煤系针状焦制备原料的预处理工艺

技术领域

本发明涉及煤化工生产技术领域，具体地，涉及一种煤系针状焦制备原料的预处理工艺。

背景技术

针状焦是一种优质碳素材料，由于粉碎后呈细长的针状结构而得名，它取向性好，导电、导热性能强，是制造超高功率石墨电极的主要原料，用针状焦生产的超高功率石墨电极具有电阻率低、体积密度大、机械强度高、热膨胀系数小、抗热震性能好等优点。针状焦石墨化制品被广泛应用于电炉炼钢电极、核反应堆减速材料及火箭技术等领域。

目前生产的针状焦根据其使用原料的不同可以分为油系针状焦和煤系针状焦两大类。其中，油系针状焦是以催化油浆为原料生产，煤系针状焦则是以煤焦油沥青及其馏分为原料生产。

对于煤系针状焦的生产，存在以下问题：首先，由于大多数煤焦油沥青成分复杂，导致生产煤系针状焦产品的煤焦油沥青一直是紧缺产品，特别是在近几年来对环保要求较高，导致生产煤系针状焦的煤焦油沥青越发的紧缺，煤沥青的价格不断增长，导致针状焦的生产成本大幅增长。其次，针状焦生产中，对原料煤焦油沥青中喹啉不溶物的含量要求较高，导致一些喹啉不溶物含量较高的煤沥青无法满足针状焦生产原料的要求。因此，为了有效利用有限的煤沥青资源，提高针状焦产量、生产出高质量的针状焦，对针状焦的生产工艺进行创造性改进，以提升针状焦的收率、降低原料煤焦油沥青的要求，最终降低针状焦生产成本，成了本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种煤系针状焦制备原料的预处理工艺，对煤系针状焦的生产原料煤焦油沥青进行高效预处理，通过工艺的创新改进，一方面提高中间产品精制沥青的收率；另一方面高效去除原料中喹啉不溶物，以降低对煤焦油沥青喹啉不溶物的要求，拓宽原料选择范围，最终达到提高针状焦产率、降低针状焦生产成本的目的。

本发明提供了一种煤系针状焦制备原料的预处理工艺，包括以下步骤：

(1)原料混合：按照质量比(0.5～2)：1的比例将煤焦油沥青与溶剂于90～150℃、常压下进行混合，得到混合液；

(2)一次沉降：在注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝ (0.1～0.5)：1的比例，向一次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(1)所得混合液加入一次沉降罐中进行一次沉降处理，一次沉降的温度为 90～150℃，一次沉降时间为1～4h，一次沉降完成后，由一次沉降罐底部采出得到重组分，由由一次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(3)二次沉降：注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝(0.1～0.5)： 1的比例，向二次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(2)所得重组分加入二次沉降罐中进行二次沉降处理，二次沉降的温度90～150℃，二次沉降时间1～4h，二次沉降完成后，由二次沉降罐底部采出得到重组分，由二次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(4)重相蒸馏：将步骤(2)中所得重组分，加入重相蒸馏塔进行蒸馏处理，由重相蒸馏塔底部采出得到粘结剂沥青，由重相蒸馏塔顶部采出得到溶剂；

(5)轻相蒸馏：将步骤(2)和步骤(3)所得轻组分加入轻相中间罐，并输送至加热炉，升温至200～260℃，再输送至轻相蒸馏塔进行蒸馏处理，由轻相蒸馏塔顶部采出得到溶剂，由轻相蒸馏塔底部采出得到精制沥青，精制沥青用于针状焦焦化生产；

(6)溶剂循环：将步骤(5)采出得到的溶剂循环，用于步骤(1)中与煤焦油沥青混合；将步骤(4)中采出得到的溶剂循环，用于步骤(2) 和步骤(3)中分别注入一次沉降罐与二次沉降罐底部。

