СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНИЗОТРОПНОГО ВОЛОКНООБРАЗУЮЩЕГО НЕФТЯНОГО ПЕКА ЭКСТРАКЦИЕЙ АРОМАТИЧЕСКИМИ И ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
METHOD TO PRODUCE ANISOTROPIC FIBRE-FORMING OIL PITCH BY EXTRACTION OF AROMATIC AND HETEROCYCLIC COMPOUNDS

Изобретение относится к способам получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен способ получения анизотропного пека с содержанием мезофазы 75-80% путем термообработки углеводородного сырья в инертной атмосфере при температуре 400-450°С при атмосферном давлении или выше [патент США №3787541, кл. С01В 031/00, С01В 031/07].
Известен способ получения анизотропного нефтяного пека путем термообработки изотропного нефтяного пека в инертной атмосфере при температуре 320-470°С, давлении 3-20 атм в течение 1-20 часов [патент Великобритании 1379423, кл. С10С 001/00].
Наиболее близким к изобретению является способ получения анизотропного нефтяного пека путем термообработки изотропного нефтяного пека с последующей обработкой органическими соединениями, а именно диоксаном и диметилацетамидом. Недостаток способа заключается в низком содержании мезофазы в получаемом пеке [патент США 4465586, кл. С10С 1/20].
Целью изобретения является повышение качества целевого анизотропного пека за счет увеличения в нем содержания мезофазы (жидких кристаллов), что позволяет получать на его основе высокомодульные углеродные волокна.
Поставленная цель достигается описываемым способом получения анизотропного нефтяного пека путем термообработки изотропного нефтяного пека в инертной атмосфере при повышенной температуре, давлении 10-50 мм рт.ст. с последующей экстракционной обработкой полученного продукта ароматическим и гетероциклическим соединениями, отгонкой экстрагентов и обработкой полученного анизотропного пека в ультразвуковом ноле для удаления следов растворителей.
Предпочтительно процесс проводят при температуре 350-450°С.
Предпочтительно также в качестве экстрагентов последовательно использовать толуол (ароматическое соединение) и хинолин (гетероциклическое соединение).
Отличительные признаки способа заключаются в проведении термообработки при давлении 10-50 мм рт.ст., экстракционной обработке полученного продукта и в предпочтительных условиях проведения способа.
1
1
2
2
3
Способ изобретения, при котором экстракционную обработку проводят с использованием двух экстрагентов - ароматического (толуола) и гетероциклического (хинолина) соединений, иллюстрируется схемой, представленной на рис.1, где 1 - блок термообработки, 2 - блок экстракции толуолом, 3, 4 - блоки отгонки толуола, 5 - блок экстракции хинолином, 6, 7 - блоки отгонки хинолина; 8 - блок обработки ультразвуком; I - изотропный нефтяной пек ИП, II - газы, III - жидкие дистиллятные продукты, IV, V - гетерофазный пек ГП, VI, XII - толуол, VII, XVI - экстрактная фаза, VIII, XVII - рафинатная фаза, IX, X, XI - изотропный пек ИП, XIII, XIV - гетерофазный пек ГП, XV, XXI, XXIV - хинолин, XVIII, XIX, XX - изотропный пек ИП, XXII, XXIII - анизотропный пек АП, XXV - анизотропный волокнообразующий пек.
