一种针状焦生产混合溶剂的质量检测方法

2021-12-31赵亚楠马婵史雅馨王瑞于银萍王伏

炭素 2021年3期

赵亚楠，马婵，史雅馨，王瑞，于银萍，王伏

（鞍山开炭热能新材料有限公司，鞍山 114000）

0 前言

针状焦为炭素材料中发展最为迅速的优质品种，由原料软沥青和混合溶剂沉降调节成符合生产要求的精制沥青，再经延迟焦化、高温煅烧工艺，得到有明显针状或纤维的纹理结构、表面银灰色、摸之有润滑感，有金属光泽的多孔固体。是生产超高功率电极、特种炭素材料、炭纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料。原料预处理单元是生产针状焦的核心技术单元，针状焦生产的主要原料为煤焦油馏分油或煤焦沥青，它们含有大量的芳香族化合物，由于炼焦炉炭化室成的带有煤粉和焦粉、高分子树脂状的物质经过热聚形成的无定形炭，这些喹啉不溶物质都对针状焦品质有所影响，原料预处理单元的首要任务就是去除这些有害物质[1]。一般按照一定比例将来脂肪烃与芳香烃调配为混合溶剂对原料软沥青萃取沉降，得到低喹啉不溶物的精制沥青，脂肪烃与芳香烃的质量比值即为混合溶剂的脂芳比。混合溶剂的脂芳比是原料沉降效果的决定性因素，如果脂芳比测定不恰当，会致使原料沉降系统紊乱，沉降不合格会造成堵塞原料沉降罐，影响生产连续稳定运行。气相色谱法是一种较常用于多组分分离混合物的方法，主要是依据分析混合物中各自沸点差异、柱子填充物影响和其分析物极性的不同来分开的方法。本实验采取气相色谱法，可准确的测定混合溶剂的脂芳比，具有操作简便、快速、精密度高等特点[2]。

1 实验

1.1 实验仪器与试剂

美国安捷伦公司7820A型气相色谱分仪；万分之一分析天平；洗油、煤油样品均为工业级；吲哚、联苯、萘、喹啉、异喹啉、α-甲基萘、β-甲基萘、芴、氧芴、苊等标准品；C8-C12直链烷烃均为色谱纯。

1.2 分析条件

色谱柱采用Agilent HP-5非极性毛细柱(30m×0.32mm×0.25μm)；载气为纯度≥99.99%的氮气，具体色谱条件见表1。

表1 色谱分析条件Table 1 Chromatographic analysis conditions

1.3 分析方法

1.3.1 混合溶剂定性分析及代表物的选定

一般原料预处理单元采用煤油、洗油的混合溶剂。洗油为煤焦油深加工，切取230℃～300℃的馏分段，富含喹啉、异喹啉、二甲基萘、甲基萘、氧芴和芴、联苯、吲哚、苊等芳香烃物质。煤油为石油分馏200～300℃的馏分段，主要由C8～C18的是烷烃混合物。煤油和洗油都是复杂的混合物，成分交叉，沸点相近，很难全部分离开，为测定其混合溶剂中的含量要选其较稳定、含量较大的组分来代表煤油、洗油。煤油、洗油主要成分沸点如表2所示。

表2 色谱分析条件Table 2 Chromatographic analysis conditions

采用表1色谱分析条件，分别对煤油、洗油样品进行分析。具体谱图如图1所示。根据煤油、洗油主要成分沸点分布，煤油代表组分尽量选择正十二烷烃之前的组分，因为正十二烷之后与洗油组分沸点相近。经实验发现煤油中12.121分钟的峰较稳定，含量高。在煤油样品中分别加入C8～C12烷烃的标准品，发现正葵烷烃的峰面积明显增加，可以确定12.121分钟为正癸烷组分。洗油中18.154和18.649分钟的峰在洗油中含量较高，加入芳香烃标准品，发现加入β-甲基萘、α-甲基萘标准品，峰面积明显增加，可以确定18.154和18.649分钟的峰为β-甲基萘、α-甲基萘。因此选取正葵烷为煤油组分、β-甲基萘、α-甲基萘为洗油组分代表。