优选的，所述步骤(2)中一次沉降温度为100～120℃，一次沉降时间为1.5～2.5h。

优选的，所述步骤(2)中二次沉降温度为110～130℃，二次沉降时间为2.5～3.5h。

优选的，所述步骤(4)中重相蒸馏塔进料温度260～320℃，微负压- (60～90)Pa下蒸馏处理。

优选的，所述步骤(5)中轻相蒸馏塔进料温度210～250℃，微负压- (60～90)Pa下蒸馏处理。

优选的，所述步骤(2)及步骤(3)中溶剂：煤焦油沥青＝0.2：1。

本发明的反应原理：本发明的煤系针状焦制备原料的预处理工艺，利用溶剂萃取沉降的原理，用两种不同的溶剂进行混合成混合溶剂(一种溶解，一种分离)，将原料煤焦油沥青中的喹啉不溶物富集到沉降罐的底部，作为重相进行分离出来，最终以液体富集的形式除去，最终得到纯净的、符合针状焦生产的中间产品精制沥青，以用于针状焦的生产。其中：一次沉降为初步的萃取分离，重相中还含有一部分有效的精制沥青，再进行二次沉降，进一步的提取精制沥青，两次或两次以上的沉降分离，一方面能进一步的提取出软沥青中的有效成分作为精制沥青，提高精制沥青的收率，另一方面有效的避免了一次沉降造成罐底部喹啉不溶物大量集聚，堵塞管道，造成生产事故。具体地：步骤(1)中使得溶剂和原料软沥青进行充分混合；然后通过步骤(2)中的操作，初步提取软沥青中的精制沥青，将喹啉不溶物进行初次的分离；步骤(3)中将重相中的精制沥青进行进一步的提取，提高精制沥青的收率，并保证装置平稳安全运行；步骤(4)中将重相中的溶剂进行回收，步骤(5)中将轻相中的溶剂进行回收，并在步骤(6) 中的将回收的溶剂进行重复使用，减少生产成本，提高装置效益。

本发明的有益效果：本发明的煤系针状焦制备原料的预处理工艺，对煤系针状焦的生产原料煤焦油沥青进行高效预处理，通过工艺的创新改进，一方面提高了中间产品精制沥青的收率，另一方面可有效除去喹啉不溶物成分，降低了对煤焦油沥青中喹啉不溶物含量的要求，拓宽了原料选择范围，最终达到提高针状焦产率、降低针状焦生产成本的目的。具体为：

(1)拓宽了原料范围：通过预处理新工艺对原料煤焦油沥青进行高效预处理，降低了对原料中喹啉不溶物的指标要求，使得原料煤焦油沥青中喹啉不溶物含量从现有工艺要求≤3％放宽至≤9％，拓宽了原料的选择范围，使得原料来源更为广泛，有利于降低企业的原料成本；

(2)提高了产品收率：通过预处理新工艺提高了预处理工艺的产品收率，使得中间产品精制沥青从现有工艺的72％提升至82.5％，提升了企业的利润水平。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更容易理解，现采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。

实施例1：

本实施例的煤系针状焦制备原料的预处理工艺，包括以下步骤：

(1)原料混合：按照质量比0.5：1的比例将煤焦油沥青(硫0.6％，喹啉不溶物6.7％)与溶剂于90℃、常压下进行混合，得到混合液；

(2)一次沉降：在注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.2：1 的比例，向一次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(1)所得混合液加入一次沉降罐中进行一次沉降处理，一次沉降的温度为90℃，一次沉降时间为 4h，一次沉降完成后，由一次沉降罐底部采出得到重组分，由由一次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(3)二次沉降：注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.2：1 的比例，向二次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(2)所得重组分加入二次沉降罐中进行二次沉降处理，二次沉降的温度120℃，二次沉降时间2h，二次沉降完成后，由二次沉降罐底部采出得到重组分，由二次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(4)重相蒸馏：将步骤(2)中所得重组分，加入重相蒸馏塔，在进料温度260℃，微负压-60Pa下进行蒸馏处理，由重相蒸馏塔底部采出得到粘结剂沥青，由重相蒸馏塔顶部采出得到溶剂；