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
Исходное сырье (изотропный нефтяной пек ИП) по линии I подают в блок 1, где его подвергают термообработке в инертной атмосфере при остаточном давлении 10-50 мм рт.ст. и температуре, обеспечивающей интенсивное образование мезофазы. Газы и жидкие дистиллятные продукты выводят из блока 1 по линиям II и III, соответственно. Полученный при термообработке продукт (гетерофазный пек ГП) отводят по линии IV и направляют в блок экстракции толуолом 2. Пек ГП можно отводить с установки по линии V. В блоке экстракции 2 пек ГП контактирует с растворителем - ароматическим углеводородом-толуолом, подаваемым по линии VI. Полученные экстрактную и рафинатную фазы выводят, соответственно, по линиям VII и VIII. Экстрактную фазу направляют в блок отгонки растворителя 3. Полученный при отгонке растворителя изотропный пек ИП выводят по линии IX. Затем его либо выводят с установки по линии X, либо направляют по линии XI на смешение с исходным сырьем. Растворитель возвращают в блок экстракции 2 по линии XII. Рафинатную фазу направляют в блок отгонки растворителя 4. Полученный при отгонке растворителя мезофазный пек ГП выводят по линии XIII и направляют в блок экстракции 5. Пек ГП можно отводить с установки по линии XIV. В блоке экстракции 5 пек ГП контактирует с растворителем - гетероциклическим соединением - хинолином, подаваемым по линии XV. Полученные экстрактную и рафинатную фазы отводят, соответственно, по линиям XVI и XVII. Экстрактную фазу направляют в блок отгонки растворителя 6. Полученный при отгонке растворителя изотропный пек ИП выводят по линии XVIII или по линии XIX направляют на смешение с исходным сырьем. Пек ИП возможно выводить с установки по линии XX. Растворитель возвращают в блок экстракции 5 но линии XXI. Рафинатную фазу направляют в блок отгонки растворителя 7. Полученный после отгонки растворителя анизотропный пек АП возвращают в блок 5 по линии XXII или направляют по линии XXIII на ультразвуковую обработку в блок 8, из которого по линии XXV выводят с установки целевой волокнообразующий анизотропный пек.
Примеры 1-5.
Пример иллюстрируется схемой, представленной на рис.1.
1
1
Исходный изотропный пек ИП с температурой размягчения 168°С, содержащий мальтены (масла и смолы), асфальтены и карбены в количестве 33,5; 64,2 и 2,3 мас.%, соответственно, подвергают термообработке в инертной атмосфере при температуре 350-450°С, остаточном давлении 10-50 мм рт.ст. в течение 5-20 ч. В результате получают гетерофазный пек ГП (таблица 1).
Таблица 1
Условия термообработки и физико-химические свойства гетерофазных пеков ГП<sub>1</sub>
Режим термообработки и физико-химические свойства гетерофазных пеков
Пеки ГП<sub>1</sub>
1
2
3
4
5
Условия термообработки:
температура, °С
350
400
400
450
450
продолжительность, час
5
10
20
5
15
давление, мм рт.ст.
10
20
50
25
50
Температура размягчения, °С
245
258
265
230
270
Углеводородный состав, мас.%:
масла и смолы
14,6
11,8
10,0
8,7
7,3
асфальтены
21,4
14,6
16,3
12,1
12,7
карбены (растворимые в хинолине)
25,5
27,7
28,7
26,9
25,5
мезофаза
38,5
45,9
45,0
52,3
54,5
1
2
2
Пек ГП экстрагируют толуолом при температуре кипения толуола, при весовой кратности толуол:пек = 5-10:1 в течение 10-20 ч. Из экстрактной фазы отгоняют толуол и получают изотропный пек ИП. Из рафинатной части отгоняют толуол и получают мезофазный пек ГП (таблица 2).
2
3
2
Гетерофазный пек ГП подвергают экстракции хинолином, при весовой кратности хинолин:пек = 5-10:1 в течение 10-20 ч. Из экстрактной фазы отгонкой хинолина получают изотропный пек ИП, из рафинатиой фазы отгоняют хинолин и получают анизотропный пек АП, далее пек АП обрабатывают ультразвуком частотой 15-25 кГц и мощностью 50-100 Вт/см с получением пека АВП, по своим свойствам пригодного для формования волокон (таблица 2).
3
1
3
2
Пек ИП возвращают на стадию получения пека МП. При необходимости пек ИП можно использовать для получения электродных пеков компаундированием с пеком МП или для получения изотропных углеродных волокон.