專利名稱：一種制備各向同性焦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用煤焦油或石油渣油蒸餾液原料制備各向同性焦的方法。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在各個領(lǐng)域?qū)μ克刂破返男阅芴岢隽烁叩囊?。普通的炭素制品雖有其固有的優(yōu)點，但在各種苛刻的條件下，仍不能完全滿足要求。炭素材料大體上可分為各向異性和各向同性兩大類，各向同性炭制品一般具有良好的高溫性能，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，灰分含量低，比電阻小，化學(xué)穩(wěn)定性高，在大部分非氧化的酸堿鹽和氣體介質(zhì)中不腐蝕不溶解。應(yīng)用的范圍涉及到機械、冶金、化工、半導(dǎo)體、宇航等領(lǐng)域。
各向同性焦以其獨特的性能，與各向異性焦一樣在炭素工業(yè)中有著舉足輕重的作用。各向同性焦在國外發(fā)展很快，美國的大湖公司、日本的山井等已能生產(chǎn)多種系列的各向同性焦且廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)，目前，各向同性焦的應(yīng)用技術(shù)在國內(nèi)已滲透到各個領(lǐng)域，如高溫高壓下的機械密封制品、放電加工技術(shù)中的電極、耐沖擊摩擦磨損的機械零件、原子能反應(yīng)堆的石墨減速層材料以及其它技術(shù)用炭素制品。
《新型炭材料》1998年第2期12-20頁報道了用適當(dāng)?shù)娜軇┹腿r青在熱處理過程中結(jié)晶出的中間相，并將其壓形、焙燒制備各向同性炭素材料的方法。
一般市售的炭素材料是以具有條狀組織結(jié)構(gòu)且較大尺寸的焦炭為骨料制造的，故難以使它的制品具有各向同性的特性。以蒽焦、萘焦、菲焦等具有細(xì)鑲嵌組織的原料為骨料，或用各種酚醛聚合物、丙酮糠醛聚合物和酚醛樹脂在高溫下炭化轉(zhuǎn)為成各向同性碳。但用這些方法制備各向同性碳是昂貴的，因為這些材料的價格高。
日本專利特公昭60-24043公開了用煤焦油或石油渣油蒸餾液原料在催化劑存在條件下制成各向同性焦，但其對催化劑分散及去除等操作條件要求苛刻，不易操作。
本發(fā)明的目的是提供一種易于操作的制備各向同性焦的方法。
本發(fā)明的方法是將煤焦油或石油渣油蒸餾液原料和含氧的氣體直接接觸，以除去蒸餾液的蒸發(fā)份，同時發(fā)生縮合、交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，直至蒸餾液轉(zhuǎn)化為類似瀝青的物質(zhì)，焦化后就得各向同性焦。
本發(fā)明的具體步驟如下(1)將煤焦油或石油渣油蒸餾液置于反應(yīng)器中加熱，加熱到120℃時，開始攪拌并通入含氧氣體，氣體的流量為每100克原料5l/h～45l/h，反應(yīng)溫度為260-430℃，達到反應(yīng)溫度后，恒溫，反應(yīng)時間為5～15小時，得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸餾物；(2)將氧化的煤焦油或石油渣油蒸餾物在溫度為460-500℃下，壓力為0.1～1MPa下，氮氣保護下，焦化生成各向同性焦。
如上所述的煤焦油蒸餾液是200～400℃沸點范圍內(nèi)的各類油的餾分。
如上所述的石油渣油蒸餾液是200～600℃沸點范圍內(nèi)的直餾油。
如上所述的含氧氣體為空氣。
本發(fā)明制備的各向同性焦的測試方法如下所制各向同性焦從外表上看是硬質(zhì)、玻璃狀、難熔、具有光澤的黑色物質(zhì)，可以用偏光顯微鏡測定，將試樣用硫磺包埋，并且拋光研磨到象鏡子一樣光滑，在有正交尼科耳棱晶反射偏振光的顯微鏡下觀察其拋面，組織結(jié)構(gòu)為細(xì)鑲嵌組織或極細(xì)鑲嵌組織。
