可紡瀝青的生產(chǎn)工藝

朱 玉 峰

（遼陽石油化纖公司英華化工廠, 遼寧 遼陽 111003）

可紡瀝青的生產(chǎn)工藝

朱 玉 峰

（遼陽石油化纖公司英華化工廠, 遼寧 遼陽 111003）

介紹了可紡瀝青生產(chǎn)的原料、設(shè)備、工藝流程和工藝操作，闡述了工藝控制的關(guān)鍵點(diǎn)。結(jié)果表明，以乙烯裂解焦油為原料，經(jīng)過常減壓閃蒸、氣提、短程蒸餾等工序，通過控制反應(yīng)溫度和壓力，可生產(chǎn)軟化點(diǎn)260～270 ℃的可紡瀝青，該瀝青最適宜抽絲生產(chǎn)瀝青基碳纖維。

可紡瀝青; 瀝青基碳纖維; 短程蒸餾

碳纖維是高新技術(shù)產(chǎn)品，是發(fā)展航天、航空和軍工等尖端技術(shù)不可缺少的材料，也是民用工業(yè)某些產(chǎn)品更新?lián)Q代的基礎(chǔ)原材料[1-3]。碳纖維可分為三大類：黏膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維。黏膠基碳纖維產(chǎn)量小，主要用于軍工等尖端領(lǐng)域；聚丙烯腈生產(chǎn)碳纖維是目前碳纖維生產(chǎn)的主要的工藝路線，聚丙烯腈基碳纖維占市場的絕大多數(shù)，但是其價(jià)格高昂，對原料質(zhì)量要求甚高；瀝青基碳纖維加工工藝簡單，原料廉價(jià)，瀝青基碳纖維價(jià)格約為聚丙烯腈基碳纖維價(jià)格的1/3～1/4，因此瀝青基碳纖維在民用及建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景較為廣闊，近年來在民用工業(yè)中的比重逐年增加[4]。

可紡瀝青作為生產(chǎn)瀝青基碳纖維的原料，越來越受到人們的重視。近幾年由可紡瀝青熔融抽絲生產(chǎn)碳纖維的實(shí)踐表明，軟化點(diǎn)260～270 ℃之間的可紡瀝青，紡絲效果最好，生產(chǎn)的碳纖維性能最優(yōu)。低軟化點(diǎn)的可紡瀝青在紡絲過程中容易并絲，不易形成耐熱型結(jié)構(gòu)，極易軟化熔融變成瀝青；軟化點(diǎn)過高的可紡瀝青中大π鍵共軛體系結(jié)構(gòu)間的相互作用力較大，熔融后粘度太大而不易紡絲[5,6]。因此控制可紡瀝青的軟化點(diǎn)，是生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

裂解焦油: 遼陽石化烯烴廠U21蒸汽裂解裝置副產(chǎn)品—乙烯裂解焦油。原料性質(zhì)見表1。

表1 原料焦油性質(zhì)Table1 Properties of tar residue

1.2 工藝流程

工藝流程見圖1。

1.3 分析測試

軟化點(diǎn):按瀝青行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/LHSEZY108測定，將經(jīng)過預(yù)處理的高溫瀝青樣品倒入標(biāo)準(zhǔn)的軟化點(diǎn)樣品杯中,在爐中以線性速率加熱，并通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，以防止氧化。樣品從樣品杯開口處流下19 mm的距離時(shí)觸發(fā)光電管檢測器，此時(shí)Mettler型顯示的溫度即為軟化點(diǎn)。

喹啉不溶物：按GB/T2293規(guī)定測定。

殘?zhí)恐?按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T268測定。

圖1 工藝流程圖Fig.1 The experiment flow path

1.4 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

可紡瀝青的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 可紡瀝青的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Table2 Quality standards of spinnable asphalt

1.5 主要設(shè)備

主要設(shè)備見表3。

表3 主要設(shè)備一覽表Table 3 The list of main equipments

1.6 主要工藝參數(shù)

