焦油制成的降低了膨化的针状焦

申请号 CN200980130328.2 申请日 2009-05-15 公开(公告)号 CN102112392A 公开(公告)日 2011-06-29
申请人 格拉弗技术国际控股有限公司; 发明人 D·J·米勒; C-F·张; I·C·路易斯; R·L·邵; A·托马塞克;
摘要 形成降低了膨化的针状焦,在该焦内包含较少量的氮以使由此类焦制成的 碳 制品在加热至 石墨 化 温度 时发生最低限度的膨胀。
权利要求

1. 制造降低了膨化的针状焦的方法,包括:
a. 选择焦油;
b. 从该煤焦油中除去喹啉不溶物以制造喹啉不溶物减少的煤焦油;
c. 使所述无喹啉不溶物的煤焦油通过活性炭除氮系统以制造减少了氮的煤焦油;
d. 焦化所述减少了氮的煤焦油;
e. 煅烧由所述减少了氮的煤焦油获得的焦炭以制造煅烧的降低了膨化的针状焦。
2. 权利要求1的方法,其中步骤a)的煤焦油具有大约0.5重量%至大约2重量%的氮含量和大约2重量%至大约25重量%的喹啉不溶物含量。
3. 权利要求1的方法,其中权利要求1的活性炭除氮系统包括表面积为大约200平方米/克至大约3000平方米/克的活性炭。
4. 权利要求3的方法,其中该活性炭是酸洗的或部分中和的。
5. 权利要求3的方法,其中该活性炭具有表面官能团。
6. 权利要求5的方法,其中该活性炭是浸渍的。
7. 权利要求1的方法,其中步骤c)的活性炭除氮系统进一步包含再生单元。
8. 权利要求1的方法,其中步骤e)的降低了膨化的针状焦具有小于大约0.4%的氮含量。
9. 制造降低了膨化的针状焦的方法,包括:
a. 选择煤焦油;
b. 从该煤焦油中除去喹啉不溶物以制造基本不含喹啉不溶物的煤焦油;
c. 使所述基本不含喹啉不溶物的煤焦油通过吸附区以制造减少了氮的煤焦油;
d. 焦化所述减少了氮的煤焦油;
e. 煅烧由所述减少了氮的煤焦油获得的焦炭以制造煅烧的降低了膨化的针状焦。
10. 权利要求9的方法,其中步骤c)的吸附区包括无机吸附剂。
11. 权利要求10的方法,其中该吸附剂选自由、二氧化、氧化锆、沸石、氧化镍、氧化、氧化胶、带电二氧化硅、二氧化硅/氧化铝及其组合组成的组。
12. 权利要求11的方法,其中该吸附剂是活性氧化铝。
13. 权利要求10的方法,其中该吸附系统进一步包含再生单元。
14. 权利要求9的方法,其中步骤e)的煅烧的降低了膨化的针状焦具有小于大约0.2%的氮含量。
15. 由煤焦油生成的经煅烧的降低了膨化的针状焦,其包含氮含量小于大约0.2%氮的针状焦。

说明书全文

焦油制成的降低了膨化的针状焦

技术领域

[0001] 本发明涉及可用于包括形成石墨电极在内的用途的针状焦。更特别地,本发明涉及由煤焦油原材料制造表现出降低的膨化特征的针状焦的方法。本发明还包括降低了膨化的针状焦(reduced puffing needle coke)。

