一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置;工藝流程包括中間相瀝青的調(diào)制、擠壓牽伸、氣霧化、冷卻、粉末收集篩分、氧化炭化、石墨化等；裝置包括中間相瀝青熔融電爐、螺旋擠壓輸送機(jī)、霧化室，以及氣體霧化頭，所述螺旋擠壓輸送機(jī)的一端與中間相瀝青熔融電爐相連，另外一端伸入霧化室并與氣體霧化頭相連，所述氣體霧化頭通過霧化頭固定裝置緊固于霧化室頂部，所述氣體霧化頭的氣體通道與氣氛壓力控制系統(tǒng)連接，所述霧化室底部設(shè)置粉料收集器，所述霧化室的內(nèi)壁設(shè)置有控溫管道，控溫管道與溫度控制系統(tǒng)連接。
【專利說(shuō)明】一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬鋰離子電池石墨負(fù)極材料領(lǐng)域，涉及一種動(dòng)力鋰電池用中間相炭微球的制造技術(shù)，特別涉及一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]中間相炭微球(Mesocarbon microbead, MCMB)具有獨(dú)特的球形層狀結(jié)構(gòu),化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性優(yōu)異、導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性優(yōu)良、嵌入特性突出；1992年日本Yamamura首次將MCMB應(yīng)用于鋰離子電池中，隨著技術(shù)進(jìn)步與潔凈能源的使用，動(dòng)力鋰離子電池的需求量將逐漸增大；MCMB表現(xiàn)出的高質(zhì)量比容量、低不可逆質(zhì)量比容量及低容量衰減率使其成為極具競(jìng)爭(zhēng)潛力的優(yōu)異負(fù)極材料。
[0003]在生產(chǎn)方面，1973年，日本學(xué)者Honda與Yamada通過熱聚合法制得MCMB，該方法由于工藝簡(jiǎn)單、易于控制而被應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，但由于團(tuán)聚的原因，熱聚合法的收率較低，一般為20-35%。中國(guó)專利CN02116840.7與CN101811694A公開了浙青原料與催化劑混合后，在一定溫度與壓力下利用熱聚合法制備MCMB的方法，顯示最高收率為39%。
[0004]現(xiàn)有的中間相炭微球的共縮聚制備方法，在不必預(yù)處理的條件下，通過中溫煤浙青與乙烯焦油共縮聚制備球粒均勻的MCMB，收率為20-30%。由于熱聚合法生產(chǎn)效率較低，而且在制備MCMB過程中需消耗大量溶劑反復(fù)洗滌，致使目前MCMB成本高，除此之外，MCMB粒徑的均一性與表面質(zhì)量差等因素嚴(yán)重影響使用效能。乳液法與懸浮法雖可以提高M(jìn)CMB的收率，但需要高溫?zé)岱€(wěn)定性好的介質(zhì)及表面活性劑，生產(chǎn)工序復(fù)雜，工藝條件控制難度大，成本高，同時(shí)存在溶劑污染的問題，工業(yè)化應(yīng)用困難。隨著MCMB在動(dòng)力鋰電負(fù)極中需求量的增大及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，迫切需要一種高效、低成本、環(huán)境友好的制備技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明提供了一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置，解決現(xiàn)有鋰離子電池用負(fù)極材料MCMB生產(chǎn)效率低、成本高、制備過程環(huán)境不友好等問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種制備中間相炭炭微球的氣霧化裝置，包括中間相浙青熔融電爐、螺旋擠壓輸送機(jī)、霧化室，以及氣體霧化頭，所述螺旋擠壓輸送機(jī)的一端與中間相浙青熔融電爐相連，另外一端伸入霧化室并與氣體霧化頭相連，所述氣體霧化頭通過霧化頭固定裝置緊固于霧化室頂部，所述氣體霧化頭的氣體通道與氣氛壓力控制系統(tǒng)連接，所述霧化室底部設(shè)置粉料收集器，所述霧化室的內(nèi)壁設(shè)置有控溫管道，控溫管道與溫度控制系統(tǒng)連接。