針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝技術(shù)研究

張磊 于得水

摘要：針狀焦是一種優(yōu)質(zhì)碳種，在石油化工行業(yè)中有廣泛應(yīng)用。在針狀焦生產(chǎn)利用過程中，生產(chǎn)工藝技術(shù)直接關(guān)系到針狀焦生產(chǎn)效益，加強(qiáng)工藝技術(shù)研究改進(jìn)意義重大。基于此，本文通過對相關(guān)文獻(xiàn)研究以及結(jié)合自己多年工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)情況下，就針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝技術(shù)進(jìn)行了探討，旨在促進(jìn)針狀焦生產(chǎn)工藝技術(shù)水平地提高，并未促進(jìn)其利用效益以及企業(yè)生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：針狀焦；生產(chǎn)現(xiàn)狀；工藝；技術(shù)

針狀焦是石油化工中使用較為廣泛的一種新型工業(yè)材料，用其作為用石墨電極，具有化學(xué)性能穩(wěn)定性強(qiáng)、耐腐蝕性能好、高導(dǎo)熱率及抗氧化性能突出等優(yōu)點(diǎn)。從整體而言，目前針狀焦生產(chǎn)中仍存在一定問題，因此在準(zhǔn)確把握針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對針狀焦利用工藝技術(shù)研究對于進(jìn)一步提高石油化工生產(chǎn)效益有深遠(yuǎn)意義。

一、針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀

從生產(chǎn)原料不同進(jìn)行分類，針狀焦分為油系針狀焦和煤系針狀焦兩種。其中，油系針狀焦主要以石油渣油為原料進(jìn)行生產(chǎn)，而煤系則以煤焦油瀝青及其劉芬作為主要原料。從國外發(fā)展看，石油系針狀焦自1950年美國太湖碳素公司發(fā)明以來，經(jīng)過近70年發(fā)展，隨著高功率電爐冶煉技術(shù)不斷提高，針狀焦作為超高功率電極主要原料得到快速發(fā)展，石化領(lǐng)域?qū)ζ渖a(chǎn)工藝技術(shù)研究也越來越重視。目前，美國和日本針狀焦生產(chǎn)能力處于領(lǐng)先地位，針狀焦總產(chǎn)能以達(dá)到86萬t/a。而相對于國外大多國家而言，我國針狀焦工業(yè)起步比較晚，開發(fā)研究始于20世紀(jì)80年代，1995年我國針狀焦實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，2006年山西宏特煤化工有限公司5萬t/a煤系針狀焦生產(chǎn)技術(shù)項(xiàng)目通過相關(guān)鑒定，有力推動了我國煤系針狀焦工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展。盡管我國針狀焦生產(chǎn)發(fā)展速度較快，但整體而言目前仍處于初成規(guī)模，產(chǎn)量基本能夠滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要階段。目前我國具有生產(chǎn)超高功率及大型高功率石墨電極用針狀焦能力的企業(yè)并不多，且在裝置規(guī)模、質(zhì)量等方面與國外先進(jìn)企業(yè)相比還有一定差距，尤其是在針對石墨電極接頭生產(chǎn)方面還比較欠缺，還不能生產(chǎn)出能夠滿足電極接頭要求的優(yōu)質(zhì)接頭針狀焦。因此，我國針狀焦生產(chǎn)相關(guān)工藝技術(shù)仍有待不斷完善提高。

二、針狀焦生產(chǎn)工藝技術(shù)

（一）原料預(yù)處理

通過對原料進(jìn)行預(yù)處理，可以將原料瀝青中雜質(zhì)去除掉，制取出精制瀝青。一般情況下，煤瀝青中除主要成分芳香烴外，還含有一定量喹啉不溶物（QI），其存在會導(dǎo)致焦化體系發(fā)生晶核作用，從而出現(xiàn)過早生成小球體并妨礙中間相小球體融并而生成鑲嵌結(jié)構(gòu)焦的情況，因此對原料進(jìn)行預(yù)處理是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。從目前生產(chǎn)現(xiàn)狀看，原料預(yù)處理中主要運(yùn)用蒸餾法、離心法、溶劑法及改質(zhì)法，各種處理方法各具特點(diǎn)和優(yōu)勢。