背景技术

[0002] 在工业中使用电极,尤其是石墨电极的熔化在电热炉中形成钢用的金属和辅助成分。通过使电流经过多个电极并在电极和金属之间形成电弧来生成熔化基质金属所需的热。通常使用超过100,000安培的电流。
[0003] 电极典型由针状焦(具有针状的各向异性微结构的焦炭等级)制成。为了制造可承受超高功率吞吐量的石墨电极,该针状焦必须具有低电阻率和低热膨胀系数(CTE),同时也能在石墨化后制成相对高强度的制品。
[0004] 可以通过控制将适当的碳原料转化成针状焦的焦化法的性质来控制该针状焦的具体性质。典型地,针状焦的等级是在指定温度范围内的CTE的函数。例如,高级针状焦-6通常被归类为在大约30℃至大约100℃的温度范围内具有大约0.00至大约0.30x10 /Cº的平均CTE,而普通级焦炭在大约30℃至大约100℃的温度范围内具有大约0.50至大约-6
5.00x10 /Cº的平均CTE。
[0005] 为评测焦炭的CTE,首先将其煅烧至大约1,000至1,400℃的温度。随后将其与熔融沥青粘合剂混合并将该沥青/焦炭混合物挤出以形成生坯电极。随后将该电极焙烧至大约800-900℃,随后加热至2,800-3,400℃以实现石墨化。使用膨胀计或电容法在该石墨化电极上测量CTE(在1986 International Carbon Conference in Baden-Baden Germany上发布的标题为“Capacitance Bridge Measurements of Thermal Expansion”的出版物中描述了该电容法。用于评测焦炭CTE的程序可见于E.A. Heintz著的出版物, Carbon Volume 34, 第699-709页 (1996),其全文经此引用并入本文)。
[0006] 除低CTE外,适用于制造石墨电极的针状焦优选具有极低的硫和氮含量。该焦炭中的硫和氮通常在煅烧后留下并仅在高温石墨化过程中才完全除去。
[0007] 如果针状焦含有太高的氮或硫含量,该电极会在石墨化时发生“膨化(puffing)”。膨化是焦粒的不可逆膨胀,其在电极内造成裂纹或空隙,从而降低电极的结构完整性以及显著改变其强度和密度
[0008] 膨化程度通常与该针状焦中存在的氮和硫的百分比相关。氮和硫原子都通过典型环排列中的共价键合作用键合到原料内的碳上。氮-碳和硫-碳键合在高温环境中明显不如碳-碳键合稳定并在加热时断裂。这种键断裂导致在高温加热过程中迅速释放含氮和硫的气体,从而造成针状焦的物理膨化。另一膨化源还可能涉及硫-硫键的断裂。
[0009] 已尝试各种方法降低石墨化过程中的针状焦膨化,大多着眼于硫的影响。所用方法涉及在焦化之前用催化剂和氢处理针状焦原料以除去硫或向该焦炭中引入抑制膨化过程的化学添加剂。
[0010] 一种这样的方法是在初始原料或石墨化成电极体之前的焦炭混合物中使用抑制剂添加剂。美国专利No. 2,814,076教导添加金属盐以抑制该膨化。在正要将电极石墨化之前添加此类盐。值得一提的是,通过用碳酸钠溶液浸渍该制品来添加碳酸钠。