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述霧化室進(jìn)一步設(shè)置有過濾器，過濾器通過管道與壓力控制系統(tǒng)連接。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述螺旋擠壓輸送機(jī)帶有射流噴嘴，該射流噴嘴的出料量為 1.0-3.5kg/min。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氣體霧化頭包括有兩個(gè)氣體噴嘴，兩個(gè)噴嘴之間的軸向夾角為30-90°。[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述氣體霧化頭包括有兩個(gè)氣體噴嘴，所述氣體噴嘴直徑為射流噴嘴的1-2倍。
[0012]一種基于上述氣霧化裝置的中間相炭微球的制備方法，將中間相炭微球的前驅(qū)體在中間相浙青熔融電爐內(nèi)加熱至熔融態(tài)后經(jīng)螺旋擠壓輸送機(jī)噴出，氣體霧化頭上的氣體噴嘴噴射出高壓氣體以對(duì)熔融態(tài)的中間相浙青液體霧化，中間相浙青液體沉降凝固，最終進(jìn)入到粉料收集器，粉料收集器收集到的中間相炭微球經(jīng)不熔化處理、炭化處理機(jī)石墨化處理后，機(jī)構(gòu)篩分、收集即可，其中，不熔化處理的方法為:在氧化氣氛中，自室溫升溫至160-270°C后，以0.1-0.30C /min的升溫速度加熱至220-350O，保溫0.5-10小時(shí)，MCMB表面形成穩(wěn)定的C-O-C氧橋結(jié)構(gòu)；所述炭化處理的方法為:在氮?dú)饣驓鍤鈼l件下，1-30C /分鐘升溫至350-650°C，保溫1-4小時(shí)，繼續(xù)以1_5°C /分鐘升溫至800-1200°C保溫1_4小時(shí)，隨爐冷卻；所述石墨化處理的方法為:在氬氣氣氛下，升溫至1200°C后以10-50°C /min升溫速率升至2000-2400°C，保溫0.5-2小時(shí)，隨爐冷卻。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，霧化處理過程中，氣氛壓力為0.3_9Mpa，高壓氣體為非氧化氣體或者氧氣與非氧化氣體形成的混合氧化性氣體，所述非氧化氣體為氮?dú)饣驓鍤?，在混合氧化性氣體中，氧化氣氛含量為0-30%。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述霧化室的溫度為15_60°C，霧化室壓力為0.6-1.6atm。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在所述不熔化處理方法中，所述氧化氣氛為空氣、氧
氣、臭氧、二氧化氮或三氧化硫氣氛。
[0016]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，中間相炭微球的前驅(qū)體選為萘系合成中間相浙青、凈化煤焦油中間相浙青或改性煤系中間相浙青中的一種或兩種以上研磨后過100目篩而得。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:(1)中間相炭微球收率高，球形度好，粒徑分布均勻、大小可控；(2 )工藝控制簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，制造成本低；(3 )無(wú)需有機(jī)溶劑參與，污染源少，環(huán)境友好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的氣霧化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖:
