Способ получения анизотропного волокнообразующего нефтяного пека экстракцией ароматическими и гетероциклическими соединениями

Изобретение относится к способам получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Изобретение касается способа 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 (толуолом) и гетероциклическим (хинолином) соединениями, отгонкой экстрагентов и обработкой полученного анизотропного пека в ультразвуковом поле для удаления следов растворителей. Технический результат - повышение качества целевого анизотропного пека за счет увеличения в нем содержания мезофазы (жидких кристаллов), что позволяет получать на его основе высокомодульные углеродные волокна. 1 ил., 2 табл., 5 пр.

 

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.

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 ИП₁, II - газы, III - жидкие дистиллятные продукты, IV, V - гетерофазный пек ГП₁, VI, XII - толуол, VII, XVI - экстрактная фаза, VIII, XVII - рафинатная фаза, IX, X, XI - изотропный пек ИП₂, XIII, XIV - гетерофазный пек ГП₂, XV, XXI, XXIV - хинолин, XVIII, XIX, XX - изотропный пек ИП₃, XXII, XXIII - анизотропный пек АП, XXV - анизотропный волокнообразующий пек.

Исходное сырье (изотропный нефтяной пек ИП₁) 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 ГП₁) отводят по линии IV и направляют в блок экстракции толуолом 2. Пек ГП₁ можно отводить с установки по линии V. В блоке экстракции 2 пек ГП₁ 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 ИП₂ 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 ГП₂ выводят по линии XIII и направляют в блок экстракции 5. Пек ГП₂ можно отводить с установки по линии XIV. В блоке экстракции 5 пек ГП₂ 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 ИП₃ выводят по линии XVIII или по линии XIX направляют на смешение с исходным сырьем. Пек ИП₃ 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.

Исходный изотропный пек ИП₁ 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 ГП₁ (таблица 1).

Таблица 1
Условия термообработки и физико-химические свойства гетерофазных пеков ГП1
Режим термообработки и физико-химические свойства гетерофазных пеков	Пеки ГП1
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

Пек ГП₁ 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 ИП₂. Из рафинатной части отгоняют толуол и получают мезофазный пек ГП₂ (таблица 2).

Гетерофазный пек ГП₂ подвергают экстракции хинолином, при весовой кратности хинолин:пек = 5-10:1 в течение 10-20 ч. Из экстрактной фазы отгонкой хинолина получают изотропный пек ИП₃, из рафинатиой фазы отгоняют хинолин и получают анизотропный пек АП, далее пек АП обрабатывают ультразвуком частотой 15-25 кГц и мощностью 50-100 Вт/см² с получением пека АВП, по своим свойствам пригодного для формования волокон (таблица 2).

Пек ИП₃ возвращают на стадию получения пека МП₁. При необходимости пек ИП₃ можно использовать для получения электродных пеков компаундированием с пеком МП₂ или для получения изотропных углеродных волокон.

Способ получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека путем термообработки изотропного нефтяного пека в инертной атмосфере при температуре 350-450°С, отличающийся тем, что термообработку проводят при давлении 10-50 мм рт.ст. и полученный продукт подвергают последовательной экстракционной обработке толуолом и хинолином с последующими отгонкой экстрагентов и обработкой пека в ультразвуковом поле.