[0011] 美国专利No. 4,312,745也描述了使用添加剂降低含硫焦炭的膨化。将铁化合物,如化铁,添加到含硫原料中,并通过延迟焦化法制造焦炭。但是,这种方法会提高焦炭的CTE。
[0012] Orac等人(美国专利No. 5,118,287)公开了在高于该碱金属或碱土金属添加剂与碳的反应温度但低于膨化阈的温度平将该添加剂添加到焦炭中,由此防止膨化。
[0013] Jager(美国专利No. 5,104,518)描述了在焦化步骤之前在煤焦油中使用碱土金属的磺酸盐、羧酸盐或酚盐以在1400℃-2000℃温度范围内减轻氮膨化。仍为了减轻基于氮的膨化,Jager等人(美国专利No. 5,068,026)描述了在焙烧和石墨化之前在焦炭/沥青混合物中使用相同添加剂。
[0014] 已通过使用碳添加剂或各种除氢技术作出防止电极膨化的其它尝试。在美国专利No. 4,814,063中,Murakami等人描述了通过在氢化催化剂存在下的原材料氢化制造改进的针状焦。随后,该氢化产物发生热裂化,产物被分馏成不同馏分。在日本专利公开59-122585中,Kaji等人描述了在氢化催化剂存在下加氢精制沥青以除去氮和硫,接着将沥青焦化以产生降低了膨化的针状焦。
[0015] Goval等人(美国专利No. 5,286,371)教导了使原料通过加氢处理反应区以产生加氢处理过的残余产物,其中该产物可经过溶剂萃取过程。
[0016] Didchenko等人(美国专利No. 5,167,796)教导了在焦化前与氢一起使用大孔尺寸加氢处理催化剂以从石油澄清油中除去硫。
[0017] 不幸地,现有技术生产的针状焦通常未解决留在要石墨化成电极的针状焦中的氮的问题。用于降低针状焦的膨化特征的添加剂抵消本来会从针状焦中释放的硫组分但未阻止由氮组分造成的膨化。由于未控制氮膨化,此类添加剂的使用会产生品质较差的最终电极产品,因为该电极可能具有较低的密度和较低的强度。将化学品添加到焦炭原料或添加到沥青中会导致在中间相形成过程中存在固体,这会提高生成的焦炭的CTE。此外,氢化工艺需要相当大的能量输入,因为长时间热处理需要高温从原料中除去显著量的氮。此外,必须供应氢以便氢化和随之从原料中除去硫和氮。
[0018] 因此,需要不要求使用膨化抑制剂添加剂并因此不降低最终电极的强度和密度的制造降低了膨化的针状焦的方法。此外,需要只需较少热能就能从原料中除去氮以及无需输入氢流的方法。实际上,在从用于制造石墨化电极制品的针状焦和/或粘合剂沥青的生产原料中除去氮方面优异的方法已被认为是制造高强度、降低了膨化的电极所必需的。还需要用于制造石墨电极的具有降低的氮含量的本发明的降低了膨化的针状焦。此外,由于针状焦的煤基原料,如煤焦油,具有高的氮含量,需要允许使用这种原料制造适用于高性能石墨电极的针状焦的方法。

