Способ получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека экстракцией толуолом в сверхкритических условиях


 


Владельцы патента RU 2502782:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Изобретение относится к способам получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Способ получения анизотропного нефтяного пека включает термообработку изотропного нефтяного пека в инертной атмосфере при повышенной температуре и атмосферном давлении и последующую экстракцию изотропной части полученного продукта толуолом в сверхкритических условиях, отгон толуола и обработку полученного анизотропного пека в ультразвуковом поле. Изобретение позволяет повысить качество целевого анизотропного пека за счет увеличения в нем содержания мезофазы, равномерно распределенной по всему объему пека, и получать на его основе высокомодульные углеродные волокна. 1 ил., 3 табл., 7 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% [патент США №3787541, кл. C01B 031/00, C01B 031/07].

Известен способ получения анизотропного нефтяного пека путем термообработки изотропного нефтяного пека в инертной атмосфере при температуре 320-470°C, давлении 3-20 атм в течение 1-20 часов [патент Великобритании 1379423, кл. C10C 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. C10C 1/20].

Целью изобретения является повышение качества целевого анизотропного пека за счет увеличения в нем содержания мезофазы (жидких кристаллов), равномерно распределенной по всему объему пека, 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 и атмосферном давлении с последующей экстракцией изотропной части полученного продукта толуолом в сверхкритических условиях: температуре 330-350°C и давлении 10-20 МПа, отгоном толуола и обработкой полученного анизотропного пека в ультразвуковом поле в объеме для равномерного распределения кристаллитов жидкокристаллической фазы по всему объему пека, обеспечения однородности его структуры и удаления следов растворителя.

Предпочтительно процесс термообработки изотропного нефтяного пека вести в интервале температур 350-450°C, так как известно, что именно при этих температурах идет образование жидких кристаллов.

Предпочтительно также в качестве экстрагента использовать толуол.

Отличительные признаки способа заключаются в том, что полученный в результате термообработки изотропного нефтяного пека гетерефазный пек подвергается экстракции в инертной атмосфере толуолом при температуре 330-350°C и давлении 10-20 МПа и обработке полученного анизотропного пека ультразвуком в объеме.

Выдержка изотропного нефтяного пека при температуре 350-450°C в течение 5-100 часов обеспечивает оптимальные условия для получения гетерофазного пека. Проведение процесса при температуре ниже 350°C и в течение менее 5 часов приводит к снижению выхода мезофазы из-за неполного протекания реакции поликонденсации. Повышение температуры выше 450°C и продолжительности выдержки более 100 часов приводит к образованию карбоидов, что снижает качество волокнообразующего пека.

Проведение экстракции гетерофазного пека толуолом при температуре 330-350°C и давлении 10-20 МПа позволяет наиболее полно разделить его на анизотропную и изотропную составляющие.

Давление экстракции 10 МПа и выше обеспечивает переход компонентов реакционной массы в жидкое состояние, проведение процесса при давлении выше 20 МПа требует больших энергозатрат и экономически нецелесообразно.

Проведение обработки высокоплавкого анизотропного пека ультразвуком с частотой 15-25 кГц и мощностью 50-100 Вт/см2 обеспечивает повышение качества волокнообразующего пека за счет удаления пузырьков, следов растворителя, равномерного распределения жидкокристаллической фазы по всему объему пека и достижения однородности его структуры.

Способ по изобретению иллюстрируется схемой, представленной на рис.1, где: 1 - блок термообработки, 2 - блок экстракции толуолом в сверхкритических условиях, 3 - блок отгонки толуола из рафинатной фазы и обработки анизотропного пека ультразвуком, 4 - блок отгонки толуола из экстрактной фазы; I - изотропный нефтяной пек ИП1, II - газы, III - жидкие дистиллятные продукты, IV - гетерофазный пек ГП, V, VIII, XI - толуол, VI - рафинатная фаза, VII - экстрактная фаза, IX, Х - изотропный пек ИП2, XII - анизотропный волокнообразующий пек АП.

