延遲焦化泡沫層的冷模擬研究

王 瑋，范啟明，閻 龍，羅 洋，申海平

（中國石化 石油化工科學(xué)研究院，北京 100083）

隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)苛和新能源行業(yè)的發(fā)展，針狀焦作為電池負(fù)極材料和高功率電極的原料，憑借熱膨脹系數(shù)低、電阻低、結(jié)晶度高、純度高、密度大和化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)勢［1-3］，再次成為研究熱點。但目前國內(nèi)只能生產(chǎn)中低端品質(zhì)的針狀焦，高端針狀焦產(chǎn)品仍需進(jìn)口。面對當(dāng)前復(fù)雜的國際局勢，開發(fā)高端針狀焦生產(chǎn)技術(shù)具有戰(zhàn)略意義。

制備方法決定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)［4］。針狀焦的生產(chǎn)包括原料的選擇和預(yù)處理、延遲焦化和煅燒三個單元，其中，延遲焦化階段是通過深度熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成生焦的過程，在該階段，焦炭塔內(nèi)的反應(yīng)條件，如反應(yīng)溫度、壓力和循環(huán)比等，以及物料的狀態(tài)均會影響針狀焦的性質(zhì)［5-6］。反應(yīng)過程中焦炭塔內(nèi)按物料存在形態(tài)可以分為焦炭層、泡沫層和氣相層，泡沫層是焦化反應(yīng)的主要發(fā)生區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，裂化反應(yīng)生成的氣體穿過縮合反應(yīng)生成的黏稠中間物質(zhì)，生成大量具有一定穩(wěn)定性的泡沫［7］，而泡沫參與針狀焦的生成過程，對針狀焦結(jié)構(gòu)有直接影響。除此之外，在以針狀焦為目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)料時，焦炭塔內(nèi)容易出現(xiàn)泡沫層快速增長的現(xiàn)象，導(dǎo)致泡沫沖塔，無法正常生產(chǎn)。又因泡沫層與焦化反應(yīng)的特性相關(guān)，無法完全消除，故研究焦炭塔內(nèi)泡沫層的存在形式對實現(xiàn)高質(zhì)量針狀焦的生產(chǎn)具有重要意義。

本工作在冷模擬條件下，利用高溫泡沫特性測定儀，以氣速、溫度、焦化蠟油含量為因素，設(shè)計了3 因素4 水平正交實驗，考察了各因素對泡沫層體積、泡沫壽命及氣泡直徑的影響及影響顯著程度。……