发明内容

[0019] 本发明提供独特地能够降低用于制造降低了膨化的针状焦的煤焦油原料的氮含量的方法。本发明的方法提供了在制造针状焦的方法中既不需要添加剂也不需要高温氢化步骤来从煤焦油原料中除去氮的方法。此类降低了膨化的针状焦在石墨化过程中抗膨胀并提供具有改进的密度和强度特性(迄今尚未见过的针状焦特性组合)的电极制品。此外,本发明的制造针状焦的方法在无过度的氢和热能支出的情况下由煤焦油提供降低了膨化的针状焦。
[0020] 更特别地,本发明的方法借助除氮系统降低煤焦油原料中存在的氮。该除氮系统允许使用吸附剂物理除去该煤焦油原料的含氮组分。此类除氮系统允许进入的煤焦油原料流具有大约0.4重量%至大约2重量%的氮含量并产生具有大约0.03重量%至大约0.4重量%的氮含量的煅烧的针状焦产物。本发明的方法的重要特征是该除氮法在宽温度范围内工作的能。具体而言,该除氮系统能够在环境条件以及煤焦油原料流动所需的标准温度下工作。为了除氮,该煤焦油原料可流经各种反应器设计,包括吸收床和布置成在某反应器离线的同时连续处理煤焦油原料的多个反应器。
[0021] 用于制造降低了膨化的针状焦炭的本发明的除氮系统应使用可以在不添加过量热能或氢气的情况下工作以利于从煤焦油原料中除氮的除氮法。该除氮系统优选包括活性炭制品作为该除氮系统的主要除氮元件。该活性炭制品充当分子筛吸附剂,其在煤焦油原料通过该除氮系统时从该原料中物理除去含氮组分。
[0022] 或者,该除氮系统可含有其它合适的吸收剂材料,包括活性炭纤维活性氧胶、二氧化硅氧化铝和沸石(xeolite),它们能最好将原料的氮含量降至大约0.4重量%或更低,优选大约0.2重量%或更低,更优选低至或低于大约0.03重量%。
[0023] 此外,已经发现,为该除氮系统提供复原系统是高度有利的。该复原系统通过从该除氮系统中分离出含氮组分来再生该除氮系统的清除性质。在包含活性炭结构的除氮系统中,该复原系统从活性炭的氮结合位点除去氮组分。类似地,在包含氧化铝或二氧化硅基吸附剂的除氮系统中,该复原系统从活性吸附位点除去氮组分,从而释放活性位点以供将来的氮吸附。
[0024] 送入该除氮柱的煤焦油原料应相对不含喹啉不溶物(QI),因为QI组分会抑制针状焦的形成。具体而言,QI组分(尤其是小QI粒子)在焦化过程中粘合到球粒上,阻碍恰当的中间相生长。
[0025] 在煤焦油原料离开除氮柱后,该原料进入延迟焦化单元以将处理过的煤焦油原料转化成针状焦。本领域中已知的延迟焦化是热裂化工艺,其中将液体煤焦油原料转化成固体针状焦。该降低了膨化的煤焦油原料的延迟焦化应该是分批-连续法,其中采用多个针状焦鼓以便总有一个鼓装有原料。或者,该方法可以是半连续法。
[0026] 本发明的一个目的因此是使用煤焦油原料制造如石墨电极生产之类的用途中所用的降低了膨化的针状焦的方法。
[0027] 本发明的另一目的是具有包含活性炭作为氮化合物吸附剂的减氮系统的制造降低了膨化的针状焦的方法。
[0028] 本发明的再一目的是具有包含用于从煤焦油原料中除去氮化合物的含氧化铝或二氧化硅的吸附剂的减氮系统的制造降低了膨化的针状焦的方法。
[0029] 本发明的又一目的是含有明显更少的氮并在石墨化时表现出极低膨胀或无膨胀的降低了膨化的焦炭。
[0030] 这些和其它方面是技术人员在阅读下列描述后显而易见的,并可以通过提供具有大约0.5重量%至大约2重量%的平均氮含量的煤焦油原料和用该除氮系统在相对温和的条件下在不高于140℃的温度下处理该煤焦油原料来实现。该方法的一个实施方案有利地将该煤焦油原料的氮含量降至大约0.4重量%或更低,优选大约0.2%或更低,更优选大约或低于0.03%,从而能将该原料转化成降低了膨化的针状焦。优选将该煤焦油原料从粘性液体转化成液体——更容易从其中吸附含氮物类。
[0031] 所公开的方法可利用具有各种吸附剂,尤其是活性炭以及活性氧化铝、硅胶和二氧化硅-氧化铝和沸石(xeolite)的除氮系统。此类吸附剂易获自商业来源,如Aldrich Chem. Co.并已用于色谱分离和用于从石油源柴油中分离杂环组分。(Y. Sano等人, Fuel84, 903 (2005))
要理解的是,上文的综述和下列详述都提供本发明的实施方案,在联系附图阅读时,旨在提供理解所要求保护的本发明的性质和特征的综述或框架

