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棒状薄层色谱测定渣油、沥青四组分及对锂电负极材料针状焦生产质量的影响

发布时间:2024-06-06 点此:299次

自 20 世纪 70 年代开始,我国的针状焦开始得到重点发展,其主要用于生产多种类型的电弧炉以及高功率的石墨电极,目前,我国在新能源汽车领域的发展速度相对较快,新能源汽车的比例在逐渐提升,在新能源汽车行业快速发展的基本前提下,对于锂电池
负极材料针状焦的需求量也在逐渐提升。目前,我国众多的科研院所和企业都在对针状焦的生产问题进行研究,且已经取得了进展,未来需要全面提高我国针状焦产品的质量。事实上,原材料是影响针状焦生产质量的重要因素,在开始针状焦生产作业之前,需要对针状焦的原材料进行全面族组成分析处理。

1. 针状焦的分类及特点分析

针状焦呈现出了椭圆形的特征,属于一种多孔性的固体介质,其外观具有银灰色金属光泽,由于该种类型产品的结晶度相对较高,且容易石墨化,因此,其导电性相对较高,热膨胀系数相对较低,属于一种良好的各向异性炭材料。针状焦可以用于生产超高功率
的电极,是石油焦中当今最为关注的一种产品,该种产品的应用可以大幅提升冶炼工业的效率,可以降低电能和电极的消耗。同时针状焦也属于电池生产和高温耐火炉生产的重要材料。目前,常见的针状焦主要可以分为两种类型,分别是石油系针状焦和煤炭系针状焦。石油系针状焦主要是以重质馏分油作为原材料生产而成,煤炭系针状焦主要是将煤焦油沥青和馏分油作为原材料生产而成。通过对两种类型的针状焦进行对比可以发现,石油系针状焦的原材料来源相对较为稳定,生产工艺技术相对较为简洁,生产得到的针状焦性能相对较好,可以满足下游企业对于高品质针状焦的需求。我国生产煤炭系针状焦的企业相对较多,这些企业的发展时间相对较长,生产工艺技术已经逐渐开始完善,生产原材料也比较容易获取,但是受到我国环保政策的影响,以及对于针状焦需求量的提升,生产更加环保的石油系针状焦属于未来发展的重要方向。

2. 石油系针状焦生产原料渣油、沥青和裂化油浆成分特征

减压渣油和高芳烃含量的催化裂化油浆在经过压缩和热缩聚处理以后,可以生产针状焦,该种类型的针状焦纤维的各向异性相对较好,属于生产石油系针状焦的重要原料。原料的族组成含量分析将会对产品的生产工艺和质量产生重要影响,因此,有必要对原料的成分问题进行深入研究。我国减压渣油的收率一般为 40%~50%,对减压渣油进行直接燃烧,则可能会出现严重的环境污染问题和资源浪费问题,通过对减压渣油进行成分分析可以发现,其芳香成分的含量为 30%,饱和成分的含量为 14.3%~47.3%,这些成分属于针状焦生产的重要原料,但是减压渣油中还含有一定量的胶质、硫化物、氮化物以及金属成分,这些成分的存在会对中间相小球体的生长产生重要影响,且容易形成大面积的镶嵌结构,因此,对这些成分分析以制订生产过程去除这些不利成分尤其重要。

从上述内容可以归纳针状焦生产原料应具有以下共性:

(1)芳烃含量高。芳烃有利于中间相体系的生成,而且具有分散、“溶解”不稳定物质的能力。芳烃富含短侧链,有3~4环的多环芳烃具有优良的石墨化性能,是生产针状焦的好原料。一般要求生产针状焦的原料油的芳烃含量在30%~50%为宜。
 
(2)胶质、沥青质含量低。胶质、沥青质是带有长侧链的大分子稠环化合物。分子结构复杂,会阻碍细纤维状结构针状焦的生成。因为胶质、沥青质的碳化反应速度快、固化快,影响针状焦结构的形成。生产针状焦的原料,一般应控制其正庚烷不溶物不大于2.0%。
 

(3)灰分低。原料中的灰分包括催化剂粉末、重金属和机械杂质等。这些杂质会使焦炭产品的灰分增高,对焦炭结构产生影响。原料油中的高灰分还会阻碍中问相小球体的长大和融并,使焦炭结构中的中间相不发达。一般要求原料油中的哇琳不溶物含量为零,催化剂粉的含量小于100μg/g。