[0020]圖3為本發(fā)明的氣霧化頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為圖3的俯視圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2所得結(jié)果的粒徑分布圖；從圖中可以看出，炭微球的孔徑分布范圍為10-25 μ m，平均粒徑為16.6μπι。
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2所得結(jié)果的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，石墨化后炭微球較好地保持球形特征，表面均勻無(wú)裂紋。
[0024]其中，I中間相浙青熔融電爐、2氣霧化氣氛壓力控制系統(tǒng)、3氣體控制閥門、4螺旋擠壓輸送機(jī)、5霧化室、6霧化頭固定裝置、7控溫管道、8壓力控制閥門、9過濾器、10壓力控制系統(tǒng)、11粉料收集器、12溫度控制系統(tǒng)、13氣體霧化頭；14擠壓輸送機(jī)接口、15氣體進(jìn)入通道、16氣體噴嘴、17射流噴嘴接口?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供的一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置，工藝過程如圖1所示，主要包括前驅(qū)體浙青的調(diào)制、霧化工藝、不熔化處理、炭化、石墨化。其具體步驟如下:
[0026]( I)前驅(qū)體浙青的調(diào)制
[0027]將萘系合成中間相浙青、凈化煤焦油中間相浙青或改性煤系中間相浙青中的一種或兩種以上研磨，過100目篩后作為制備中間相炭微球的前驅(qū)體。
[0028](2)霧化裝置與工藝過程
[0029]一種中間相炭微球的氣霧化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，主要包括:1中間相浙青熔融電爐、2氣霧化氣氛壓力控制系統(tǒng)、3氣體控制閥門、4螺旋擠壓輸送機(jī)、5霧化室、6霧化頭固定裝置、7控溫管道、8壓力控制閥門、9過濾器、10壓力控制系統(tǒng)、11粉料收集器、12溫度控制系統(tǒng)、13氣體霧化頭。氣體霧化頭功能部分的名稱:14擠壓輸送機(jī)接口、15氣體進(jìn)入通道、16氣體噴嘴、17射嘴噴嘴接口。霧化裝置的結(jié)構(gòu)關(guān)系為:中間相浙青熔融電爐I位于霧化室5的上端， 螺旋擠壓輸送機(jī)4帶有射流噴嘴并將中間相浙青熔融電爐I與霧化室5連接，螺旋擠壓輸送機(jī)4的輸出端伸入霧化室5，與氣體霧化頭13相連；氣體霧化頭13通過霧化頭固定裝置6緊固于霧化室5頂部；氣體霧化頭13的氣體通道與氣氛壓力控制系統(tǒng)2通過管道連接，氣氛壓力控制系統(tǒng)與氣體霧化頭連接的管道上設(shè)置有氣體控制閥門3，氣氛壓力控制系統(tǒng)2位于霧化室5外側(cè)；霧化室5底部設(shè)置粉料收集器11 ;霧化室5的中下部設(shè)置過濾器9，過濾器9通過管道與外側(cè)的壓力控制系統(tǒng)10連接，所述過濾器和壓力控制系統(tǒng)連接的管道上設(shè)置有壓力控制閥門8 ;控溫管道7為螺旋結(jié)構(gòu)，設(shè)置于霧化室內(nèi)壁，與溫度控制系統(tǒng)12連接。
[0030]霧化工藝:將步驟(1)所述前驅(qū)體置于中間相浙青熔融電爐I中加熱至280-420°C，并保溫0.5-12小時(shí)，獲得連續(xù)中間相熔融體；該中間相熔融體由帶射流噴嘴的螺旋擠壓輸送機(jī)4噴出；打開氣體控制閥門3，氣霧化氣氛壓力控制系統(tǒng)2連接氣體霧化頭12，氣體霧化頭12上的氣體噴嘴噴射高壓氣體以對(duì)熔融體的中間相浙青液體霧化，中間相浙青液體沉降凝固，最終導(dǎo)入粉料收集器11，粉料收集器11完成粉氣分離；壓力控制系統(tǒng)10維持霧化室5壓力平衡進(jìn)行氣體排出。
[0031]所述氣霧化氣氛壓力控制系統(tǒng)的氣氛壓力為0.3-9Mpa,高壓氣為N2、Ar氣等非氧化性氣體或氧氣與N2、Ar氣等非氧化性氣體組成的混合氧化性氣體；氧化氣氛在總氣氛中的含量為0-30% ；