附图说明

[0032] 图1是由煤焦油原料制造降低了膨化的针状焦的方法的示意性流程图

具体实施方式

[0033] 由煤焦油原料制备降低了膨化的针状焦,不含喹啉不溶物(QI)的煤焦油原料是优选的。QI成分是来自煤焦化的煤焦油中存在的直径小于大约1微米至大约50微米的固体粒子。具体而言,QI的存在阻碍中间相聚结成大的域(domain),从而阻碍形成高品质针状焦。因此,当原料煤焦油原料中存在QI时,优选应除去该不溶物以制造降低了膨化的针状焦。
[0034] 现在参照图1,含QI的煤焦油10流入用于除去QI的QI脱除系统12。如本领域技术人员已知的那样,可通过溶剂萃取法或如日本专利公开JP62124188中所述的固体分离法从煤焦油中除去喹啉不溶物。初始煤焦油10在通过QI脱除系统处理之前可具有大约2重量%至20重量%的QI。通过利用溶剂萃取法用该QI脱除系统处理,无QI的煤焦油14具有大约0.01%至大约0.5%的QI重量百分比。
[0035] 在由QI脱除系统12处理后,将无QI的煤焦油14送往除氮系统16。如特定除氮系统16所必需的那样,可以加热该无QI的煤焦油14以降低其粘度和利于在除氮系统16内处理的过程中尽可能除去氮组分。具体而言,可以采用轻微加热以降低该煤焦油的粘度和提供焦油与该除氮系统内的反应性表面之间的更好接触。或者,可以通过与溶剂混合和用溶剂稀释来降低煤焦油的粘度。某些煤焦油原料的处理可能需要用溶剂稀释和加热以便最有效利用该除氮系统。
[0036] 在一个实施方案中,除氮系统16包含装有除氮材料的柱。该系统可包括一个或多个并联布置的柱。多个柱是理想的,以便在一个离线时,除氮系统16仍可继续工作。
[0037] 在一个备选方案中,该除氮系统的部件是固定床(静态)柱。在这些单元中,除氮材料是固定的,该柱必须从煤焦油处理中离线以取出或再生该除氮材料。在另一备选方案中,该除氮系统含有移动床。在移动床类型的柱中,该单元含有除氮材料的流化床,其中连续取出和添加该材料以保持该除氮系统的所需活性。
[0038] 一种类型的除氮材料是活性炭——经过处理以在整个碳结构内具有分枝孔隙系统从而产生大的内比表面积的碳。具体而言,除氮系统16中的活性炭可具有超过200平方米/克的表面积,上限高于大约3000平方米/克。用于除氮系统16的此类活性炭可以由各种有机来源制成,包括,但不限于,硬木、煤和焦炭产品、纤维素材料和聚合物树脂。另外,该活性炭可以是活性炭纤维,而非颗粒形式的典型活性炭。典型地,该活性炭具有微孔、介孔和大孔的三态孔隙分布,孔尺寸为微孔的小于2纳米至大孔的大于50纳米。
[0039] 除氮系统16内从煤焦油原料中除去氮组分的主要方式是通过用活性炭吸附。最佳选择用于从煤焦油原料中吸附氮组分的活性炭时要考虑的活性炭的两个主要物理考量因素是总表面积和孔隙结构。活性炭的大的总表面能够提供更多活性位点以与煤焦油原料的氮组分相互作用。此外,该活性炭的大孔和介孔在机械上防止粒子吸附在活性炭的分枝孔隙系统内,同时使较小的分子吸附到内部微孔中。孔尺寸在物理上限制可到达活性炭内部微孔并由此从煤焦油原料中除去的分子的特定尺寸。煤焦油内的含氮组分的分子尺寸小到足以到达该活性炭的微孔并被截留和由此从煤焦油中除去。
[0040] 尽管任何形式的活性炭都能有效地根据本发明除氮,但已经发现,pH中性的活性炭尤其有效。此外,在除氮系统16中使用活性炭的另一实施方案中,替代pH中性的活性炭或与其一起使用酸洗的(或部分中和的)活性炭或含具有高的氮亲合力的表面官能团的活性炭。本文中提到的“活性炭”是指笼统而言的活性炭,或是指任何或所有的pH中性活性炭、酸洗的或部分中和的活性炭、具有表面官能团的活性炭、或它们的组合。
[0041] 采用酸洗的或部分中和的活性炭可能更有效地从油和焦油中除去含氮的杂环化合物(典型地为路易斯碱)。该酸洗或部分中和的活性炭与pH中性的活性炭相比具有额外的酸性官能团,从而更可能与含氮物类发生键合相互作用。含具有高的氮亲合力的表面官能团的活性炭,如用金属如NiCl2浸渍的那些,可以更有效地与氮物类形成金属物类络合物并由此将氮化合物截留在炭内。