(4)含硫量低。原料中的硫在碳化后大部分集中于焦炭中。而焦炭中的硫会导致石墨化过程中发生晶胀,使炭素制品带有裂纹,成品率降低。为了保证针状焦的质量,一般要求焦化原料油硫含量不大于0.5%。

(5)焦化原料油的相对分子质量分布范围窄,馏程范围适当,黏度小,也会有利于操作和保证针状焦的质量。

(6)炼油厂中的热裂化渣油、催化裂化澄清油和从催化裂化循环油抽出的重芳烃等,都可用于生产针状焦的原料。此外,裂解制乙烯的渣油、煤焦油等也是生产针状焦的适宜原料。由于这些油料的性质各异,数量也不一,应根据具体情况,通过中试实验按照一定比例进行调合才能做到优化原料、生产出优质针状焦。

3. 族组成分析仪器

依据针状焦生产原料的要求,为简化生产工艺,提高产品质量,对原料组分检测分析尤其重要。其中,饱和烃、芳烃、胶质、沥青质的四组分测定极为关键,其组分比例直接关系生产工艺和产品质量。

(1)仪器功能综述

棒状薄层色谱仪是采用棒状薄层分离技术与氢火焰离子化检测(TLC/FID)手段组合而成的专用分析仪器,可检测几乎所有的有机化合物,特别适用于重油类分析,示踪有机合成反应过程。RY-CF19是在吸收国内外薄层色谱基础上经过多年的不断完善和发展新近推出的一款可国产替代的棒状薄层色谱分析仪器,可在开放的气氛下检测用气相色谱和液相色谱方法很难检测的样品,并可非常简单的对于点在色谱棒上的样品进行定量分析。

RY-CF19棒状薄层色谱仪采用了新型的电子传感流量控制技术和激光精密加工工艺,不论是实验分析方法的建立还是仪器质量都非常稳定可靠,从而保证了实验分析数据的准确性和可操作性,尤其对重质油品及大分子族组成定量分析是行之有效的手段。广泛应用于石油化工、石油地质、煤炭化学、精细化工、中西医药、卫生疾控、生物工程及环境化学等方面,具有操作简单、分析速度快、分析周期短、环保等特点。

(2)仪器工作原理

将原油、重油、渣油、蜡油、油浆、润滑油、色谱固定液、油脂、中药等样品,用稀释剂稀释后点到涂有硅胶氧化铝吸附的薄层棒上,挥发溶剂后放入装有不同展样试剂的色谱展开缸内,在一定的温度和湿度下进行样品自动展开分离;分离后的薄层棒置入到薄层色谱氢火焰离子检测器中,按一定速度进行扫描检测;得到离子流信号由计算机分析软件采集处理,从而得到分析结果。

(3)仪器应用范围

该仪器可广泛应用于原油、重油、渣油、蜡油、油浆、燃料油、润滑油、基础油、石油沥青、色谱固定液、油脂类、脂肪酸、中药和各类烃类物质、聚合物,食用油,医药试剂的分析检测。可快速分析样品中的四组分即饱和烃、芳烃、胶质、沥青质。分析周期快速只需1-2小时,比传统溶EC法节省96%分析时间(EC法分析一个样品需要48小时)。

对几乎所有有机化合物尤其是气相色谱不易分离、液相色谱难以定量的有机化合物及药物中大分子化合物、跟踪有机合成反应过程。可在开放的条件下检测气相色谱和液相色谱方法很难检测的复杂样品,并可以简单的对所分析的样品进行定量。

综上所述,在开展石油系针状焦生产作业之前,为了提高石油系针状焦的生产质量,需要对原料进行检测分析以便合理的制订生产工艺和预处理。所谓的预处理主要是对原料中的胶质、硫化物、氮化物以及金属成分等组分进行脱除,进而使得中间相的形成质量提升,通过开展生产原料分析和预处理研究,可以为提升石油系针状焦产品的质量奠定基础。

主:本文章部分内容采摘自互联网公开信息资料,在于普及相关针状焦生产知识,不存在任何利益关系,如有侵权联系删除处理。


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