研制石油系针状焦是出于两个目的,一是炼油加工原料油重质化趋势明显加快,无论是对进口原油还是国内生产原油来说,重质油占到40%以上,给炼化企业带来的是结焦问题和产焦量上升,油品产率和产量都受影响,因此说原油的深加工是炼化企业必须面临的十分紧迫的课题;二是近年来我国冶金工业迅速发展,特别是为满足国家节能环保形势的需要,电炉炼钢技术大规模在我国的推广应用,使得对冶金用石墨电极需求大增,也必然带来对石墨电极原料—针状焦需求的大增。因为国内生产针状焦无论质量或数量都不能满足需要,而必须依赖进口。用催化裂化油浆或乙烯焦油作为制备针状焦的原料,不但使原来作为燃料油的渣油发挥其潜在价值,同时也满足国内对针状焦的需要。本论文正是以糠醛为萃取溶剂,萃取FCC油浆,富集芳烃馏分,并以富芳馏分或与乙烯焦油的调和料作为焦化原料,经过炭化、焦化及煅烧从而制备出了优质针状焦,性能指标达到或超过国外同类产品的水平。本论文主要工作有以下几个方面:①原料萃取。在连续萃取装置上,进行了不同萃取温度和剂油比萃取条件下的正交实验,结果表明,选择性随剂油比增大而提高,随温度升高而下降;同时随萃取温度升高,抽出油密度减少,相对分子量和氢碳原子比增加。原料中芳烃含量高,萃取效果好。在温度50℃、剂油比2:1情况下,萃取效率最高。通过四组分分析、红外及核磁等手段研究,萃取前后的组分发生很大变化,芳烃由原来52%提高到90%,硫含量由0.36%降低至0.20%,芳碳原子数由9.36提高到16.5,环烷碳原子由6.4提高到8.52。重金属离子含量降低,热解缩聚反应趋于温和。②通过偏光显微镜、红外和核磁等手段,分析炭化过程中中间相沥青的组成和偏光显微结构变化,研究FCC油浆及其富芳馏分(FCCRF)的热转化行为。结果表明,FLORY公式揭示了小球成型的基本规律,其生长和球体分布变化是内在必然,喹啉不溶物、高粘及多活性中心都将阻止小球的发育。认为压力、温度及原料组成对炭化过程有决定性的影响;虽然它们作用途径不同,但有相互制约的关系。对给定的原料来说,在合适的温度条件下,适当提高压力将有利于中间相及生焦的成型;另外看到,炭化过程是热解和缩聚过程,合适的原料组成是炭素材料制备的前提条件。乙烯焦油和催化裂化富芳烃馏分混合,可以起到共炭化的协同效应。以FCC油浆富芳馏分或其与乙烯焦油混合料为炭化原料,在3.5MPa,400～430℃,6～20hr/500℃, 1.0MPa,3～4hr,惰性气体保护下炭化可以得到优质针状焦。③借助高温流变仪、偏光显微镜和X射线衍射仪等,研究了催化裂化油浆中间相(FCC-MP)及其富芳馏分中间相(FCCRF-MP)的流变性,试图揭示中间相沥青的显微组织结构和流变性间的关系,结果表明,不但剪切应力影响中间相沥青的显微组织结构,而且,中间相的显微组织结构同样影响体系的流变性能。大融并体流线结构中间相沥青显示更强的非牛顿特征,温度敏感性也更大,表观粘度更低。FCCRF-MP的流变性优于FCC-MP。④借助X射线衍射、差热分析及红外等手段,对石油焦煅烧前后的晶体结构特征进行了研究,结果表明,用热力学熵函数结合晶格参数分析晶体结构和晶化作用是可行的。煅烧过程既是晶体重排过程也是热解缩聚过程;在晶体重排过程中其有序性增加,表现为熵值减小,颗粒增大;其热解缩聚的结果表现为红外非活性增强。200～700℃是晶化作用的关键阶段。就微观结构来说,1400℃的煅烧温度不足以改变石墨层的堆积状态,表现为d002变化不大,P1很小。