[0042] 除氮系统16的另一部件是在煤焦油通过该床的同时留住活性炭的结构元件。对于用活性炭吸附而言典型的是,该活性炭可能需要显著的与煤焦油原料一起的停留时间以除去氮。煤焦油可以与活性炭接触大约数小时以从原料中充分除去氮。为实现活性炭的固定性,固定床类型的柱是优选实施方案,因为这种类型常用于从液体中吸附。在另一实施方案中,可以将活性炭装在移动床柱中,其中活性炭在变得失效时缓慢取出。
[0043] 为了通过除氮系统16最佳地从无QI的煤焦油14中除去氮,可以针对活性炭与煤焦油之间的最佳反应条件设计处理参数。由于随温度降低,吸附通常提高,可以在与充足的煤焦油流动相一致的最低温度下将无QI的煤焦油14送入除氮系统16。此外,可任选改变pH值以也促进更好的吸附,典型地允许煤焦油内的氮处于更易吸附的条件下。
[0044] 其它关键的工艺考量因素包括煤焦油原料与活性炭接触的时间。吸附取决于氮组分能与活性炭接触的总时间。因此,活性炭与煤焦油原料之间的增加的接触时间允许除去更大比例的氮。增加接触时间的方法包括降低煤焦油原料的流速,提高该床内活性炭的量,或提供具有更大表面积的活性炭。
[0045] 在从煤焦油原料中吸附氮的性能降低后,该活性炭组分可以弃置或再活化以便继续使用。根据能源成本和活性炭的现有价格,经济性可能决定弃置活性炭并在除氮系统16的静态床内沉积新鲜活性炭。如果除氮系统16包括一个或多个移动床柱,可以随着炭变失效连续取出活性炭。或者,可以切断该系统并可以以分批方式取出活性炭。
[0046] 在另一替代方案中,除氮系统16的活性炭可进行再生,其中从该活性炭中显著除去吸附的氮组分。在一个实施方案中,使失效的炭经由连接18从除氮系统16流向再生单元20。活性炭从除氮系统16行进至再生单元20的可能机制包括用于将失效的活性炭运往再生单元20的重力引发流或加压流布置。或者,可以使含有失效的活性炭的静态床完全离线并以分批方式取出失效的活性炭并插入再生系统20。
[0047] 在再生系统20的一个实施方案中,该除氮系统采用热再生技术以再活化该失效的活性炭。具体而言,该再生单元可包括用于使活性炭上的吸附剂热气化的炉或回转窑装置。用于将吸附的分子气化的典型温度可以为大约400℃至大约1000℃。在一个实施方案中,吸附的分子在不高于大约900℃的温度下气化。在另一实施方案中,该温度可以为大约400℃至大约600℃。在再一实施方案中,该温度可以为大约700℃至大约1000℃。或者,可以蒸汽汽提该失效的活性炭以除去污染物。在蒸汽汽提再生中,蒸汽温度可以为大约100℃至大约900℃不等以除去大多数被吸附物。
[0048] 通过上述再生技术,最后必须更换该活性炭,因为热再生技术以及蒸汽再生技术每次都会氧化一部分活性炭。在每次热再生过程中损失大约10重量%的活性炭,而在采用蒸汽再生技术时损失大约5重量%的活性炭。
[0049] 在除氮系统16的另一实施方案中,可以在柱类型的装置中使用各种无机吸附剂以便在温和条件或至少远低于现有技术方法的温度下仍充当除氮系统。该吸附剂可以是各种高表面积材料,优选包括活性氧化铝、γ氧化铝、无定形氧化铝、二氧化、氧化锆、硅胶、带电二氧化硅、沸石和各种高表面积活性金属氧化物,包括镍、、铁等的氧化物。具有其高表面积的这些材料提供大量活性位点以便从煤焦油原料中除去氮组分。
[0050] 具体而言,γ氧化铝可具有大约1平方米/克至超过100平方米/克的表面积,相当刚性并可以以各种形状成型以便置于除氮系统16中。这些形状包括各种尺寸的丸粒、蜂窝体、螺旋体和固定床反应器典型用的各种多边形布置。
[0051] 具有适用于吸附氮组分的孔尺寸和表面积的氧化铝吸附剂可以以不同形式和形状使用,包括但不限于,各种尺寸的丸粒、蜂窝体、螺旋体和固定床柱中典型用的各种多边形布置。在固定床柱中可类似地使用其它商业吸附剂,如硅胶、二氧化硅/氧化铝和xeolites。分析分离中常用的此类吸附剂易获自商业来源,如Aldrich Chemical Co.。