Исходное сырье (изотропный нефтяной пек ИП1) по линии I подают в блок 1, где его подвергают термообработке в инертной атмосфере при атмосферном давлении и температуре, обеспечивающей интенсивное образование мезофазы. Газы и жидкие дистиллятные продукты выводят из блока 1, соответственно по линиям II и III.

Полученный продукт (гетерофазный пек ГП), содержащий мезофазу в количестве 20-60%, передают по линии IV в блок экстракции 2, где пек контактирует с растворителем, подаваемым в блок экстракции по линии V, где его подвергают экстракции в сверхкритических для толуола условиях: температуре 330-350°C и давлении 10-20 МПа. Полученные рафинатную и экстрактную фазы выводят по линиям VI и VII, соответственно. Экстрактную фазу направляют в блок растворителя 4. Полученный при отгонке растворителя изотропный пек ИП2 выводят по линии IX, или возвращают на смешение с исходным сырьем по линии X. Растворитель возвращают по линии VIII в блок 2. Рафинатную фазу направляют в блок отгонки растворителя и обработки ультразвуком 3. Растворитель возвращают в блок экстракции 2 по линии XI. Полученный анизотропный пек после отгонки растворителя обрабатывают ультразвуком в объеме для удаления следов растворителя и равномерного распределения жидкокристаллической фазы по всему объему. Готовый анизотропный волокнообразующий пек АП выводят по линии XII.

Способ по изобретению также иллюстрируется примерами.

Примеры 1-7.

Исходный изотропный пек ИП1 с температурой размягчения 181°C, содержащий мальтены (масла и смолы), асфальтены и карбены в количестве 31,6; 65,1 и 3,3% масс., соответственно, подвергают термообработке в инертной атмосфере при атмосферном давлении, повышенной температуре в течение 20-100 ч. В результате получают гетерофазный пек ГП (таблица 1).

Таблица 1
Условия термообработки и физико-химические свойства гетерофазных пеков
Режим термообработки и физико-химические свойства гетерофазных пеков Пеки ГП
1.1-1.5 2 3
Условия термообработки:
температура, °C 350 400 450
продолжительность, ч 100 50 20
Температура размягчения, °C 161 177 182
Коксуемость, % масс. 79,4 81,5 86,2
Углеводородный состав, % масс.:
легкие и средние ароматические 8,3 7,7 10,6
тяжелые ароматические 27,5 22,1 15,8
смолы 6,2 8,6 8,1
асфальтены 5,5 7,3 6,8
карбены (растворимые в хинолине) 6,8 5,2 7,3
мезофаза 45,7 48,7 51,4

Гетерофазный пек ГП подвергают экстракционному разделению толуолом в сверхкритических условиях (таблица 2). В исследуемом факторном пространстве выход изотропного низкоплавкого пека ИП2 с температурой размягчения от 40 до 125°C (по методу «кольцо и шар») составил от 11 до 23,9% масс., а целевого анизотропного пека с температурой размягчения выше 290°C - от 76,1 до 88,6% масс. Полученный анизотропный пек подвергают ультразвуковой обработке частотой 15-25 кГц и мощностью 50-100 Вт/см2.

Таблица 2
Режим и выход продуктов экстракции гетерофазного пека ГП
Показатели Гетерофазные пеки
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3
Весовое соотношение 0,32 0,42 0,32 0,23 0,23 0,32 0,42
гетерофазный пек/толуол
Продолжительность, ч
смешения 3 15 4 4 3 3 10
отстоя 1 3 3 3 6 1 3
Температура, °C 330 350 345 340 340 330 350
Давление, МПа 9,9 15,0 10,5 12,0 20,0 10 15
Выход, % масс.:
анизотропного пека 88,6 85,0 82,0 76,1 81,3 81,1 78,9
изотропной фазы 11,4 15,0 18,0 23,9 18,7 18,9 21,1

Состав и физико-химические свойства анизотропного пека АП представлен в таблице 3. Способ позволяет получить анизотропные пеки АП, по качеству соответствующие требованиям для волокнообразующих пеков: они отличаются большой плотностью, высокими значениями коксуемости и температуры размягчения, малой растворимостью в изооктане, толуоле и хинолине. Степень анизотропии оптической структуры пеков АП составляет 100%, т.е. они практически полностью состоят из жидких кристаллов.

