煤系針狀焦生產(chǎn)工藝的研究

徐東亞，李 峰，顏 麗（山東能源集團(tuán)棗莊礦業(yè)集團(tuán)煤化工研究院，山東 棗莊 277000）

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煤系針狀焦生產(chǎn)工藝的研究

徐東亞，李 峰，顏 麗
（山東能源集團(tuán)棗莊礦業(yè)集團(tuán)煤化工研究院，山東 棗莊 277000）

摘 要：本文主要對我國煤炭領(lǐng)域中針狀焦生產(chǎn)技藝的內(nèi)容進(jìn)行全面的分析和研究。在原材料預(yù)處理以及煅燒制度等方面進(jìn)行重點(diǎn)講解，使得這些內(nèi)容更加通俗易懂，讓更多的人了解煤炭的生產(chǎn)工藝，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)它的長遠(yuǎn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：針狀焦；生產(chǎn)工藝；煤系

0　引言

我國對煤炭的使用量驚人，但是有限的資源經(jīng)不起人們長期的使用。況且現(xiàn)在許多以煤為主要生產(chǎn)資源的企業(yè)并沒有意識到當(dāng)前的嚴(yán)峻情況，還在沒有節(jié)制地進(jìn)行浪費(fèi)。在所有的煤系生產(chǎn)工藝中，針狀焦是比較稀缺的一種生產(chǎn)工藝，它能夠用來制造超高功率的電極。在煉鋼的時候，可以利用它的高功率作用來完成目標(biāo)，這樣做能夠大大地縮短煉鋼時間，而且可以節(jié)省許多電量，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也足夠大。將針狀焦生產(chǎn)工藝進(jìn)行細(xì)化分類，還可以分成油系和煤系。這兩種的生產(chǎn)原料、發(fā)展歷程大大不同，現(xiàn)階段，煤系針狀焦生產(chǎn)技術(shù)更容易被推廣。

1　對生產(chǎn)工藝的整個流程進(jìn)行分析

1.1原材料的預(yù)處理過程

由整塊的固體煤轉(zhuǎn)化成煤瀝青一定要經(jīng)過加熱，將其中的成分通過化學(xué)反應(yīng)來變成其他物質(zhì)，如：呈平面正方形形狀的縮聚物。這要用物理學(xué)當(dāng)中的一些理論來解釋這個過程的意義。想要分子間的作用力更強(qiáng)，就需要它們之間的分子量變大，直至許多平面大分子聚集在一起，形成一個個大核。由于小球體之間是異性的，容易產(chǎn)生斥力，而瀝青母體之間又是以同性相吸的形式存在，導(dǎo)致小球體形成的張力大于母體。只有在偏光顯微鏡下才能看到面積非常小的球體。為了讓小球體與母體達(dá)到一種穩(wěn)定的熱力學(xué)狀態(tài)，要控制好溫度，使得大小分子相融，保持在最低自由能的狀態(tài)。經(jīng)過這樣反復(fù)的過程，小球才會不斷融合，慢慢變大。直到小球之間的張力足夠大，導(dǎo)致球狀開始變形，很容易發(fā)生解體的現(xiàn)象。此時，小球內(nèi)部的流動態(tài)組織將會流出，這個過程被稱為相變。而其中流出的動態(tài)組織就是中間相，它是針狀焦生產(chǎn)工藝中原材料所需的基本物質(zhì)?？墒?，煤瀝青中存在著一種物質(zhì)，它的體積非常小，數(shù)量多，阻礙小球體的成長。隨著溫度的升高，它容易被焦化，不能形成結(jié)構(gòu)完整的針狀焦組織。所以，在對原材料進(jìn)行預(yù)處理時，最關(guān)鍵的就是除去這個雜質(zhì)。先加熱將其與主要物質(zhì)分離開來，將對它進(jìn)行加工。這是完成預(yù)處理的目的，也是煤瀝青生產(chǎn)針狀焦的關(guān)鍵點(diǎn)所在。

