针状焦生产溶剂分离法的原理和机理

针状焦生产溶剂分离法的原理和机理针状焦是制造炼钢、炼铝、火箭、飞船等工业用大型电极材料的主要原料，可以用煤沥青为原料制备。中温煤沥青中含有大量哇琳不溶物（QI），需要首先将其彻底脱除，然后在适当条件下，合成针状焦。本文主要对针状焦生产溶剂分离法的原理和机理进行介绍，仅供相关工作者参考和借鉴。标签：针状焦；溶剂分离法；哇琳不溶物；原理；机理在沥青热转化的过程中，组分对中间相的形成影响很大，这些高分子树脂由于分子量大，不能形成广域的中间相。并且这些惰性物不能通过塑性区而聚集在球晶边缘，不利于球晶成长为合体，有碍各向异性流体结构的形成，因此需要将其彻底脱除。基于此，研究针状焦生产溶剂分离法的原理和机理具有重要意义。1针状焦的用途针状焦是碳素材料中大力发展的一个优质碳种，根据生产原料的不同，针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦两种，两种针状焦生产工艺不完全相同，但用途基本相同。针状焦外观具有明显的针状结构和纤维纹理，是生产超高功率电极、特种碳素材料、碳纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料，具有热膨胀系数低和石墨化性能好的特点，广泛用于国防和冶金工业。在冶金工业中，用于生产电炉炼钢用高功率、超高功率石墨电极，可提高冶炼效率和钢产量，降低电耗和原材料消耗；在原子反应堆中用作高能中子减速材料，也用于火箭技术中。2针状焦的成焦机理中间相成焦机理是针状焦生产的理论基础。在中间相液晶体系的液相阶段被发现以后，相关研究认为：在较高的温度下，原料液相体系中的分子发生热分解和热缩聚反应，形成具有圆盘形状的多环缩合芳烃平面分子，这些平面稠环芳香分子在热运动和外界搅拌的作用下取向成液晶态，为达到体系的最低能量状态，这些液晶在表面张力的作用下形成中间相小球体。中间相小球体吸收母液中的分子后不断长大，直到最后球体的形状不能维持，形成非球中间相广域流线型、纤维状或镶嵌型中间相。从物相角度来看，中间相球体的生成过程是物系内各向同性液相逐渐变成各向异性小球体的过程；从化学角度来看，它是液相反应物系内不断进行着的热分解和热缩聚反应达到一定程度的产物。纤维状形态是针状的主要形态，要得到细纤维结构形态的针状焦，必须控制好反应温度，使球体足够长大且具有高度的可塑性。3针状焦原料处理过程中溶剂分离法的原理和机理3.1利用沉降法和离心法脱除哇琳不溶物的原理目前煤焦油的净化主要靠重力或离心沉降实现的，根据斯托克斯定律：颗粒沉降速度，其中，g、G分别为重力加速度和离心机的分离因素；ρ、ρp分别为沥青溶液、QI颗粒的密度；μ为体系粘度dp为颗粒直径。由上式可见，在重力加速度g，QI颗粒密度和颗粒直径dp无法改变的情况下，只有通过降低沥青溶液密度以及体系粘度和增加离心因素的方法来增加颗粒沉降速度。要降低沥青溶液密度和体系粘度，可以通过添加溶剂来做到，可用溶剂沉降法；要同时降低沥青溶液密度、体系粘度和增加离心因素，就需要通过添加溶剂和用离心分离的方法，即溶剂离心法。3.2溶剂沉降法脱除喹啉不溶物的机理煤沥青中主要是芳香族化合物，其中含有少量的饱和脂肪链烃。根据相似相溶原理，芳烃溶剂能增大煤沥青的溶解性，使溶液和残渣黏稠度降低，从而增大QI的沉降效果；当然，QI脱除后净化沥青的收率也相应降低。由于芳烃溶剂的密度大于脂肪类溶剂的密度，当芳烃溶剂的含量逐渐增大后，混合沥青溶液的密度也随之增大，造成QI与沥青溶液的密度差减小，QI沉降速率降低，净化沥青的QI含量增加，收率也随之增加。3.3溶剂离心法脱除喹啉不溶物的机理煤沥青中的QI为芳香族大分子环状组分，而混合溶剂中的洗油以芳烃为主，对煤沥青溶解能力强，导致部分QI也被溶解，不利于QI颗粒的沉降分离。根据斯托克斯定律，沥青中分子量较大的QI由于溶解性能差而不被溶解，从而达到彻底脱除微小QI颗粒的目的。当芳烷比太低时，溶剂对沥青的溶解性能差，形成的渣既多又黏，溶剂含量高，与溶液之间的密度差小。而且沥青中的QI没有被充分析出，不利于QI分离，因而精制沥青QI含量高；反之，当芳烷比过高时，溶剂的溶解能力太强，部分QI由于被溶解了而不利于QI的脱除，精制沥青QI含量也高。3.4共炭循环法共炭循环法采用煤系软沥青作为闪蒸原料，经闪蒸得到喹啉不溶物为零的闪蒸油，一部分重分子闪蒸油直接作为焦化原料，另一部分闪蒸油经缩聚、急冷后再作焦化原料，加入的共炭化闪蒸原料或焦化原料占原料重量的5-60%。焦化操作先进焦化原料再进轻质油，进料变量操作。这种方法使反应过程和针状焦的质量都得到了大幅提升。4总结语综上所述，由于针状焦具有取向性好、石墨化程度较高、低热膨胀系数、高密度、高导电率、低腐蚀和低晶胀等一系列优点，因此，必须加强对针状焦生产过程中生产技术和工艺的研究。为了不断提升针状焦的生产工艺和技术，需要进一步了解针状焦生产中溶剂分离法的原理和机理。參考文献：[1]胡建宏，王永刚.精制煤沥青制备针状焦的参数研究[J].中国煤炭.2