可紡瀝青的生產工藝

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的原料、設備、工藝流程和工藝操作，闡述了工藝控制的關鍵點。結果表明，以乙烯裂解焦油為原料，經過常減壓閃蒸、氣提、短程蒸餾等工序，通過控制反應溫度和壓力，可生產軟化點260～270 ℃的可紡瀝青，該瀝青最適宜抽絲生產瀝青基碳纖維。

可紡瀝青; 瀝青基碳纖維; 短程蒸餾

碳纖維是高新技術產品，是發展航天、航空和軍工等尖端技術不可缺少的材料，也是民用工業某些產品更新換代的基礎原材料[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。黏膠基碳纖維產量小，主要用于軍工等尖端領域；聚丙烯腈生產碳纖維是目前碳纖維生產的主要的工藝路線，聚丙烯腈基碳纖維占市場的絕大多數，但是其價格高昂，對原料質量要求甚高；瀝青基碳纖維加工工藝簡單，原料廉價，瀝青基碳纖維價格約為聚丙烯腈基碳纖維價格的1/3～1/4，因此瀝青基碳纖維在民用及建筑領域的應用前景較為廣闊，近年來在民用工業中的比重逐年增加[4]。

可紡瀝青作為生產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碳纖維的實踐表明，軟化點260～270 ℃之間的可紡瀝青，紡絲效果最好，生產的碳纖維性能最優。低軟化點的可紡瀝青在紡絲過程中容易并絲，不易形成耐熱型結構，極易軟化熔融變成瀝青；軟化點過高的可紡瀝青中大π鍵共軛體系結構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，是生產工藝的關鍵。

1 實驗部分

1.1 原料

裂解焦油: 遼陽石化烯烴廠U21蒸汽裂解裝置副產品—乙烯裂解焦油。原料性質見表1。

表1 原料焦油性質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:按瀝青行業標準QB/LHSEZY108測定，將經過預處理的高溫瀝青樣品倒入標準的軟化點樣品杯中,在爐中以線性速率加熱，并通入氮氣進行保護，以防止氧化。樣品從樣品杯開口處流下19 mm的距離時觸發光電管檢測器，此時Mettler型顯示的溫度即為軟化點。

喹啉不溶物：按GB/T2293規定測定。

殘炭值:按國家標準GB/T268測定。

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

1.4 產品質量標準

可紡瀝青的質量標準見表2。

表2 可紡瀝青的質量標準Table2 Quality standards of spinnable asphalt

1.5 主要設備

主要設備見表3。

表3 主要設備一覽表Table 3 The list of main equipments

1.6 主要工藝參數

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過預熱后用泵打入常壓閃蒸塔T101,T101頂汽相進行后序加工，綜合利用；T101塔底液相打入T102減壓塔進行減壓閃蒸，控制T102塔底溫度和塔頂真空度，T102塔頂汽相物料經冷凝后采出裝置，作為裝置副產品；T102塔底液相物料取樣分析，軟化點達到100 ℃時，用泵打入氣提塔T103塔頂，在氣提塔內用N2氣提，N2溫度300 ℃，流量320 m3/h，在氣提塔內瀝青重新分布與塔底來的熱N2進行逆向傳質，輕餾份被N2帶走，完成氣提的瀝青經檢驗軟化點達到130 ℃時，用泵送入D-1短程蒸餾器，不合格時打回流，回到氣提塔頂重新氣提。D-1短程蒸餾器是真空狀態，由四級真空機組提供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，在此被旋轉的刮刀刮成薄瀝青膜，短程蒸餾器保持在約410 ℃的高溫下，當瀝青沿蒸餾器壁流下時，輕組份揮發，得到高軟化點的可紡瀝青?？杉彏r青經中間罐放到瀝青成型機上成型，然后裝入桶中,檢驗合格后封裝。

1.8 工藝調整的關鍵

(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，T101塔頂溫度升高，軟化點上升，T102塔真空度越高，軟化點越高。

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

(3) 由于瀝青組成、結構復雜，分子量高，粘度大，溫度高于350 ℃或長時間在300 ℃以上，易生成中間相，所以利用短程蒸餾器，物料停留時間短、蒸發速率高的特點，抑制中間相生成。

(4) 在D-1短程蒸餾器內，產品最終軟化點受溫度和壓力的雙重影響，反應溫度越高，軟化點越高，真空度越高，軟化點越高。可通過控制這兩個參數來調節產品的軟化點在260～270 ℃之間。

2 結 論

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

(2) 產品軟化點受溫度、壓力影響明顯，可通過控制反應溫度、壓力精確調節產品軟化點。

［1］ 馬運志. 瀝青基碳纖維的發展和應用[J]. 山東紡織經濟, 2006,133(3): 74-77.

［2］ 毛德君. 瀝青基碳纖維的生產和應用[J]. 煉油與化工, 2002,13(4): 3-5.

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［4］賀福. 碳纖維及其應用技術[M].北京:化學工業出版社，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, 2001,24(3) : 33-35.

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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，工程碩士學位，2009年畢業于中國石油大學（北京）化學工程專業，現從事化工生產管理。E-m ail：zhuyf-ly@petrochina.com.cn，電話：0419-5153509。