Таблица 3
Состав и физико-химические свойства анизотропного пека АП
Показатели Номер опыта
1 2 3 4 5 6 7
Плотность при 20°C, кг/м3 1348 1349 1338 1310 1304 1356 1360
Содержание, % масс.
α1-фракции 90,5 81,2 54,7 70,8 94,6 95,3 93,8
α-фракции 92,5 83,7 86,5 80,9 96,4 93,3 91,6
β-фракции 2,0 7,4 8,6 13,1 2,1 2,7 3,7
γ-фракции 5,5 8,9 4,9 6,0 1,5 2,0 1,5
Содержание, % масс.
C 93,8 94,5 94,0 94,0 95,2 94,3 95,1
H 4,1 3,5 4,3 4,9 3,5 3,8 3,7
Ароматичность по Юркевичу Na=Cw/3Hw 7,63 9,97 7,29 6,39 9,07 8,27 8,57
Коксуемость, % масс. 86,0 86,9 88,6 86,7 91,1 92,5 91,9
Оптическая анизотропность, % 100 100 100 100 100 100 100
Температура размягчения, °C 290 290 290 290 290 295 302

Способ получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека путем термообработки изотропного пека в инертной атмосфере при температуре 350-450°C и атмосферном давлении в течение 20-100 ч, отличающийся тем, что полученный в результате термообработки изотропного нефтяного пека гетерофазный пек подвергается экстракции в инертной атмосфере толуолом при температуре 330-350°C и давлении 10-20 МПа с последующим отгоном толуола и обработкой полученного анизотропного пека в ультразвуковом поле.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Способ получения анизотропного нефтяного пека включает термообработку изотропного нефтяного пека в инертной атмосфере при повышенной температуре 350-450°C в течение 5-20 часов, давлении 10-100 мм рт.ст., последующую экстракционную обработку полученного продукта хинолином, отгонку экстрагента и обработку полученного анизотропного пека в ультразвуковом поле для удаления следов растворителя. Изобретение позволяет повысить качество целевого анизотропного пека за счет увеличения в нем содержания мезофазы, равномерно распределенной по объему пека и получать на его основе высокомодульные углеродные волокна.

Изобретение относится к области строительства, и, в частности, к утилизации и восстановлению содержащих битум кровельных покрытий, и может найти применение при их переработке и получении обновленных материалов, содержащих битум.
Изобретение относится к технологии получения асфальтобетонной смеси с использованием продуктов переработки старого асфальтобетона применительно к строительству и ремонту дорожного покрытия с выполнением жестких требований к долговечности и водостойкости.

Изобретение относится к схеме флотации нефтеносных песков, в которой поток сырья подают в резервуар, содержащий, по меньшей мере, одну камеру для грубой флотации для создания потока грубого концентрата и потока грубых отходов, причем поток грубого концентрата подают в резервуар, содержащий, по меньшей мере, одну камеру для очистной флотации для создания потока более чистого концентрата, содержащего окончательный продукт флотации схемы, и потока более чистых отходов, и поток грубых отходов, по меньшей мере, частично обезвоживают и выпускают в зону хранения отходов.

Изобретение относится к области коксования и металлургии и может быть использовано при производстве конструкционных графитов. .

Изобретение относится к созданию способа повторного использования демонтированного асфальта. .

Изобретение относится к модифицированным смолам для применения в способах разделения, особенно в селективном отделении твердых и/или ионных частиц, таких как металлические катионы, от водных сред.

Изобретение относится к смолам для использования в способах разделения и особенно в селективном отделении твердых веществ и/или ионных частиц, таких как катионы металлов, от водных сред.

