步骤1中，所述中低温热解煤焦油沥青的软化点为80℃；所述中低温热解煤焦油沥青的甲苯不溶物为3～5％，喹啉不溶物含量为0.5～1％。

8、优选地，步骤1中，所述溶剂为洗油、煤油、萘油、汽油、柴油、四氢呋喃中的一种或几种混合。

9、优选地，所述溶剂为洗油、煤油、萘油、汽油、柴油、四氢呋喃中的两者混合，且两者混合按着质量比为1：1。

10、优选地，步骤1中，所述加热搅拌的温度为150～350℃，所述过滤为40～150℃热过滤，所述蒸馏的方式为200～350℃减压蒸馏。

11、优选地，步骤2中，所述溶剂为双氧水、乙醇、四氢萘、十氢萘、四氢呋喃中的一种或几种混合。

12、优选地，所述溶剂为双氧水、乙醇、四氢萘、十氢萘、四氢呋喃中的两者混合，且两者混合按着质量比为1：1。

13、优选地，步骤3中，所述缩聚反应的时间为4～10h。

14、优选地，步骤3中，所述最终中间相沥青的中间相含量为80～99％。

15、优选地，步骤3中，所述最终中间相沥青的软化点为270～290℃。

16、本发明具有以下优点：

17、(1)本发明较现有技术对比，现有技术以中低温煤焦油为原料，经过全馏分加氢精制后(需使用催化剂)，切割重质馏分再进行二次加氢，最后再进行缩聚，制备得到中间相沥青；而本发明原料为中低温煤焦油沥青，为工业化产物，成本低，具有廉价易得的特性；制备过程中无催化加氢精制工段，减少了工段步骤，降低制备成本。

18、(2)本发明较现有技术对比，现有技术方法得到的中间相沥青的软化点为245～265℃，中间相沥青喹啉不溶物小于30％；而本发明所涉及的方法制备得到的中间相沥青的软化点为270～290℃，中间相含量高达99％的沥青，大大优于现有产品的性能。

1.一种中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，步骤1中，所述中低温热解煤焦油沥青的软化点为80℃；所述中低温热解煤焦油沥青的甲苯不溶物含量为3～5％，喹啉不溶物含量为0.5～1％。

3.如权利要求1所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，步骤1中，所述溶剂为洗油、煤油、萘油、汽油、柴油、四氢呋喃中的一种或几种混合。

4.如权利要求3所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，所述溶剂为洗油、煤油、萘油、汽油、柴油、四氢呋喃中的两者混合，且两者混合按着质量比为1：1。

5.如权利要求1所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，步骤1中，所述加热搅拌的温度为150～350℃，所述过滤为40～150℃热过滤，所述蒸馏的方式为200～350℃减压蒸馏。

6.如权利要求1所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，步骤2中，所述溶剂为双氧水、乙醇、四氢萘、十氢萘、四氢呋喃中的一种或几种混合。

7.如权利要求6所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，所述溶剂为双氧水、乙醇、四氢萘、十氢萘、四氢呋喃中的两者混合，且两者混合按着质量比为1：1。

8.如权利要求1所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，步骤3中，所述缩聚反应的时间为4～10h。

9.如权利要求1所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，步骤3中，所述最终中间相沥青的中间相含量为80～99％。

10.如权利要求1所述的中低温煤焦油沥青制备中间相沥青的方法，其特征在于，步骤3中，所述最终中间相沥青的软化点为270～290℃。