[0052] 类似于活性炭,无机吸附剂,如活性氧化铝也可再循环,因为它们的弃置在降低了膨化的针状焦的生产中会相当昂贵。可通过蒸汽汽提法除去较大的污染物,其中使吸附剂材料在大约100℃至大约500℃的温度范围和大约10 psig至大约50 psig的压力下暴露在蒸汽中。在某些实施方案中,如果除去高沸点污染物会是有益的,则温度范围上限可超过500℃。可以通过后继热处理除去未从该吸附剂中除去的任何污染物以再生吸附活性。该热处理法包括大约500℃至大约900℃的温度。用于再生的总处理时间取决于所选热处理温度,以便使用者可专针对整个针状焦生产过程优化该再生。经过反复再生,吸附剂丧失活性并需要更换或重构该吸附剂。
[0053] 在离开除氮系统16后,将该处理过的煤焦油原料流24导向焦化单元26。存在焦化煤焦油原料的各种方法,延迟焦化是最常用于制造针状焦的方法。
[0054] 标准延迟焦化单元优选包含在分批-连续法中工作的两个或更多个针状焦鼓。典型地,鼓的一部分装有原料,而鼓的另一部分进行热处理。
[0055] 在填装针状焦鼓之前,通过从在另一组针状焦鼓中发生的焦化再循环来的热气预热该鼓。随后在加热的鼓中装入预热过的煤焦油原料,其中将液体原料注入该鼓底部并开始煮沸。随着焦化鼓的温度和压力都提高,液体原料变得越来越粘。该焦化法在大约450℃至大约500℃的温度和大约环境压力至大约100 psig的压力下进行。慢慢地,该处理过的煤焦油原料的粘度提高并开始形成针状焦。
[0056] 由上述方法制成的焦炭随后在最多或大约1400℃的温度下煅烧。该煅烧的降-7低了膨化的针状焦优选具有低于大约2.0 cm/cm/℃×10 ,更优选低于大约1.25 cm/-7 -7
cm/℃×10 ,最优选低于大约1.0 cm/cm/℃×10 的CTE。此外,该煅烧的降低了膨化的针状焦具有小于大约0.4重量%,更典型低于大约0.2重量%,最优选低至或小于大约0.03重量%的氮含量,同时具有小于大约1.0重量%硫含量,且该针状焦在石墨化至明显高于
2000℃的温度的过程中表现出极低的氮诱发的物理膨胀。
[0057] 本文还公开了制造降低了膨化的针状焦的方法。该方法包括a) 选择煤焦油;b) 从该煤焦油中除去喹啉不溶物以制造喹啉不溶物减少的煤焦油;c) 使所述无喹啉不溶物的煤焦油通过活性炭除氮系统以制造减少了氮的煤焦油;d) 焦化所述减少了氮的煤焦油;和e) 煅烧由所述减少了氮的煤焦油获得的焦炭以制造煅烧的降低了膨化的针状焦。该活性炭除氮系统可包括表面积为大约200平方米/克至大约3000立方米/克的活性炭;该活性炭可以是活性炭纤维形式。该活性炭除氮系统可包含一个或多个柱;柱的类型的实例包括固定床类型和/或移动床类型。步骤c)的活性炭除氮系统可进一步包含再生单元;该再生单元可利用在大约400℃至大约1000℃温度的热再生。该再生单元可利用在至少大约
100℃下的蒸汽再生。步骤e)的降低了膨化的针状焦优选具有小于大约0.4%的氮含量;更优选步骤e)的降低了膨化的针状焦具有小于大约0.2%的氮含量。
[0058] 所公开的另一方法是另一制造降低了膨化的针状焦的方法。所述另一方法包括a) 选择煤焦油;b) 从该煤焦油中除去喹啉不溶物以制造基本不含喹啉不溶物的煤焦油;c) 使所述基本不含喹啉不溶物的煤焦油通过吸附区以制造减少了氮的煤焦油;d) 焦化所述减少了氮的煤焦油;和e) 煅烧由所述减少了氮的煤焦油获得的焦炭以制造煅烧的降低了膨化的针状焦。该再生单元可包括从吸附剂中蒸汽汽提污染物;另外,该单元可包括从吸附剂中热汽提污染物。
[0059] 本申请中提到的所有引用的专利和出版物的公开内容经此引用并入本文。
[0060] 上文的描述旨在使本领域技术人员能够实施本发明。其不是要详述技术人员在阅读本说明书后显而易见的所有可能的变动和修改。但是,所有这样的修改和变动意欲包含在由下列权利要求书规定的本发明的范围内。权利要求书旨在涵盖在有效实现本发明的预期目的的任何排列或次序下的所示要素和步骤,除非文中明确作出相反的指示。
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