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针焦炭材料广泛用于炼钢及宇航业,但国内供应紧缺,这主要是因为其直接生产原料不足。因此本文围绕针焦炭材料生产原料预处理机制和炭化/共炭化机制这两大关键问题,研究焦化重油热裂化预处理机制及其单独炭化和共炭化机制:首先剖析焦化重蜡油(HGO)热裂化预处理机制,考察其产物蜡油馏分的炭化行为;尔后研究另一种焦化重油FCC澄清油的炭化行为;最后在此基础上,依次按小试和中试规模将上述原料共炭化制备针焦,剖析共炭化机制,测试针焦的产品性能。HGO含有芳香环结构,硫和灰分含量低,但烷基碳率偏高,经热裂化预处理有望得到针焦生产优质原料。HGO经热裂化预处理,产物蜡油的芳香分含量提高,作为针焦原料的分子组成和结构得以优化,同时烷基碳链转化为汽柴油馏分。利用FT-IR发现在热裂化反应过程中,饱和分的亚甲基甲基数目比(NCH2/NCH3)趋于先增后减,芳香性族组分(芳香分和胶质)的NCH2/NCH3逐渐降低、而芳氢率和芳香环系氢碳原子比逐渐增大。HGO热裂化预处理产物蜡油优选馏分、FCC澄清油的炭化和共炭化过程具有共同点,都有各自反应的最佳工艺条件;随着反应的进行,反应体系中可溶质收率逐渐减少,沥青质和甲苯不溶-吡啶可溶物(PS)收率先增后减,中间有一最大值,而焦(吡啶不溶物)收率一直增大,焦的形成是按可溶质→沥青质→PS→焦的转化序列完成的,同时在反应过程中气体产物逸出速率对于得到流线-广域结构发达的针焦很重要。生焦反应都可用总包一级动力学描述。然而这些过程也有明显不同之处,就反应生焦动力学参数而言,FCC澄清油炭化时生焦速率最小,而共炭化生焦速率在高温下居中、在较低温度(460~480oC)下最大,说明在较低温度下的共炭化反应存在协同作用,加速焦的生成。HGO经热裂化预处理得到的蜡油馏分是共炭化生产针焦炭材料的优质原料:若与优质针焦原料共炭化,则可扩大优质针焦原料来源;若与一般针焦原料共炭化,则可改善产品针焦的质量、扩大普通针焦原料来源。同时共炭化成焦存在耦合效应,可提高焦炭产率。因此,通过HGO热裂化预处理并将产物蜡油馏分作为针焦原料,不但可以将HGO中的芳香环系结构转化为从普通到优质的针焦炭材料,而且副产汽柴油馏分,开辟了HGO高效利用的深加工新途径,可以避免在FCC或加氢裂化等常规工艺中过多掺炼HGO而导致催化剂过快失活/中毒的问题,经济和社会效益十分显著。