1.2目前原料預(yù)處理的主要方式

對原料進(jìn)行加熱處理的時候，要滿足不添加溶劑的條件，利用改質(zhì)法技術(shù)將針狀焦提煉出來。它的主要提煉原理是先加熱，再將它進(jìn)行閃蒸，目的是為了將原料中的雜質(zhì)除去，然后用純凈的原料油進(jìn)行最后一步的加工處理，從而得出一個個煤系產(chǎn)品?？墒?，在現(xiàn)實(shí)生活中，要想滿足這些生產(chǎn)條件是非常不容易的。首先，熱處理過程所要求的環(huán)境條件要十分嚴(yán)格，不能有太多的差異存在，如：保證其中的組分含量在一定指標(biāo)，生產(chǎn)要連續(xù)、按照順序進(jìn)行等。其次，由于熱處理過程中的可控性比較差，然而為了使煤瀝青的芳香度達(dá)到既定的目標(biāo)，外部環(huán)境的溫度控制要到位。如果溫度過高，反應(yīng)速度太快，會使得熱處理的環(huán)境變差，不能得到預(yù)期效果；如果溫度過低，達(dá)不到反應(yīng)條件。

1.3延遲焦化所需要達(dá)到的要求

延遲焦化其實(shí)是一種高效的熱裂化工藝，它體現(xiàn)了將殘油變成輕質(zhì)油的過程，實(shí)現(xiàn)對碳的重新利用。一般利用管式爐來完成這個過程，管式爐出口的溫度控制很關(guān)鍵，通常要在505℃左右，最大不能超過510℃。而塔內(nèi)的溫度條件必須要大于460℃，并且時間要達(dá)到6個小時以上。如果現(xiàn)在是運(yùn)用瀝青焦成焦機(jī)理的話，對溫度的控制要求可以不需要那么嚴(yán)格，但是針狀焦生產(chǎn)工藝與之不同，正確的參數(shù)抉擇以及溫度的控制是所有過程中最主要的考慮因素。

1.4對煅燒熱工階段的探索

在煅燒熱工這個階段，分子結(jié)構(gòu)的變化是主要研究對象。煤炭在進(jìn)行煅燒的時候，只有當(dāng)它的分子結(jié)構(gòu)真正發(fā)生改變，才能使導(dǎo)電性增強(qiáng)，從而使密度提高。在整個煅燒過程中，會發(fā)生許多化學(xué)反應(yīng)，不斷地分解、結(jié)合，導(dǎo)致不同分子之間的結(jié)構(gòu)被打亂，重排，從而減小它們的體積。對于相同質(zhì)量的生焦來說，達(dá)到的溫度越高，揮發(fā)性越弱，造成密度變高，最終的產(chǎn)成品質(zhì)量也更好?？墒窃陟褵隣t的制作材料中有一些耐火材料會限制溫度的提升，導(dǎo)致不能將溫度達(dá)到最大化。因此，在這個過程中對煅燒設(shè)備的要求也要盡量符合煅燒條件，只有這樣才能使生產(chǎn)出來的針狀焦質(zhì)量達(dá)到理想化狀態(tài)。

2　我國煤系針狀焦未來的市場發(fā)展趨勢

煤產(chǎn)品在我國并不陌生，人們經(jīng)常利用這個資源來完成生活中很多工作。但是針狀焦無論是對發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家來說，都是一種非常稀缺的產(chǎn)品。近年來，它的價格一直在飆升，從最初的每噸500美元到現(xiàn)在的每噸1500美元以上。這僅僅是國際上的價格定位，更不用說在我國的需求情形。國內(nèi)對針狀焦的生產(chǎn)很是缺乏，幾乎是處在供不應(yīng)求的狀態(tài)，即使是出高價也很難買到這種產(chǎn)品。它之所以這么受歡迎是因?yàn)樗挠锰幏浅V。不僅在鋼鐵生產(chǎn)方面有著廣泛的應(yīng)用，而且在鋰離子電池、核石墨等方面也有很好的發(fā)展。作為一種先進(jìn)的碳素材料被各大領(lǐng)域所接受、認(rèn)可，可想而知，在未來市場上，它的發(fā)展?jié)撃苁嵌嗝礋o限的。目前各大領(lǐng)域?qū)λ氖褂眠€只是處在初級階段，還需要進(jìn)一步地研究才能更好地了解和運(yùn)用它。

3　結(jié)束語

綜上所述，我國的針狀焦生產(chǎn)技術(shù)與先前相比，有很大的進(jìn)步，但是目前仍然還存在著一些未解決的問題。因此，為了實(shí)現(xiàn)對它更好地發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)必須要加大對它的開發(fā)，對它的工藝流程有更深刻的了解，才能拓寬它的市場，促進(jìn)各個領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］高秋菊.針狀焦制備工藝及分析［J］.炭素技術(shù)，2013（03）.

［2］彭友林.我國煤系針狀焦原料預(yù)處理技術(shù)工業(yè)化研究進(jìn)展［J］.廣東化工，2014（15）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.026