一種針狀焦生產(chǎn)混合溶劑的質(zhì)量檢測(cè)方法

趙亞楠 ，馬嬋，史雅馨，王瑞，于銀萍，王伏

（鞍山開(kāi)炭熱能新材料有限公司，鞍山 114000）

0 前言

針狀焦為炭素材料中發(fā)展最為迅速的優(yōu)質(zhì)品種，由原料軟瀝青和混合溶劑沉降調(diào)節(jié)成符合生產(chǎn)要求的精制瀝青，再經(jīng)延遲焦化、高溫煅燒工藝，得到有明顯針狀或纖維的紋理結(jié)構(gòu)、表面銀灰色、摸之有潤(rùn)滑感，有金屬光澤的多孔固體。是生產(chǎn)超高功率電極、特種炭素材料、炭纖維及其復(fù)合材料等高端炭素制品的原料。原料預(yù)處理單元是生產(chǎn)針狀焦的核心技術(shù)單元，針狀焦生產(chǎn)的主要原料為煤焦油餾分油或煤焦瀝青，它們含有大量的芳香族化合物，由于煉焦?fàn)t炭化室成的帶有煤粉和焦粉、高分子樹(shù)脂狀的物質(zhì)經(jīng)過(guò)熱聚形成的無(wú)定形炭，這些喹啉不溶物質(zhì)都對(duì)針狀焦品質(zhì)有所影響，原料預(yù)處理單元的首要任務(wù)就是去除這些有害物質(zhì)[1]。一般按照一定比例將來(lái)脂肪烴與芳香烴調(diào)配為混合溶劑對(duì)原料軟瀝青萃取沉降，得到低喹啉不溶物的精制瀝青，脂肪烴與芳香烴的質(zhì)量比值即為混合溶劑的脂芳比。混合溶劑的脂芳比是原料沉降效果的決定性因素，如果脂芳比測(cè)定不恰當(dāng)，會(huì)致使原料沉降系統(tǒng)紊亂，沉降不合格會(huì)造成堵塞原料沉降罐，影響生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。氣相色譜法是一種較常用于多組分分離混合物的方法，主要是依據(jù)分析混合物中各自沸點(diǎn)差異、柱子填充物影響和其分析物極性的不同來(lái)分開(kāi)的方法。本實(shí)驗(yàn)采取氣相色譜法，可準(zhǔn)確的測(cè)定混合溶劑的脂芳比，具有操作簡(jiǎn)便、快速、精密度高等特點(diǎn)[2]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

美國(guó)安捷倫公司7820A型氣相色譜分儀；萬(wàn)分之一分析天平；洗油、煤油樣品均為工業(yè)級(jí)；吲哚、聯(lián)苯、萘、喹啉、異喹啉、α-甲基萘、β-甲基萘、芴、氧芴、苊等標(biāo)準(zhǔn)品；C8-C12直鏈烷烴均為色譜純。

1.2 分析條件

色譜柱采用Agilent HP-5非極性毛細(xì)柱(30m×0.32mm×0.25μm)；載氣為純度≥99.99%的氮?dú)?，具體色譜條件見(jiàn)表1。

表1 色譜分析條件Table 1 Chromatographic analysis conditions

1.3 分析方法

1.3.1 混合溶劑定性分析及代表物的選定

一般原料預(yù)處理單元采用煤油、洗油的混合溶劑。洗油為煤焦油深加工，切取230℃～300℃的餾分段，富含喹啉、異喹啉、二甲基萘、甲基萘、氧芴和芴、聯(lián)苯、吲哚、苊等芳香烴物質(zhì)。煤油為石油分餾200～300℃的餾分段，主要由C8～C18的是烷烴混合物。煤油和洗油都是復(fù)雜的混合物，成分交叉，沸點(diǎn)相近，很難全部分離開(kāi)，為測(cè)定其混合溶劑中的含量要選其較穩(wěn)定、含量較大的組分來(lái)代表煤油、洗油。煤油、洗油主要成分沸點(diǎn)如表2所示。

表2 色譜分析條件Table 2 Chromatographic analysis conditions

采用表1色譜分析條件，分別對(duì)煤油、洗油樣品進(jìn)行分析。具體譜圖如圖1所示。根據(jù)煤油、洗油主要成分沸點(diǎn)分布，煤油代表組分盡量選擇正十二烷烴之前的組分，因?yàn)檎橹笈c洗油組分沸點(diǎn)相近。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)煤油中12.121分鐘的峰較穩(wěn)定，含量高。在煤油樣品中分別加入C8～C12烷烴的標(biāo)準(zhǔn)品，發(fā)現(xiàn)正葵烷烴的峰面積明顯增加，可以確定12.121分鐘為正癸烷組分。洗油中18.154和18.649分鐘的峰在洗油中含量較高，加入芳香烴標(biāo)準(zhǔn)品，發(fā)現(xiàn)加入β-甲基萘、α-甲基萘標(biāo)準(zhǔn)品，峰面積明顯增加，可以確定18.154和18.649分鐘的峰為β-甲基萘、α-甲基萘。因此選取正葵烷為煤油組分、β-甲基萘、α-甲基萘為洗油組分代表。

圖1 煤油、洗油特征峰氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatogram of characteristic peaks of kerosene and wash oil

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，稱(chēng)取一定量的和煤油、洗油樣品，按0.5～1.3的質(zhì)量比例的配出不同的混合溶劑樣品，分別進(jìn)行氣相色譜分析，混合溶劑譜圖如圖2所示。

圖2 煤油洗油不同質(zhì)量比色譜圖Fig.2 Chromatograms of different mass ratio about kerosene and wash oil

根據(jù)以上不同質(zhì)量配比的混合溶劑，得到不同的表征峰的峰面積，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，以煤油與洗油質(zhì)量比為橫坐標(biāo)，煤油、洗油表征峰峰面積為縱坐標(biāo)，得到擬合線性方程，線性方程R2為0.9977，其線性關(guān)系很好，曲線見(jiàn)圖3。

表3 不同芳脂比下正癸烷與甲基萘的峰面積比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 The experimental data of n-decane and aromatic beta-methyl naphthalene under different aromatic ratio

圖3 煤油、洗油特征峰氣相色譜圖Fig.3 Gas chromatogram of characteristic peaks of kerosene and wash oil

1.3.3 精密度

配制在檢測(cè)線范圍內(nèi)的一組的煤油、洗油混合樣品，重復(fù)測(cè)定10次，考察該氣相色譜測(cè)定方法的精密度。取置信度95%，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，應(yīng)用氣相色譜

表4 精密度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Precision experimental data

法測(cè)定煤油、洗油混合溶劑質(zhì)量比，數(shù)據(jù)重復(fù)性較好，誤差小，精確度高。

2 結(jié)果與討論

1）由以上試驗(yàn)研究可知，采用本方法分析煤油、洗油混合溶劑質(zhì)量比，準(zhǔn)確度和精密度都可達(dá)到分析要求。

2)方法簡(jiǎn)便，操作快捷，微量分析，環(huán)境友好，可達(dá)到及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行的目的。