[0032]所述霧化室的溫度控制由溫度控制系統(tǒng)12完成，為15_60°C ；
[0033]所述霧化室的壓力范圍為0.6-1.6atm ;
[0034]螺旋擠壓輸送機(jī)的設(shè)置可防止管道堵塞與物料反噴，在旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)熔融中間相浙青起到輸送與擠壓牽伸的作用，使得霧化前的中間相浙青形成類纖維狀組織結(jié)構(gòu)。輸送機(jī)出料口可以選配不同形狀的射流噴嘴，本發(fā)明選用直徑為4_的管狀射流噴嘴，射流噴嘴的出料量為1.0-3.5kg/min，優(yōu)選的出料量為2.5kg/min。
[0035]所述氣體霧化頭的結(jié)構(gòu)如圖3、圖4 (所示，霧化頭上包含兩個(gè)氣體噴嘴，兩個(gè)噴嘴之間的軸向夾角為30-90°，本發(fā)明選擇夾角為90°，氣體噴嘴的直徑一般為1-2倍射流噴嘴直徑，本發(fā)明選擇的氣體噴嘴直徑1.5倍于射流噴嘴，為6mm。噴嘴間距為15mm。[0036](3)不熔化處理工藝
[0037]中間相炭微球的不熔化處理在豎式氧化爐上進(jìn)行，氧化氣氛可以為是空氣、氧氣、臭氧、二氧化氮、三氧化硫等,本專利以低成本的空氣為例。首先自室溫升溫至160-270°C,然后以0.1-0.50C /min的升溫速度加熱至220_350°C，并保溫0.5-10小時(shí)，使得中間相浙青小球體充分發(fā)生氧化、脫氫、交聯(lián)及環(huán)化等化學(xué)反應(yīng)，在MCMB表面形成穩(wěn)定的C-O-C氧橋結(jié)構(gòu)，保證MCMB在炭化過程中不發(fā)生熔融、變形及開裂現(xiàn)象。
[0038](4)炭化工藝
[0039]將步驟3所得氧化MCMB置于氣氛炭化爐中，在氮?dú)饣驓鍤鈼l件下，以1_3°C /分鐘升溫至350-650°C，保溫1-5小時(shí)；繼續(xù)以1_5°C /分鐘升溫至800-1200°C保溫1-3小時(shí)，隨爐冷卻得炭化后的MCMB。
[0040](5)石墨化處理
[0041]將步驟4所得炭化MCMB置于氣氛石墨化爐中，所述氣氛為Ar氣。自然升溫至1200°C后以10-50°C /min升溫速率升至2000-2400°C，并保溫0.5_2小時(shí)，隨爐冷卻得石墨化后MCMB。
[0042](6)篩分、收集
[0043]由篩分裝置對(duì)石墨化處理后的中間相炭微球大小分類，收集一定范圍粒徑的顆粒，即成品MCMB。
[0044]下面通過具體實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]實(shí)施例1:
[0046]將萘系中間相浙青置于加熱電爐中，加熱至360°C，并保溫0.5h獲得熔融的中間相浙青；將該中間相浙青輸送至射流噴嘴，噴嘴的出料量為1.0kg/min ;壓力為9.0Mpaj^度為60°C的N2或Ar等非氧化氣體進(jìn)入氣體霧化頭；氣體霧化頭氣體噴嘴對(duì)中間相浙青進(jìn)行噴霧，中間相浙青霧滴在霧化室內(nèi)冷卻成球，此時(shí)霧化室的溫度為50°C，壓力為0.6atm,小球體下落至粉料收集器中；將收集的中間相浙青小球體置于豎式氧化爐中，由室溫自由升溫至220°C，隨后以0.10C /min升溫至280°C，并保溫4h，完成中間相浙青小球體的不熔化處理；將不熔化處理后的小球體置于炭化爐中，由室溫自由升溫至300°C，隨后以1°C /min升溫至500°C，并保溫5h，繼續(xù)以1°C /min升溫至1000°C，并保溫3h，得到炭化后的中間相炭微球；將炭化后的中間相炭微球置于石墨化爐中，由室溫自由升溫至1200，隨后以300C /min升溫至2400°C，并保溫0.5h，隨爐冷卻得石墨化得中間相炭微球，對(duì)石墨化后的MCMB進(jìn)行篩分得成品炭微球，成品炭微球的粒徑分布為45-105 u m。
[0047]實(shí)施例2:
