中間相瀝青和針狀焦是一類高端碳材料，中間相瀝青具有各向異性結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在制備碳纖維和泡沫炭等領(lǐng)域；針狀焦具有熱膨脹系數(shù)小、電導(dǎo)率高、真密度大的特點(diǎn)，是生產(chǎn)石墨電極和鋰離子電池負(fù)極的主要材料。中間相瀝青和針狀焦都是由富含芳烴的石油或煤焦油經(jīng)液相炭化得到，二者在生產(chǎn)上具有連續(xù)性。具體形成過程為大分子多環(huán)芳烴在較低的溫度下緩慢縮合形成中間相小球，中間相小球不斷生長、融并形成大面積各向異性中間相瀝青；中間相瀝青經(jīng)過進(jìn)一步熱縮聚并在逸出氣流的作用下最終形成具有針形細(xì)纖維結(jié)構(gòu)的針狀焦。

焦油包括乙烯焦油、苯乙烯焦油、煤焦油。這類焦油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高，黏度大，嚴(yán)重限制了其作為燃料能源的深加工和利用，導(dǎo)致價(jià)格較為低廉。同時(shí)，目前我國油系中間相瀝青和針狀焦的常規(guī)原料為催化油漿，其中優(yōu)質(zhì)低雜的催化油漿數(shù)量較少，而高雜質(zhì)含量的催化油漿還需要額外的高成本處理工序，從而使得中間相瀝青和針狀焦的利潤被大幅壓縮。

由于焦油具有芳烴含量高的優(yōu)勢，尤其是乙烯焦油、苯乙烯焦油還具有幾乎不含硫、氮等雜原子及固體顆粒的優(yōu)勢，可以考慮將焦油應(yīng)用到常規(guī)油系中間相瀝青和針狀焦的生產(chǎn)，并根據(jù)中間相瀝青和針狀焦的形成歷程制定焦化方法以到達(dá)制備優(yōu)質(zhì)中間相基碳材料的目的，同時(shí)可以降低原料成本，擴(kuò)大油系中間相瀝青和針狀焦原料的來源。但是在工業(yè)上，焦油不能直接用來炭化制備高質(zhì)量中間相基碳材料，即使與其他原料共炭化也會出現(xiàn)炭化不相容、分相成焦的現(xiàn)象。

本專利開發(fā)了一種利用焦油制備高質(zhì)量碳材料的方法，一方面通過對焦油進(jìn)行精制處理降低其反應(yīng)活性，解決其與油漿共炭化不相容的問題；另一方面根據(jù)中間相瀝青和針狀焦液相炭化反應(yīng)的形成機(jī)理，開發(fā)出淺度熱縮聚和深度熱縮聚變換焦化反應(yīng)工藝，所制備的中間相瀝青中間相含量高、所制備針狀焦的性能與單獨(dú)使用催化油漿制備的針狀焦性能幾乎相同，但是針狀焦產(chǎn)量顯著增加，提高了焦油的經(jīng)濟(jì)附加值，擴(kuò)展常規(guī)油系針狀焦原料的來源。

一種利用焦油制備高質(zhì)量碳材料的方法，包括如下步驟：

(1)焦油經(jīng)溶劑萃取、加氫精制、色譜分離、常減壓蒸餾精制方法中的一種或幾種精制方法得到精制焦油。

(2)將步驟(1)中得到的精制焦油與催化油漿充分混合后轉(zhuǎn)入焦化器進(jìn)行淺度熱縮聚和深度熱縮聚變換制備碳材料。

本發(fā)明通過簡單的精制方法實(shí)現(xiàn)對裂解焦油精制，取得了調(diào)整裂解焦油分子結(jié)構(gòu)，脫除快速反應(yīng)組分的效果，解決了焦油與催化油漿炭化不相容的問題，有效擴(kuò)大了常規(guī)油系中間相瀝青和針狀焦生產(chǎn)原料的來源。

利用兩種原料優(yōu)勢互補(bǔ)的特點(diǎn)，利用催化油漿中富含芳并環(huán)烷烴(＞15.0％)及烷基側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)來調(diào)節(jié)精制焦油的炭化速率，提升碳材料性能；利用精制焦油密度?3大(＞1.02g·cm )、芳烴含量高(＞55wt％)的特點(diǎn)提升常規(guī)油系碳材料產(chǎn)量。

淺度熱縮聚和深度熱縮聚變換焦化的方法具有靈活性，既可以制備中間相瀝青也可以制備針狀焦，可根據(jù)需要靈活選擇。

在焦化過程前期采用淺度熱縮聚方式，使混合原料炭化速率降低，并且給予高壓環(huán)境可使輕組分保留在反應(yīng)體系中，降低體系黏度，有利于形成大面積各向異性中間相瀝青。

在焦化過程后期變換為深度熱縮聚，并顯著降低體系壓力。深度熱縮聚與低壓條件相互耦合，以使進(jìn)一步裂解、縮聚產(chǎn)生的氣體對中間相產(chǎn)生物理化學(xué)形變，最終形成針形纖維結(jié)構(gòu)的針狀焦。