Изобретение относится к утилизации и переработке отходов и вторичного сырья с получением полезной продукции, а именно к способу получения битума из вторичного сырья (кровельных материалов, бывших в употреблении, предназначенных к утилизации органических отработанных жидкостей), с получением качественного битума из вторичного сырья и утилизацией твердой основы строительных кровельных материалов.

Изобретение относится к гидроконверсии тяжелых углеводородов. Изобретение касается способа превращения тяжелого углеводородного сырья в более легкие углеводородные продукты и отделения пека, включающего гидрокрекинг тяжелого углеводородного сырья, суспендированного с зернистым твердым материалом в присутствии водорода в реакторе гидрокрекинга, в результате чего образуется подвергнутый гидрокрекингу поток, включающий вакуумный газойль (ВГ) и пек. В первой вакуумной колонне производят отделение ВГ от пека, а во второй вакуумной колонне производят дополнительное отделение ВГ от пека. Изобретение также касается устройства для превращения тяжелого углеводородного сырья в более легкие углеводородные продукты и отделения пека. Технический результат - получение пека, из которого могут быть приготовлены частицы, способные транспортироваться без слипания. 2 н.з. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области нефтехимического аппаратостроения, а именно, к оборудованию установок для получения нефтяных битумов различных марок путем окисления нефтяного сырья, используемых в различных областях промышленности, а более конкретно для проведения тепломассообменных процессов получения олигомерного битума. Сдвоенная решетчато-клапанная тарелка содержит два установленных друг над другом перфорированных полотна тарелок, в части отверстий нижнего из которых установлены прямоточные клапаны, при этом прямоточный клапан включает в себя установленный на нижнем полотне тарелки неподвижный клапанный элемент с центральным проходным отверстием и седлом клапана, подвижный запорный элемент осесимметричной формы, выполненный с возможностью перекрытия центрального проходного отверстия при размещении в седле неподвижного клапанного элемента, прикрепленную к неподвижному клапанному элементу обечайку, примыкающую верхним торцом снизу к верхнему полотну тарелки, в центральном отверстии которой размещен шток подвижного запорного элемента, нижний торец которой расположен на расстоянии от верхнего торца неподвижного клапанного элемента, обеспечивающем необходимое перемещение подвижного запорного элемента. Технический результат: повышение эффективности проведения тепломассообменных процессов. 1 ил.

Изобретение относится к способу скоростной деструкции остаточных нефтяных продуктов. Способ включает адсорбцию остаточных нефтяных продуктов в порах углеродного сорбента и обработку сверхвысокочастотным излучением при индуцированной температуре до 600°C в потоке аргона или диоксида углерода. При этом в качестве остаточных нефтяных продуктов используют пек или деасфальтизат, взятые в равных количествах с углеродным сорбентом, а обработку сверхвысокочастотным излучением проводят в течение 10-20 минут. Как правило, в качестве углеродного сорбента используют дробленый древесный уголь с тангенсом угла диэлектрических потерь, равном 8,8. Предлагаемое изобретение позволяет простым способом получить водород, дополнительное количество ценных жидких углеводородов и концентрата редких металлов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл., 6 пр.

Изобретение относится к способу получения компаундированного битума из остатков перегонки нефти (гудрон/полугудрон) и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, дорожной или строительной отраслях промышленности. Способ включает окисление остатка перегонки нефти с добавкой медьсодержащего кубового органического остатка производства акриловой кислоты и последующее смешение с остатком перегонки нефти, причем количество добавки составляет не более 2,5 мас.% на сырье окисления. Способ позволяет утилизировать медьсодержащий кубовый органический остаток производства акриловой кислоты с получением товарной продукции - компаундированного битума, увеличить долю неокисленного остатка перегонки нефти в компаундированном битуме. 1 з.п. ф-лы, 5 табл., 2 пр.

