改进的沥青产品、其制备方法和用途与流程

本发明总体上涉及包含石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣的沥青产品，更具体地，涉及用于制造用于电弧炉的石墨电极和用于铝生产的碳阳极的沥青产品。另外，本发明涉及用于生产这种沥青产品的方法。

背景技术：

1、用于钢铁制造的石墨电极和用于铝工业的预焙烧碳阳极通过热混合煅烧焦炭和烃碳前体并将混合物成型为生坯电极型材来生产的，所述生坯电极型材在随后的焙烧过程中被碳化。烃粘合剂材料为未焙烧(生坯)电极型材提供足够的机械强度，并在焙烧过程中转化为碳。所得碳半石墨化电极满足作为铝生产中使用的电解槽中的阳极的要求。将在用于钢铁生产的电弧炉中使用的电极进一步用烃浸渍沥青浸渍、碳化并随后石墨化。对于在索德伯格(soederberg)电解槽中用作电极，通过热混合干骨料(煅烧焦炭、无烟煤、石墨等)和烃粘合剂来产生糊料，将其形成为团块或其他预成型型材，并转移到索德伯格电解槽中，随后在该电解槽中使自身碳化。

2、传统上，在用于电弧炉的这些石墨电极和用于铝生产的碳阳极(包括预焙烧阳极和索德伯格阳极)的制造中的烃沥青粘合剂材料是煤焦油沥青，因为它满足生坯阶段的机械要求，并且在碳化过程中以非常高的焦炭产率转化成导电碳，从而避免由于在碳化过程中形成的挥发物较少而导致所得制品中的高孔隙率。此外，用于浸渍石墨电极的烃浸渍沥青典型地基于煤焦油蒸馏产品。

3、作为在钢铁生产中使用的冶金焦炭生产的副产品，煤焦油的供应一直很充足。然而，最近由于对原铁的需求减少，冶金焦炭产量减少，并且因此可用的煤焦油也减少。

4、煤焦油沥青粘合剂的另一个缺点是相当大量(在典型的粘度范围内，约10000ppm)的苯并(a)芘，其被归类为致癌物质。除了b(a)p含量之外，其他多环芳烃也被认为对健康和环境有害。

5、在尝试从比煤焦油含有更少苯并[a]芘的石油来源生产替代沥青时，已经考虑了石油衍生的沥青。

6、然而，如果在电极生产过程中用作纯粘合剂材料，则石油衍生的沥青无法获得与煤焦油沥青相同的质量参数。第一个缺点是它的焦炭产率比煤焦油沥青低，并且其次，它不具有任何主要的喹啉不溶成分。这些主要的喹啉不溶成分被认为有利于铝生产中的阳极质量，并且包含在常规的煤焦油基沥青中。

7、已知的石油衍生沥青材料的另一个缺点典型地是低于100℃的软化点太低，不适用于制造石墨电极的烃沥青粘合剂材料，其中软化点目标是110℃-130℃。这些低软化点还限制了石油沥青在与煤焦油沥青的共混物中的使用(例如us 5,746,906)。

8、另外，现有石油基沥青的低于200℃的典型低闪点在电极制造过程中引起了安全问题，该电极制造过程可以包括在高达200℃的温度下的热混合过程。

9、总之，在工业规模上生产合适的石油沥青的尝试中，没有一种尝试提供了能够以高产量可靠地服务于铝工业的煤焦油沥青粘合剂的替代品。

10、更具体地，迄今为止，无论是纯石油衍生沥青，还是石油沥青与煤焦油沥青的共混物(石油沥青的量基本上高于10％)都不能满足在制造碳和石墨电极中用作烃沥青粘合剂材料的必要要求。

11、鉴于上述情况，本发明的总体目的是提供煤焦油沥青粘合剂的替代品，其允许增加的供应安全性，并满足在碳电极和石墨电极的制造中用作烃沥青粘合剂材料的必要要求。

12、本发明的另一个目的是提供替代性沥青粘合剂，其导致索德伯格技术中使用的石墨电极、预焙烧阳极和糊料具有相似的焦值以及相似的加工和性能。

13、本发明的另外的目的是提供更环保的煤焦油沥青粘合剂的替代品。

技术实现思路

1、在根据本发明的第一方面，提供了沥青产品，其包含混合为按重量计在20:80与70:30之间的石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣的共混物，所述沥青产品的特征在于沥青质浓度为至少84％(sara，如根据astm d2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的)。

2、在本发明的第二方面，提供了包含如本文所述的沥青产品的沥青粘合剂，所述沥青粘合剂用于制造任何类型的碳基成型型材，并且特别用于制造用于电弧炉的石墨电极以及用于铝生产的碳阳极和索德伯格糊料。

