可纺沥青的生产工艺

朱 玉 峰

（辽阳石油化纤公司英华化工厂, 辽宁 辽阳 111003）

可纺沥青的生产工艺

朱 玉 峰

（辽阳石油化纤公司英华化工厂, 辽宁 辽阳 111003）

介绍了可纺沥青生产的原料、设备、工艺流程和工艺操作，阐述了工艺控制的关键点。结果表明，以乙烯裂解焦油为原料，经过常减压闪蒸、气提、短程蒸馏等工序，通过控制反应温度和压力，可生产软化点260～270 ℃的可纺沥青，该沥青最适宜抽丝生产沥青基碳纤维。

可纺沥青; 沥青基碳纤维; 短程蒸馏

碳纤维是高新技术产品，是发展航天、航空和军工等尖端技术不可缺少的材料，也是民用工业某些产品更新换代的基础原材料[1-3]。碳纤维可分为三大类：黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维。黏胶基碳纤维产量小，主要用于军工等尖端领域；聚丙烯腈生产碳纤维是目前碳纤维生产的主要的工艺路线，聚丙烯腈基碳纤维占市场的绝大多数，但是其价格高昂，对原料质量要求甚高；沥青基碳纤维加工工艺简单，原料廉价，沥青基碳纤维价格约为聚丙烯腈基碳纤维价格的1/3～1/4，因此沥青基碳纤维在民用及建筑领域的应用前景较为广阔，近年来在民用工业中的比重逐年增加[4]。

可纺沥青作为生产沥青基碳纤维的原料，越来越受到人们的重视。近几年由可纺沥青熔融抽丝生产碳纤维的实践表明，软化点260～270 ℃之间的可纺沥青，纺丝效果最好，生产的碳纤维性能最优。低软化点的可纺沥青在纺丝过程中容易并丝，不易形成耐热型结构，极易软化熔融变成沥青；软化点过高的可纺沥青中大π键共轭体系结构间的相互作用力较大，熔融后粘度太大而不易纺丝[5,6]。因此控制可纺沥青的软化点，是生产工艺的关键。

1 实验部分

1.1 原料

裂解焦油: 辽阳石化烯烃厂U21蒸汽裂解装置副产品—乙烯裂解焦油。原料性质见表1。

表1 原料焦油性质Table1 Properties of tar residue

1.2 工艺流程

工艺流程见图1。

1.3 分析测试

软化点:按沥青行业标准QB/LHSEZY108测定，将经过预处理的高温沥青样品倒入标准的软化点样品杯中,在炉中以线性速率加热，并通入氮气进行保护，以防止氧化。样品从样品杯开口处流下19 mm的距离时触发光电管检测器，此时Mettler型显示的温度即为软化点。

喹啉不溶物：按GB/T2293规定测定。

残炭值:按国家标准GB/T268测定。

图1 工艺流程图Fig.1 The experiment flow path

1.4 产品质量标准

可纺沥青的质量标准见表2。

表2 可纺沥青的质量标准Table2 Quality standards of spinnable asphalt

1.5 主要设备

主要设备见表3。

表3 主要设备一览表Table 3 The list of main equipments

1.6 主要工艺参数

T101塔底温度：285～290 ℃；

T102塔顶真空度：80～90 kPa；

T102塔底温度：275～285 ℃；

T103塔顶压力：80～110 kPa；

T103塔底温度：275～285 ℃；

D-1反应温度：400～420 ℃；

D-1真空度：70～90 Pa。

1.7 工艺操作

原料乙烯裂解焦油经过预热后用泵打入常压闪蒸塔T101,T101顶汽相进行后序加工，综合利用；T101塔底液相打入T102减压塔进行减压闪蒸，控制T102塔底温度和塔顶真空度，T102塔顶汽相物料经冷凝后采出装置，作为装置副产品；T102塔底液相物料取样分析，软化点达到100 ℃时，用泵打入气提塔T103塔顶，在气提塔内用N2气提，N2温度300 ℃，流量320 m3/h，在气提塔内沥青重新分布与塔底来的热N2进行逆向传质，轻馏份被N2带走，完成气提的沥青经检验软化点达到130 ℃时，用泵送入D-1短程蒸馏器，不合格时打回流，回到气提塔顶重新气提。D-1短程蒸馏器是真空状态，由四级真空机组提供70～90 Pa的真空度。热沥青打入D-1短程蒸馏器顶部，流到短程蒸馏器表面，在此被旋转的刮刀刮成薄沥青膜，短程蒸馏器保持在约410 ℃的高温下，当沥青沿蒸馏器壁流下时，轻组份挥发，得到高软化点的可纺沥青。可纺沥青经中间罐放到沥青成型机上成型，然后装入桶中,检验合格后封装。

1.8 工艺调整的关键

(1) T101、T102塔通过常、减压闪蒸拔出焦油中的轻组分，提高沥青软化点，T101塔顶温度升高，软化点上升，T102塔真空度越高，软化点越高。

(2) 在气提塔T103内，控制一定温度、压力、停留时间和气量，达到一定的缩聚程度，将生成的各相异性沥青分离出去。

(3) 由于沥青组成、结构复杂，分子量高，粘度大，温度高于350 ℃或长时间在300 ℃以上，易生成中间相，所以利用短程蒸馏器，物料停留时间短、蒸发速率高的特点，抑制中间相生成。

(4) 在D-1短程蒸馏器内，产品最终软化点受温度和压力的双重影响，反应温度越高，软化点越高，真空度越高，软化点越高。可通过控制这两个参数来调节产品的软化点在260～270 ℃之间。

2 结 论

(1) 以辽化乙烯裂解焦油为原料，经常、减压闪蒸，气提、短程蒸馏等工序，可制备出软化点260～270 ℃之间，利于纺丝的可纺沥青。

(2) 产品软化点受温度、压力影响明显，可通过控制反应温度、压力精确调节产品软化点。

［1］ 马运志. 沥青基碳纤维的发展和应用[J]. 山东纺织经济, 2006,133(3): 74-77.

［2］ 毛德君. 沥青基碳纤维的生产和应用[J]. 炼油与化工, 2002,13(4): 3-5.

［3］ 常宏宏, 魏文珑, 王志忠,等. 煤沥青的性质及应用[J]. 山西焦煤科技, 2007,2(2): 39-43.

［4］贺福. 碳纤维及其应用技术[M].北京:化学工业出版社，2004:1-12.

［5］李旦. 流化催化裂化重芳烃试制沥青碳纤维[J].合成纤维工业, 2001,24(3) : 33-35.

［6］ 刘皓, 李克智, 李贺军,等. 热处理温度对中间相沥青基碳/碳复合材料力学性能的影响[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，辽宁辽阳人，工程师，工程硕士学位，2009年毕业于中国石油大学（北京）化学工程专业，现从事化工生产管理。E-m ail：zhuyf-ly@petrochina.com.cn，电话：0419-5153509。