[0048]將萘系中間相浙青置于加熱電爐中，加熱至400°C，并保溫4h獲得熔融的中間相浙青；將該中間相浙青輸送至射流噴嘴，噴嘴的出料量為2.5kg/min ;壓力為3.0Mpa、溫度為60°C的含15%氧氣與氮?dú)饣驓鍤獾幕旌涎趸瘹怏w進(jìn)入氣體霧化頭；氣體霧化頭氣體噴嘴對(duì)中間相浙青進(jìn)行噴霧，中間相浙青霧滴在霧化室內(nèi)冷卻成球，此時(shí)霧化室的溫度為15°C，壓力為1.6atm，小球體下落至粉料收集器中；將收集的中間相浙青小球體置于豎式氧化爐中，由室溫自由升溫至260°C，隨后以0.50C /min升溫至350°C，并保溫0.5h，完成中間相浙青小球體的不熔化處理；將不熔化處理后的小球體置于炭化爐中，由室溫自由升溫至350°C，隨后以3°C /min升溫至650°C，并保溫lh，繼續(xù)以5°C /min升溫至1200°C，并保溫lh，得到炭化后的中間相炭微球；將炭化后的中間相炭微球置于石墨化爐中，由室溫自由升溫至1200，隨后以50°C /min升溫至2300°C，并保溫2h，隨爐冷卻得石墨化得中間相炭微球，對(duì)石墨化后的MCMB進(jìn)行篩分得成品炭微球，成品炭微球的粒徑分布為10-25 u m。[0049]實(shí)施例3:
[0050]將凈化煤焦油中間相浙青置于加熱電爐中，加熱至280°C，并保溫12h獲得熔融的中間相浙青；將該中間相浙青輸送至射流噴嘴，噴嘴的出料量為1.5kg/min ;壓力為6.0Mpa、溫度為25°C的N2或Ar等非氧化氣體進(jìn)入氣體霧化頭；氣體霧化頭氣體噴嘴對(duì)中間相浙青進(jìn)行噴霧，中間相浙青霧滴在霧化室內(nèi)冷卻成球，此時(shí)霧化室的溫度為60°C，壓力為0.9atm，小球體下落至粉料收集器中；將收集的中間相小球體置于豎式氧化爐中，由室溫自由升溫至160°C，隨后以0.10C /min升溫至220°C，并保溫5h，完成中間相浙青小球體的不熔化處理；將不熔化處理后的小球體置于炭化爐中，由室溫自由升溫至220°C，隨后以10C /min升溫至350°C，并保溫3h，繼續(xù)以1°C /min升溫至800°C，并保溫lh，得到炭化后的中間相炭微球；將炭化后的中間相炭微球置于石墨化爐中，由室溫自由升溫至1200，隨后以10°C /min升溫至2000°C，并保溫2h，隨爐冷卻得石墨化得中間相炭微球，對(duì)石墨化后的MCMB進(jìn)行篩分得成品炭微球，所得中間相炭微球的粒徑分布為75-150 u m。
[0051]實(shí)施例4:
[0052]將凈化煤焦油中間相浙青置于加熱電爐中，加熱至420°C，并保溫6h獲得熔融的中間相浙青；將該中間相浙青輸送至射流噴嘴，噴嘴的出料量為3.5kg/min ;壓力為
0.3Mpa、溫度為40°C含25%氧氣與氮?dú)饣驓鍤獾幕旌涎趸瘹怏w進(jìn)入氣體霧化頭；氣體霧化頭氣體噴嘴對(duì)中間相浙青進(jìn)行噴霧，中間相浙青霧滴在霧化室內(nèi)冷卻成球，此時(shí)霧化室的溫度為20°C，壓力為1.5atm，小球體下落至粉料收集器中；將收集的中間相浙青小球體置于豎式氧化爐中，由室溫自由升溫至220°C，隨后以0.20C /min升溫至270°C，并保溫10h，完成中間相浙青小球體的不熔化處理；將不熔化處理后的小球體置于炭化爐中，由室溫自由升溫至300°C，隨后以2V /min升溫至500°C，并保溫2h，繼續(xù)以2V /min升溫至950°C，并保溫2h，得到炭化后的中間相炭微球；將炭化后的中間相炭微球置于石墨化爐中，由室溫自由升溫至1200，隨后以30°C /min升溫至2200°C，并保溫lh，隨爐冷卻得石墨化得中間相炭微球，對(duì)石墨化后的MCMB進(jìn)行篩分得成品炭微球，所得中間相炭微球的粒徑分布為15-45 u m0
[0053]實(shí)施例5:
[0054]將改性煤系中間相浙青置于加熱電爐中，加熱至280°C，并保溫6h獲得熔融的中間相浙青；將該中間相浙青輸送至射流噴嘴，噴嘴的出料量為2.0kg/min ;壓力為5.0Mpa、溫度為40°C的N2或Ar等非氧化氣體進(jìn)入氣體霧化頭；氣體霧化頭氣體噴嘴對(duì)中間相浙青進(jìn)行噴霧，中間相浙青霧滴在霧化室內(nèi)冷卻成球，此時(shí)霧化室的溫度為40°C，壓力為