Изобретение относится к способу и установке для получения битума из нефтяных остатков и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности для производства битумов различных марок. Способ включает разделение исходного сырья на два потока, нагревание одного потока сырья и его окисление в реакторе, компаундирование окисленного и неокисленного потоков с получением продукта. При этом воздух, подаваемый в реактор, диспергируют, окисление части потока сырья производят в гидродинамическом режиме стесненного всплывания пузырьков воздуха, снижение градиента температуры в реакторе производят циркуляцией части полностью или частично окисленного потока и осуществляют передачу тепла для нагрева окисляемого сырья, компаундирование потоков производят в турбулентном смесителе, а выходящие из реактора окисления отработанные газы подвергают каталитической очистке от органических примесей. Разработанные способ и установка отличаются повышенными технико-экономическими показателями. 2 н. и 65 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл., 9 пр.

Изобретение относится к способам получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Предложен способ получения анизотропного нефтяного волокнообразующего пека путем термообработки изотропного нефтяного пека в инертной атмосфере при повышенной температуре 350-450°C в течение 5-20 часов, давлении 10-100 мм рт.ст. с последующей экстракционной обработкой полученного гетерофазного пека, отгонкой экстрагента и обработкой полученного анизотропного пека в ультразвуковом поле для удаления следов экстрагента, в качестве экстрагента используют легкий прямогонный бензин с температурой начала кипения 62°C, взятого в количестве весовой кратности легкий прямогонный бензин:гетерофазный пек = 5-10:1, а экстракцию проводят при температуре кипения экстрагента в течение 5-20 ч. Результатом является получение анизотропного пека хорошего качества и снижение себестоимости целевого продукта. 1 табл., 1 пр.

Изобретение может быть использовано в электродной промышленности. Способ получения пека-связующего для электродных материалов включает разогрев каменноугольного пека до температуры выше 150°C. Полученный поток жидкотекучего каменноугольного пека подвергают облучению пучком электронов с дозой облучения в интервале от 10 до 150 кГр. Изобретение позволяет повысить в пеке долю α-фракции на 6-12 %, повысить содержание коксового остатка на 6-10 %, получать графитовые электроды с большой плотностью и повышенным сроком службы.1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к выделению углеводородов из содержащего их грунта, может быть использовано для добычи нефтяных углеводородов из нефтесодержащих пород, а также для отмывки загрязненного углеводородами грунта. Способ получения углеводородов из содержащего их грунта включает перемешивание грунта с жидким экстрагентом углеводородов с образованием суспензии, содержащей экстрагент, извлеченные из грунта углеводороды и частицы грунта, разделение указанной суспензии на органическую фазу, включающую углеводороды, жидкую фазу, включающую экстрагент, и твердую фазу, включающую частицы грунта, путем гравитационного отстоя, а также отбор органической фазы в качестве целевого продукта. В качестве жидкого экстрагента используют водный раствор сульфата натрия с концентрацией от 0,5% до 20,0 мас. % в количестве не менее 1 м3 на 1 м3 грунта. Технический результат - упрощение способа получения углеводородов из содержащего их грунта с обеспечением практически полного фазового разделения суспензии, полученной после обработки грунта жидким экстрагентом. При этом отделенные твердая фаза и жидкая фаза, содержащая экстрагент, практически не содержат углеводородов. 3 з.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к области химической, нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности, в частности к способам сепарации газов окисления производства битумов. Способ заключается в том, что газы окисления из реактора окисления битума подают в сепаратор с разделительной перегородкой и закрепленным на ней устройством для конденсации тяжелых углеводородов из отходящих газов окисления - глухой тарелкой, часть сырья окисления подают в зону над глухой тарелкой, при этом в сепаратор над разделительной перегородкой дополнительно устанавливают вертикально расположенный каплеуловитель в виде многослойной сетки, на который импульсно подают жидкую фазу для промывки сетки каплеуловителя, при этом с низа сепаратора отводят смесь тяжелых углеводородов из газов окисления с сырьем окисления, которую в дальнейшем направляют в реактор окисления. Изобретение обеспечивает снижение уноса жидкой фазы и возможность вовлечения жидкой фазы как сырья для получения окисленных битумов. 1 ил.
Наверх