本發(fā)明的原理是空氣中的氧氣與碳?xì)浠衔锏恼麴s液接觸反應(yīng)，氧導(dǎo)致碳?xì)浠衔锓肿有纬勺杂苫?，?jīng)自由基反應(yīng)使反應(yīng)物分子量增加，大多數(shù)已經(jīng)與碳?xì)浠衔锓磻?yīng)的氧在排氣過程中作為水蒸氣逸出，部分氧遺留在高分子瀝青物質(zhì)中。
本發(fā)明用一種簡單、經(jīng)濟的方法制備出各向同性焦，且所用方法易于操作、可控性強，所制備的各向同性焦的光學(xué)組織為細(xì)鑲嵌組織或極細(xì)鑲嵌組織，而且所用原料價格便宜易于買到。
本發(fā)明的實施例如下實施例1將107克煤焦油蒸餾液裝入反應(yīng)器中并以2℃/min的加熱速率加熱，在120℃開始攪拌并通入空氣，通入的空氣以15l/h的速率均勻地輸入到反應(yīng)器底部的煤焦油蒸餾液中，至最終反應(yīng)溫度310℃恒溫，反應(yīng)時間為8小時。
將空氣氧化的煤焦油蒸餾物裝入玻璃管中，裝入管式反應(yīng)器中，密封后的管式反應(yīng)器充氮氣達到壓力0.1MPa放入焦化爐中，以2℃/min的加熱速率升到反應(yīng)溫度，在焦化的同時產(chǎn)生的氣體通過控制閥排掉，保持壓力不變，直至焦化結(jié)束，從管中取出制得的塊狀焦進行測定。
所得焦塊則用硫磺包埋后，經(jīng)磨片，拋光后觀察顯微結(jié)構(gòu)呈細(xì)鑲嵌組織。
實施例2將100克煤焦油蒸餾液裝入反應(yīng)器中并以2℃/min的加熱速率加熱，在120℃開始攪拌并通入空氣，通入的空氣以15l/h的速率均勻地輸入到反應(yīng)器底部的煤焦油蒸餾液中，至最終反應(yīng)溫度430℃恒溫，反應(yīng)時間為5小時。
將空氣氧化的煤焦油蒸餾物裝入玻璃管中，裝入管式反應(yīng)器中，密封后的管式反應(yīng)器充氮氣達到壓力0.4MPa放入焦化爐中，以2℃/min的加熱速率升到反應(yīng)溫度，在焦化的同時產(chǎn)生的氣體通過控制閥排掉，保持壓力不變，直至焦化結(jié)束，從管中取出制得的塊狀焦進行測定。
所得焦塊則用硫磺包埋后，經(jīng)磨片，拋光后觀察顯微結(jié)構(gòu)呈細(xì)鑲嵌組織。
實施例3將106克石油渣油蒸餾液裝入反應(yīng)器中并以2℃/min的加熱速率加熱，在120℃開始攪拌并通入空氣，通入的空氣以35l/h的速率均勻地輸入到反應(yīng)器底部的煤焦油蒸餾液中，至最終反應(yīng)溫度260℃恒溫，反應(yīng)時間為15小時。
將空氣氧化的石油渣油蒸餾物裝入玻璃管中，裝入管式反應(yīng)器中，密封后的管式反應(yīng)器充氮氣達到壓力1MPa放入焦化爐中，以2℃/min的加熱速率升到反應(yīng)溫度，在焦化的同時產(chǎn)生的氣體通過控制閥排掉，保持壓力不變，直至焦化結(jié)束，從管中取出制得的塊狀焦進行測定。
所得焦塊則用硫磺包埋后，經(jīng)磨片，拋光后觀察顯微結(jié)構(gòu)呈細(xì)鑲嵌組織。
實施例4將103克石油渣油蒸餾液裝入反應(yīng)器中并以2℃/min的加熱速率加熱，在120℃開始攪拌并通入空氣，通入的空氣以15l/h的速率均勻地輸入到反應(yīng)器底部的煤焦油蒸餾液中，至最終反應(yīng)溫度370℃恒溫，反應(yīng)時間為6小時。
將空氣氧化的石油渣油蒸餾物裝入玻璃管中，裝入管式反應(yīng)器中，密封后的管式反應(yīng)器充氮氣達到壓力0.1MPa放入焦化爐中，以2℃/min的加熱速率升到反應(yīng)溫度，在焦化的同時產(chǎn)生的氣體通過控制閥排掉，保持壓力不變，直至焦化結(jié)束，從管中取出制得的塊狀焦進行測定。
所得焦塊則用硫磺包埋后，經(jīng)磨片，拋光后觀察顯微結(jié)構(gòu)呈細(xì)鑲嵌組織。
實施例5將110克煤焦油蒸餾液裝入反應(yīng)器中并以2℃/min的加熱速率加熱，在120℃開始攪拌并通入空氣，通入的空氣以15l/h的速率均勻地輸入到反應(yīng)器底部的煤焦油蒸餾液中，至最終反應(yīng)溫度350℃恒溫，反應(yīng)時間為6小時。
將空氣氧化的煤焦油蒸餾物裝入玻璃管中，裝入管式反應(yīng)器中，密封后的管式反應(yīng)器充氮氣達到壓力0.8MPa放入焦化爐中，以2℃/min的加熱速率升到反應(yīng)溫度，在焦化的同時產(chǎn)生的氣體通過控制閥排掉，保持壓力不變，直至焦化結(jié)束，從管中取出制得的塊狀焦進行測定。