1.0atm，小球體下落至粉料收集器中；將收集的中間相浙青小球體置于豎式氧化爐中，由室溫自由升溫至200°C，隨后以0.2°C /min升溫至280°C，并保溫8h，完成中間相浙青小球體的不熔化處理；將不熔化處理后的小球體置于炭化爐中，由室溫自由升溫至300°C，隨后以2V /min升溫至450°C，并保溫4h，繼續(xù)以2V /min升溫至900°C，并保溫3h，得到炭化后的中間相炭微球；將炭化后的中間相炭微球置于石墨化爐中，由室溫自由升溫至1200，隨后以20°C /min升溫至2100°C，并保溫2h，隨爐冷卻得石墨化得中間相炭微球，對(duì)石墨化后的MCMB進(jìn)行篩分得成品炭微球，所得中間相炭微球的粒徑分布為35-65 u m。
[0055]實(shí)施例6:
[0056]將改性煤系中間相浙青置于加熱電爐中，加熱至380°C，并保溫6h獲得熔融的中間相浙青；將該中間相浙青輸送至射流噴嘴，噴嘴的出料量為2.5kg/min ;壓力為0.5Mpa、溫度為50°C含30%氧氣與氮?dú)饣驓鍤獾幕旌涎趸瘹怏w進(jìn)入氣體霧化頭；氣體霧化頭氣體噴嘴對(duì)中間相浙青進(jìn)行噴霧，中間相浙青霧滴在霧化室內(nèi)冷卻成球，此時(shí)霧化室的溫度為50°C，壓力為1.2atm，小球體下落至粉料收集器中；將收集的中間相浙青小球體置于豎式氧化爐中，由室溫自由升溫至270°C，隨后以0.3°C /min升溫至320°C，并保溫2h，完成中間相浙青小球體的不熔化處理；將不熔化處理后的小球體置于炭化爐中，由室溫自由升溫至4000C，隨后以2°C /min升溫至500°C，并保溫2h，繼續(xù)以2V /min升溫至950°C，并保溫2h，得到炭化后的中間相炭微球；將炭化后的中間相炭微球置于石墨化爐中，由室溫自由升溫至1200，隨后以30°C /min升溫至2200°C，并保溫2h，隨爐冷卻得石墨化得中間相炭微球，對(duì)石墨化后的MCMB進(jìn)行篩分得成品炭微球，所得中間相炭微球的粒徑分布為35-65 u m。
[0057]實(shí)施例7:
[0058]將萘系合成中間相浙青與凈化煤焦油中間相浙青以7:3重量比置于加熱電爐中，加熱至390°C，并保溫4h獲得熔融的中間相浙青；將該中間相浙青輸送至射流噴嘴，噴嘴的出料量為2.5kg/min ;壓力為6.0Mpa、溫度為40°C的含20%氧氣與氮?dú)饣驓鍤獾幕旌涎趸瘹怏w進(jìn)入氣體霧化頭；氣體霧化頭氣體噴嘴對(duì)中間相浙青進(jìn)行噴霧，中間相浙青霧滴在霧化室內(nèi)冷卻成球，此時(shí)霧化室的溫度為50°C，壓力為1.6atm，小球體下落至粉料收集器中；將收集的中間相浙青小球體置于豎式氧化爐中，以空氣為氧化介質(zhì)，由室溫自由升溫至2300C，隨后以0.2°C /min升溫至290°C，并保溫2h，完成中間相浙青小球體的不熔化處理；將不熔化處理后的小球體置于炭化爐中，由室溫自由升溫至400°C，隨后以2°C /min升溫至600°C，并保溫3h，繼續(xù)以1°C /min升溫至800°C，并保溫lh，得到炭化后的中間相炭微球；將炭化后的中間相炭微球置于石墨化爐中，由室溫自由升溫至1200，隨后以10°C /min升溫至2400°C，并保溫lh，隨爐冷卻得石墨化得中間相炭微球，對(duì)石墨化后的MCMB進(jìn)行篩分得成品炭微球，所得中間相炭微球的粒徑分布為15-35 u m。
[0059]請(qǐng)參閱圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例2所得結(jié)果的粒徑分布圖，從圖中可知，所得炭微球的孔徑分布范圍為10-25 u m,平均粒徑為16.6 Um0
[0060]請(qǐng)參閱圖6所示，為本發(fā)明實(shí)施例2所得結(jié)果的掃描電鏡圖，從圖中可知，石墨化后炭微球較好地保持球形特征，表面均勻無(wú)裂紋。