（1）蒸餾法。通過真空蒸餾將適合生產(chǎn)針狀焦原料切取出來，特點(diǎn)是工藝操作簡單，但是精制瀝青收率比較低。（2）離心法。就是利用離心機(jī)等機(jī)械設(shè)備去除QI的一種方法。在方法運(yùn)用中，對煤焦油瀝青進(jìn)行離心機(jī)中的溫度及粘度的控制是個(gè)關(guān)鍵，關(guān)系到QI去除情況。這種處理方法相對于蒸餾法而言，精制瀝青收率有所提高，但是由于其對設(shè)備有較高要求、投資大，但生產(chǎn)出來的針狀焦質(zhì)量缺一般，因此目前沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。（3）溶劑法。萃取劑主要以芳烴和脂肪烴進(jìn)行配制。原料中喹啉不溶物雜質(zhì)非常細(xì)小，但溶入混合溶劑后在凝聚沉降作用下顆粒會變大，經(jīng)分離就可以得到澄清液（輕相）和沉降液（重相）兩部分，喹啉不溶物主要聚集在沉降液中，再以蒸餾方式將兩相混合物進(jìn)行溶劑回收，就可以取得精制瀝青和重質(zhì)瀝青。溶劑法突出有點(diǎn)就是精制瀝青收率高，針狀焦質(zhì)量好，其不足主要體現(xiàn)在工藝比較復(fù)雜，且投資較大。（4）改質(zhì)法。這種方法主要是利用特定閃蒸塔等設(shè)備，將混合煤系原料油放入后，在特定溫度及真空度下進(jìn)行閃蒸，之后閃蒸油通過聚合釜而形成針狀焦原料縮聚瀝青。與蒸餾法一樣，該種方法雖然工藝簡單，但精制瀝青收率較低，且工藝控制存在一定難度。

（二）延遲焦化

延遲焦化工藝是實(shí)現(xiàn)精制瀝青深加工的重要工藝技術(shù)，目前而言工藝已比較成熟。延遲簡化工藝在設(shè)備及工藝操作方面比較復(fù)雜，工藝步驟如下：將通過預(yù)處理工藝得到的精制瀝青進(jìn)行加熱，達(dá)到工藝要求溫度后投入到焦化塔中，經(jīng)過裂解、縮合等反應(yīng)后得到延遲焦。在延遲焦工藝技術(shù)操作中，主要有以下技術(shù)控制要點(diǎn)：

（1）焦化溫度控制。一般情況下，焦化溫度低其升溫慢對于中間相生成是最有利的，但過低的話也會影響產(chǎn)品最終質(zhì)量，因此為生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)針狀焦，需要對焦化溫度進(jìn)行合理控制。（2）成焦壓力控制。加強(qiáng)成焦壓力控制目的主要是降低體系粘度，提升產(chǎn)品質(zhì)量。由于壓力過高原料中小分子成分會發(fā)生揮發(fā)，將成焦壓力控制在合理范圍內(nèi)，可以使其以液體狀態(tài)存在于體系中，從而降低體系整體黏度，以為中間相小球體成長提供更有利條件，這樣就可以在提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。實(shí)踐證明，成焦壓力控制在0.2-0.5MPa之間較適宜。（3）循環(huán)比控制。循環(huán)比對針狀焦生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)率都有很大影響，通過對循環(huán)比進(jìn)行控制不僅可以實(shí)現(xiàn)針狀焦質(zhì)量及產(chǎn)率的有效控制，同時(shí)其也是控制系統(tǒng)熱平衡及物料平衡的重要參數(shù)，因此在確保針狀焦生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面也有重要作用。一般煤系針狀焦生產(chǎn)中循環(huán)比應(yīng)控制在0.5-2.0。

（三）煅燒

煅燒工藝是針狀焦生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，主要是通過將生焦進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚詫⑵渲刑N(yùn)含水份及揮發(fā)份等排出，同時(shí)也有助于提升其強(qiáng)度、密度以及導(dǎo)電性等，這樣一來實(shí)現(xiàn)原料理化性能地提升。煅燒工藝技術(shù)應(yīng)用在針狀焦生產(chǎn)中具有提高炭質(zhì)原料密度、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性及化學(xué)穩(wěn)定性的作用，是針狀焦生產(chǎn)工藝中的一項(xiàng)重要技術(shù)應(yīng)用。需要特別注意的是在煅燒環(huán)境中我們必須要做好加熱爐變溫操作，其中溫度應(yīng)當(dāng)控制在476-500℃范圍內(nèi)。同時(shí)因?yàn)閷儆谧儨夭僮?，這就使得焦炭塔頂溢出熱油氣波動情況增大，且在高溫階段中由于熱油氣線速大大提升而容易出現(xiàn)沖塔情況。對此，企業(yè)在加熱爐變溫操作中必須要嚴(yán)格基于相關(guān)手冊開展，并做好沖塔情況應(yīng)對。

三、結(jié)束語

綜上所述，目前我國針狀焦生產(chǎn)雖然發(fā)展迅速，但是在生產(chǎn)各工藝流程中仍存在著較多問題。如在原料選擇和預(yù)處理中，由于各方面因素影響，精制瀝青質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象普遍；在延遲焦化中要實(shí)現(xiàn)針狀焦質(zhì)量地提高，就要對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，而如何優(yōu)化是個(gè)需要不斷探討的問題。針狀焦作為一種石油化工中的重要材料，加強(qiáng)相關(guān)生產(chǎn)工藝研究在促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)及社會經(jīng)濟(jì)方面有著重要意義，因此相關(guān)人員應(yīng)在全面分析我國針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，加強(qiáng)生產(chǎn)工藝技術(shù)研究，結(jié)合國外先進(jìn)生成工藝及實(shí)踐，不斷優(yōu)化針狀焦生產(chǎn)工藝技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展。

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