所得焦塊則用硫磺包埋后，經(jīng)磨片，拋光后觀察顯微結(jié)構(gòu)呈細(xì)鑲嵌組織。
實施例6將116克煤焦油蒸餾液裝入反應(yīng)器中并以2℃/min的加熱速率加熱，在120℃開始攪拌并通入空氣，通入的空氣以5l/h的速率均勻地輸入到反應(yīng)器底部的煤焦油蒸餾液中，至最終反應(yīng)溫度330℃恒溫，反應(yīng)時間為11小時。
將空氣氧化的煤焦油蒸餾物裝入玻璃管中，裝入管式反應(yīng)器中，密封后的管式反應(yīng)器充氮氣達到壓力0.8MPa放入焦化爐中，以2℃/min的加熱速率升到反應(yīng)溫度，在焦化的同時產(chǎn)生的氣體通過控制閥排掉，保持壓力不變，直至焦化結(jié)束，從管中取出制得的塊狀焦進行測定。
所得焦塊則用硫磺包埋后，經(jīng)磨片，拋光后觀察顯微結(jié)構(gòu)呈細(xì)鑲嵌組織。
實施例7將119克煤焦油蒸餾液裝入反應(yīng)器中并以2℃/min的加熱速率加熱，在120℃開始攪拌并通入空氣，通入的空氣以45l/h的速率均勻地輸入到反應(yīng)器底部的煤焦油蒸餾液中，至最終反應(yīng)溫度330℃恒溫，反應(yīng)時間為7小時。
將空氣氧化的煤焦油蒸餾物裝入玻璃管中，裝入管式反應(yīng)器中，密封后的管式反應(yīng)器充氮氣達到壓力0.8MPa放入焦化爐中，以2℃/min的加熱速率升到反應(yīng)溫度，在焦化的同時產(chǎn)生的氣體通過控制閥排掉，保持壓力不變，直至焦化結(jié)束，從管中取出制得的塊狀焦進行測定。
所得焦塊則用硫磺包埋后，經(jīng)磨片，拋光后觀察顯微結(jié)構(gòu)呈細(xì)鑲嵌組織。
權(quán)利要求
1．一種制備各向同性焦的方法，其特征在于具體步驟如下(1)將煤焦油或石油渣油蒸餾液置于反應(yīng)器中加熱，加熱到120℃時，開始攪拌并通入含氧氣體，氣體的流量為每100克原料5l/h～45l/h，反應(yīng)溫度為260-430℃，達到反應(yīng)溫度后，恒溫，反應(yīng)時間為5～15小時，得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸餾物；(2)將氧化的煤焦油或石油渣油蒸餾物在溫度為460-500℃下，壓力為0.1～1MPa下，氮氣保護下，焦化生成各向同性焦。
2．如權(quán)利要求1所述的一種制備各向同性焦的方法，其特征在于所述的煤焦油蒸餾液是200～400℃沸點范圍內(nèi)的各類油的餾分；所述的石油渣油蒸餾液是200～600℃沸點范圍內(nèi)的直餾油。
3．如權(quán)利要求1所述的一種制備各向同性焦的方法，其特征在于所述的含氧氣體為空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用煤焦油或石油渣油蒸餾液為原料制備各向同性焦的方法,將煤焦油或石油渣油蒸餾液置于反應(yīng)器中加熱,加熱到120℃時,開始攪拌并通入含氧氣體,氣體的流量為每100克原料51/h～451/h,反應(yīng)溫度為260－430℃,達到反應(yīng)溫度后,恒溫,反應(yīng)時間為5～15小時,得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸餾物;將氧化的煤焦油或石油渣油蒸餾物在溫度為460－500℃下,壓力為0.1～1MPa下,氮氣保護下,焦化生成各向同性焦。本方法制備簡單,易于操作,所制備的各向同性焦的光學(xué)組織為細(xì)鑲嵌組織或極細(xì)鑲嵌組織。
文檔編號C10B55/00GK1306070SQ0012812
公開日2001年8月1日 申請日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者凌立成, 張懷平, 呂春祥, 李開喜, 劉春林 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所