[0061]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】?jī)H限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種制備中間相炭微球的氣霧化裝置，其特征在于:包括中間相浙青熔融電爐(I)、螺旋擠壓輸送機(jī)(4)、霧化室(5)，以及氣體霧化頭(13)，所述螺旋擠壓輸送機(jī)(4)的一端與中間相浙青熔融電爐(I)相連，另外一端伸入霧化室(5)并與氣體霧化頭(13)相連，所述氣體霧化頭(13)通過霧化頭固定裝置(6)緊固于霧化室頂部，所述氣體霧化頭的氣體通道與氣氛壓力控制系統(tǒng)(2)連接，所述霧化室底部設(shè)置粉料收集器(11)，所述霧化室的內(nèi)壁設(shè)置有控溫管道(7 )，控溫管道(7 )與溫度控制系統(tǒng)(12 )連接。
2.如權(quán)利要求1所述的氣霧化裝置，其特征在于:所述霧化室進(jìn)一步設(shè)置有過濾器(9)，過濾器(9)通過管道與壓力控制系統(tǒng)(10)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的氣霧化裝置，其特征在于:所述螺旋擠壓輸送機(jī)帶有射流噴嘴，該射流噴嘴的出料量為1.0-3.5kg/min。
4.如權(quán)利要求1所述的氣霧化裝置，其特征在于:所述氣體霧化頭包括有兩個(gè)氣體噴嘴，兩個(gè)噴嘴之間的軸向夾角為30-90°。
5.如權(quán)利要求3所述的氣霧化裝置，其特征在于:所述氣體霧化頭包括有兩個(gè)氣體噴嘴，所述氣體噴嘴直徑為射流噴嘴的1-2倍。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的氣霧化裝置的中間相炭微球的制備方法，其特征在于:將中間相炭微球的前驅(qū)體在中間相浙青熔融電爐內(nèi)加熱至熔融態(tài)后經(jīng)螺旋擠壓輸送機(jī)噴出，氣體霧化頭上的氣體噴嘴噴射出高壓氣體以對(duì)熔融態(tài)的中間相浙青液體霧化，中間相浙青熔融小球體沉降凝固 ，最終進(jìn)入到粉料收集器，粉料收集器收集到的中間相炭微球經(jīng)不熔化處理、炭化處理及石墨化處理后，篩分、收集即可，其中，不熔化處理的方法為:在氧化氣氛中，自室溫升溫至160-270°C后，以0.1-0.30C /min的升溫速度加熱至220_350°C，保溫0.5-10小時(shí)，MCMB表面形成穩(wěn)定的C-O-C氧橋結(jié)構(gòu)；所述炭化處理的方法為:在氮?dú)饣驓鍤鈼l件下，1-30C /分鐘升溫至350-650°C，保溫1_4小時(shí)，繼續(xù)以1_5°C /分鐘升溫至800-1200°C保溫1-4小時(shí)，隨爐冷卻；所述石墨化處理的方法為:在氬氣氣氛下，升溫至1200°C后以10-50°C /min升溫速率升至2000-2400°C，保溫0.5-2小時(shí)，隨爐冷卻。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:霧化處理過程中，氣氛壓力為0.3-9Mpa，高壓氣體為非氧化氣體或者氧氣與非氧化氣體形成的混合氧化性氣體，所述非氧化氣體為氮?dú)饣驓鍤?，在混合氧化性氣體中，氧化氣氛含量為小于等于30%。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:所述霧化室的溫度為15-60°C，霧化室壓力為 0.6-1.6atm。
9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:在所述不熔化處理方法中，所述氧化氣氛為空氣、氧氣、臭氧、二氧化氮或三氧化硫氣氛。
10.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:中間相炭微球的前驅(qū)體選為萘系合成中間相浙青、凈化煤焦油中間相浙青或改性煤系中間相浙青中的一種或兩種以上研磨后過100目篩而得。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103663440SQ201310614323
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】王小憲, 鄭化安, 付東升, 楊陽(yáng), 張?jiān)? 黨頌, 王文婧 申請(qǐng)人:陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司