(5)轻相蒸馏：将步骤(2)和步骤(3)所得轻组分加入轻相中间罐，并输送至加热炉，升温至200℃，再输送至轻相蒸馏塔，在进料温度210℃，微负压-60Pa下进行蒸馏处理，由轻相蒸馏塔顶部采出得到溶剂，由轻相蒸馏塔底部采出得到精制沥青，精制沥青用于针状焦焦化生产；

(6)溶剂循环：将步骤(5)采出得到的溶剂循环，用于步骤(1)中与煤焦油沥青混合；将步骤(4)中采出得到的溶剂循环，用于步骤(2) 和步骤(3)中分别注入一次沉降罐与二次沉降罐底部。

实施例2：

本实施例的煤系针状焦制备原料的预处理工艺，包括以下步骤：

(1)原料混合：按照质量比1：1的比例将煤焦油沥青(硫0.6％，喹啉不溶物6.7％)与溶剂于110℃、常压下进行混合，得到混合液；

(2)一次沉降：在注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.3：1 的比例，向一次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(1)所得混合液加入一次沉降罐中进行一次沉降处理，一次沉降的温度为110℃，一次沉降时间为 3h，一次沉降完成后，由一次沉降罐底部采出得到重组分，由由一次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(3)二次沉降：注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.3：1 的比例，向二次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(2)所得重组分加入二次沉降罐中进行二次沉降处理，二次沉降的温度130℃，二次沉降时间1h，二次沉降完成后，由二次沉降罐底部采出得到重组分，由二次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(4)重相蒸馏：将步骤(2)中所得重组分，加入重相蒸馏塔，在进料温度280℃，微负压-70Pa下进行蒸馏处理，由重相蒸馏塔底部采出得到粘结剂沥青，由重相蒸馏塔顶部采出得到溶剂；

(5)轻相蒸馏：将步骤(2)和步骤(3)所得轻组分加入轻相中间罐，并输送至加热炉，升温至215℃，再输送至轻相蒸馏塔，在进料温度225℃，微负压-70Pa下进行蒸馏处理，由轻相蒸馏塔顶部采出得到溶剂，由轻相蒸馏塔底部采出得到精制沥青，精制沥青用于针状焦焦化生产；

(6)溶剂循环：将步骤(5)采出得到的溶剂循环，用于步骤(1)中与煤焦油沥青混合；将步骤(4)中采出得到的溶剂循环，用于步骤(2) 和步骤(3)中分别注入一次沉降罐与二次沉降罐底部。

实施例3：

本实施例的煤系针状焦制备原料的预处理工艺，包括以下步骤：

(1)原料混合：按照质量比1.5：1的比例将煤焦油沥青(硫0.58％，喹啉不溶物8.9％)与溶剂于130℃、常压下进行混合，得到混合液；

(2)一次沉降：在注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.4：1 的比例，向一次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(1)所得混合液加入一次沉降罐中进行一次沉降处理，一次沉降的温度为130℃，一次沉降时间为 2h，一次沉降完成后，由一次沉降罐底部采出得到重组分，由由一次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(3)二次沉降：注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.4：1 的比例，向二次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(2)所得重组分加入二次沉降罐中进行二次沉降处理，二次沉降的温度110℃，二次沉降时间4h，二次沉降完成后，由二次沉降罐底部采出得到重组分，由二次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(4)重相蒸馏：将步骤(2)中所得重组分，加入重相蒸馏塔，在进料温度300℃，微负压-80Pa下进行蒸馏处理，由重相蒸馏塔底部采出得到粘结剂沥青，由重相蒸馏塔顶部采出得到溶剂；

(5)轻相蒸馏：将步骤(2)和步骤(3)所得轻组分加入轻相中间罐，并输送至加热炉，升温至230℃，再输送至轻相蒸馏塔，在进料温度240℃，微负压-80Pa下进行蒸馏处理，由轻相蒸馏塔顶部采出得到溶剂，由轻相蒸馏塔底部采出得到精制沥青，精制沥青用于针状焦焦化生产；