T101塔底溫度：285～290 ℃；

T102塔頂真空度：80～90 kPa；

T102塔底溫度：275～285 ℃；

T103塔頂壓力：80～110 kPa；

T103塔底溫度：275～285 ℃；

D-1反應(yīng)溫度：400～420 ℃；

D-1真空度：70～90 Pa。

1.7 工藝操作

原料乙烯裂解焦油經(jīng)過預(yù)熱后用泵打入常壓閃蒸塔T101,T101頂汽相進(jìn)行后序加工，綜合利用；T101塔底液相打入T102減壓塔進(jìn)行減壓閃蒸，控制T102塔底溫度和塔頂真空度，T102塔頂汽相物料經(jīng)冷凝后采出裝置，作為裝置副產(chǎn)品；T102塔底液相物料取樣分析，軟化點(diǎn)達(dá)到100 ℃時(shí)，用泵打入氣提塔T103塔頂，在氣提塔內(nèi)用N2氣提，N2溫度300 ℃，流量320 m3/h，在氣提塔內(nèi)瀝青重新分布與塔底來的熱N2進(jìn)行逆向傳質(zhì)，輕餾份被N2帶走，完成氣提的瀝青經(jīng)檢驗(yàn)軟化點(diǎn)達(dá)到130 ℃時(shí)，用泵送入D-1短程蒸餾器，不合格時(shí)打回流，回到氣提塔頂重新氣提。D-1短程蒸餾器是真空狀態(tài)，由四級(jí)真空機(jī)組提供70～90 Pa的真空度。熱瀝青打入D-1短程蒸餾器頂部，流到短程蒸餾器表面，在此被旋轉(zhuǎn)的刮刀刮成薄瀝青膜，短程蒸餾器保持在約410 ℃的高溫下，當(dāng)瀝青沿蒸餾器壁流下時(shí)，輕組份揮發(fā)，得到高軟化點(diǎn)的可紡瀝青?？杉彏r青經(jīng)中間罐放到瀝青成型機(jī)上成型，然后裝入桶中,檢驗(yàn)合格后封裝。

1.8 工藝調(diào)整的關(guān)鍵

(1) T101、T102塔通過常、減壓閃蒸拔出焦油中的輕組分，提高瀝青軟化點(diǎn)，T101塔頂溫度升高，軟化點(diǎn)上升，T102塔真空度越高，軟化點(diǎn)越高。

(2) 在氣提塔T103內(nèi)，控制一定溫度、壓力、停留時(shí)間和氣量，達(dá)到一定的縮聚程度，將生成的各相異性瀝青分離出去。

(3) 由于瀝青組成、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子量高，粘度大，溫度高于350 ℃或長時(shí)間在300 ℃以上，易生成中間相，所以利用短程蒸餾器，物料停留時(shí)間短、蒸發(fā)速率高的特點(diǎn)，抑制中間相生成。

(4) 在D-1短程蒸餾器內(nèi)，產(chǎn)品最終軟化點(diǎn)受溫度和壓力的雙重影響，反應(yīng)溫度越高，軟化點(diǎn)越高，真空度越高，軟化點(diǎn)越高?？赏ㄟ^控制這兩個(gè)參數(shù)來調(diào)節(jié)產(chǎn)品的軟化點(diǎn)在260～270 ℃之間。

2 結(jié) 論

(1) 以遼化乙烯裂解焦油為原料，經(jīng)常、減壓閃蒸，氣提、短程蒸餾等工序，可制備出軟化點(diǎn)260～270 ℃之間，利于紡絲的可紡瀝青。

(2) 產(chǎn)品軟化點(diǎn)受溫度、壓力影響明顯，可通過控制反應(yīng)溫度、壓力精確調(diào)節(jié)產(chǎn)品軟化點(diǎn)。

［1］ 馬運(yùn)志. 瀝青基碳纖維的發(fā)展和應(yīng)用[J]. 山東紡織經(jīng)濟(jì), 2006,133(3): 74-77.

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［4］賀福. 碳纖維及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:1-12.

［5］李旦. 流化催化裂化重芳烴試制瀝青碳纖維[J].合成纖維工業(yè), 2001,24(3) : 33-35.

［6］ 劉皓, 李克智, 李賀軍,等. 熱處理溫度對中間相瀝青基碳/碳復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J]. 材料工程, 2007,1:15-18.

The Productive Technology of Spinnable Asphalt

ZHU Yu-feng
（Liaoyang Petroleum Chemical Fibre Company Yinghua Chemical Plant，Liaoning Liaoyang 111003，China）

R aw m aterials, equ ipments, t echnical p rocess an d o peration f or p roduction o f s pinnable as phalt w ere introduced, at the same time,the key point of process control was analyzed. The results show that,using ethylene cracking tar as raw material, through controlling reaction temperature and pressure, spinnable asphalt whose softening point is in the range of 260～270 ℃ ca n be produced vi a atmospheric pr essure and va cuum flash e vaporation, gas stripping, short-path distillation process, etc., and the spinnable asphalt can meet the requirements to produce carbon fiber.

Spinnable asphalt; Carbon fiber; Short-path distillation

TE 626.8+6

A

1671-0460（2012）04-0351-03

2012-01-04

朱玉峰（1976-），女，遼寧遼陽人，工程師，工程碩士學(xué)位，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程專業(yè)，現(xiàn)從事化工生產(chǎn)管理。E-m ail：zhuyf-ly@petrochina.com.cn，電話：0419-5153509。