3、在根据本发明的第三方面，提供了包含所述沥青粘合剂的石墨电极。

4、在根据本发明的第四方面，提供了包含所述沥青粘合剂的碳阳极。

5、在根据本发明的第五方面，提供了用于生产沥青产品的方法，所述沥青产品包含石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣，所述方法包括用于获得所述石油衍生的蒸馏残渣的石油真空蒸馏工艺步骤和将石油衍生的蒸馏残渣与煤焦油衍生的蒸馏残渣共混。

6、在根据本发明的第六方面，提供了用于制造石墨电极或碳阳极的方法，其包括用于生产沥青产品的所述方法。

技术特征：

1.一种沥青产品，其包含混合比为按重量计在20:80与70:30之间的石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣的共混物，所述沥青产品的特征进一步在于沥青质浓度为至少84％，如根据astm d2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的。

2.根据权利要求1所述的沥青产品，其具有触变性为，具有至少20％的60秒后高粘度恢复(din91143-2)。

3.根据权利要求1或2所述的沥青产品，其具有至少84％的沥青质浓度(如根据astmd2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的)和至少25％的60秒后高粘度恢复。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的沥青产品，其具有低于10％的树脂含量(如根据astm d2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的沥青产品，其具有小于8500ppm的b(a)p含量和/或根据美国环境保护局(epa)小于7％(m/m)的16epa-pah总和。

6.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其具有如根据astm d4715所测量的至少45％alcan的焦炭产率。

7.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其具有在200℃与270℃之间的闪点。

8.根据权利要求7所述的沥青产品，其具有在220℃与245℃之间的闪点。

9.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其具有在110℃与150℃梅特勒之间的软化点。

10.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其是石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣的共混物。

11.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其具有至少45％alcan的焦炭产率、在110℃与140℃梅特勒之间的软化点、范围为2％-12％的喹啉不溶物以及13％-25％的β-树脂含量。

12.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其具有比所述石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣各自计算的加权平均焦化值高至少0,5wt.％的焦化值(alcan，如根据astm d4715所测量的)。

13.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其中，所述石油衍生的蒸馏残渣的特征在于沥青质浓度为至少80％，如根据astm d2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的，并且软化点为至少110°梅特勒。

14.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品，其中，所述石油衍生的蒸馏残渣衍生自通过热解石油流产生的原材料，所述原材料包含至少30wt.％的沥青质、小于10％的饱和烃、和小于40％的树脂，如根据astm d2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的)。

15.根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品在制造碳基成型制品中的用途。

16.一种包含根据上述权利要求中任一项所述的沥青产品的沥青粘合剂在制造用于电弧炉的石墨电极和用于铝生产的碳阳极和索德伯格糊料中的用途。

17.一种石墨电极，其包含根据权利要求16所述的转化的沥青粘合剂。

18.一种碳阳极，其包含根据权利要求16所述的转化的沥青粘合剂。

19.一种用于获得根据权利要求1至14中任一项所述的沥青产品的方法，所述沥青产品包含石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣，所述方法包括用于获得所述石油衍生的蒸馏残渣的石油真空蒸馏工艺步骤，以及将所述石油衍生的蒸馏残渣与所述煤焦油衍生的蒸馏残渣以按重量计在20:80与70:30之间的混合比共混。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述石油衍生的蒸馏残渣的特征在于沥青质浓度为至少80％，如根据astm d2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的，并且软化点为至少110°梅特勒。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述石油衍生的蒸馏残渣衍生自原材料，其中所述石油衍生的蒸馏残渣衍生自通过热解石油流产生的原材料，所述原材料包含至少30wt.％的沥青质、小于10％的饱和烃、和小于40％的树脂，如根据astm d2007通过粘土-凝胶吸收色谱法所测量的)。

22.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括用于获得煤焦油衍生的蒸馏残渣的煤焦油真空蒸馏工艺步骤，以及将所述石油衍生的蒸馏残渣与所述煤焦油衍生的蒸馏残渣共混。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中，所述蒸馏工艺步骤在50与250毫巴之间的真空水平和在280℃与370℃之间的温度下进行。

24.一种用于制造石墨电极或碳阳极的方法，其包括根据权利要求19至23中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及包含石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣的沥青产品，所述沥青产品的特征在于沥青质浓度为至少84％(SARA)。此外，本发明涉及包含所述沥青产品的沥青粘合剂，其特别用于制造用于电弧炉的石墨电极以及用于铝生产的碳阳极和索德伯格糊料。本发明还进一步涉及包含所述沥青粘合剂的石墨电极，以及包含所述沥青粘合剂的碳阳极。本发明还提供了用于生产包含石油衍生的蒸馏残渣和煤焦油衍生的蒸馏残渣的沥青产品的方法，所述方法包括用于获得所述石油衍生的蒸馏残渣的石油真空蒸馏工艺步骤，以及用于制造石墨电极或碳阳极的方法，其包括用于生产沥青产品的所述方法。

技术研发人员：J·克拉斯,C·库恩特,V·范德维维尔,B·德诺,M·斯帕尔
受保护的技术使用者：雨碳有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25