(6)溶剂循环：将步骤(5)采出得到的溶剂循环，用于步骤(1)中与煤焦油沥青混合；将步骤(4)中采出得到的溶剂循环，用于步骤(2) 和步骤(3)中分别注入一次沉降罐与二次沉降罐底部。

实施例4：

本实施例的煤系针状焦制备原料的预处理工艺，包括以下步骤：

(1)原料混合：按照质量比2：1的比例将煤焦油沥青(硫0.45％，喹啉不溶物4.5％)与溶剂于150℃、常压下进行混合，得到混合液；

(2)一次沉降：在注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.5：1 的比例，向一次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(1)所得混合液加入一次沉降罐中进行一次沉降处理，一次沉降的温度为150℃，一次沉降时间为 1h，一次沉降完成后，由一次沉降罐底部采出得到重组分，由由一次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(3)二次沉降：注入物料前，按照质量比溶剂：煤焦油沥青＝0.5：1 的比例，向二次沉降罐底部注入溶剂，然后将步骤(2)所得重组分加入二次沉降罐中进行二次沉降处理，二次沉降的温度100℃，二次沉降时间3h，二次沉降完成后，由二次沉降罐底部采出得到重组分，由二次沉降罐顶部采出得到轻组分；

(4)重相蒸馏：将步骤(2)中所得重组分，加入重相蒸馏塔，在进料温度320℃，微负压-90Pa下进行蒸馏处理，由重相蒸馏塔底部采出得到粘结剂沥青，由重相蒸馏塔顶部采出得到溶剂；

(5)轻相蒸馏：将步骤(2)和步骤(3)所得轻组分加入轻相中间罐，并输送至加热炉，升温至240℃，再输送至轻相蒸馏塔，在进料温度250℃，微负压-90Pa下进行蒸馏处理，由轻相蒸馏塔顶部采出得到溶剂，由轻相蒸馏塔底部采出得到精制沥青，精制沥青用于针状焦焦化生产；

(6)溶剂循环：将步骤(5)采出得到的溶剂循环，用于步骤(1)中与煤焦油沥青混合；将步骤(4)中采出得到的溶剂循环，用于步骤(2) 和步骤(3)中分别注入一次沉降罐与二次沉降罐底部。

表1：实施例1至4制备所得精制沥青的性能指标

表1为本实施例1至4中原料煤焦油沥青及制备所得精制沥青的性能指标，以下对表1中的数据进行分析：

首先，由表1数据可以看出，实施例1至4中采用的原料煤焦油沥青中，喹啉不溶物含量分别为2.97％、6.7％、8.9％和4.5％，在通过本发明技术工艺预处理后，得到的精制沥青中，喹啉不溶物含量均为0.01％或痕量。也就是说，通过该预处理工艺，可以利用喹啉不溶物含量高达9％的煤焦油沥青，制备出喹啉不溶物含量为0.01％的精制沥青，该精制沥青满足针状焦生产要求，可以作为生产针状焦的优质原料。但是，传统工艺预处理煤焦油沥青，要求煤焦油沥青中喹啉不溶物含量≤3％，才能够制备出满足针状焦生产要求的精制沥青。因此，采用本技术后，通过对煤焦油沥青进行高效处理，可有效去除煤焦油沥青中喹啉不溶物制备出高质量的精制沥青，使得针状焦生产原料煤焦油沥青中喹啉不溶物含量的要求，可以放宽至 9％，拓宽了原料的选择范围。

其次，由表1数据可以看出，实施例1至4中预处理后精制沥青的收率分别为82.5％、78.6％、78.8％及79.8％。而传统工艺预处理后，精制沥青的收率仅为72％。因此，通过本技术，可以使预处理后精制沥青的收率从传统预处理工艺的72％提升至82.5％，精制沥青收率可以提高10％左右，大幅提高了原料的有效利用率。

应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。