石油系針狀焦的市場現(xiàn)狀與生產(chǎn)技術(shù)難點

曹傳奇

摘 要：我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展有利地推動了社會各行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展水平的提升，同時也有效增強(qiáng)了我國的經(jīng)濟(jì)實力和綜合國力。系針狀焦作為電路煉鋼環(huán)節(jié)的重要組成部分，重要是用于生產(chǎn)石墨電極，在鋰電池產(chǎn)品生產(chǎn)制造，以及在核電產(chǎn)業(yè)和航空領(lǐng)域方面能夠發(fā)揮重要作用。而隨著科技時代背景的推動下，促進(jìn)了電爐煉鋼技術(shù)的不斷優(yōu)化和完善，與之相應(yīng)的針狀焦在研發(fā)和生產(chǎn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)和要求也在不斷更新，旨在順應(yīng)社會生產(chǎn)發(fā)展的要求。針狀焦因生產(chǎn)過程中使用原料的不同，所以分為石油系和煤系兩種，根據(jù)具體應(yīng)用效果可以看出，石油系針狀焦相比煤系而言化學(xué)活性更強(qiáng)。本文針對石油系針狀焦市場現(xiàn)狀和以及相關(guān)技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)制造過程所出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究，分析阻礙我國石油系針狀焦的生產(chǎn)發(fā)展和相關(guān)技術(shù)難點。

關(guān)鍵詞：石油系針狀焦;生產(chǎn)制造;國內(nèi)市場現(xiàn)狀;技術(shù)難點分析

一、引言

針狀焦對于石墨電極生產(chǎn)方面具有重要作用。從當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r上看，國外發(fā)達(dá)國家例如美國、日本針對針狀焦的研發(fā)和生產(chǎn)制造起步較早，相關(guān)技術(shù)運(yùn)用已趨于成熟，且掌握著石油系針狀焦核心制造技術(shù)。相比之下，我國關(guān)于石油針狀焦的自主研發(fā)和生產(chǎn)制造起步較晚，但隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了各個領(lǐng)域行業(yè)的全面拓展，近年來我國針狀焦研發(fā)獲得突破性進(jìn)展，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。但在品質(zhì)和使用效果方面與進(jìn)口產(chǎn)品相比還存在一定的差距。因此，需要明確我國在石油系針狀焦目前市場發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)難點。

二、石油系針狀焦技術(shù)應(yīng)用介紹與分析

（一）石油系針狀焦在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況分析

石油系針狀焦技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代的美國。而我國正式開始對石油系針狀焦技術(shù)和生產(chǎn)制造方面的研究開始于20世紀(jì)80年代初，在國家著重于技術(shù)研發(fā)政策扶持下，我國科學(xué)研究院開始著手于進(jìn)行石油系針狀焦進(jìn)行各項試驗并不斷探索和研究多種測試方法。此外，20實際90年代開始，我國又完成了許多關(guān)于石油系來制備針狀焦的實驗研究，研發(fā)并申請了相關(guān)的專利技術(shù)。近幾年在國家相關(guān)政策的支持下，促使國內(nèi)很多科學(xué)院和相關(guān)企業(yè)進(jìn)行研發(fā)投入并促進(jìn)了行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)制造發(fā)展，我國關(guān)于石油系針狀焦技術(shù)研發(fā)水平也在不斷提升，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的最主要原因當(dāng)前國內(nèi)關(guān)于石油系針狀焦的需求較大，但國內(nèi)研發(fā)和生產(chǎn)制造力量無法滿足市場需求，國內(nèi)市場由很大一部分份額被進(jìn)口產(chǎn)品所占據(jù)。從當(dāng)前發(fā)展態(tài)勢來看，雖然當(dāng)前針對石油系針狀焦技術(shù)研發(fā)和制造的關(guān)注和重視度在不斷提升，但是就技術(shù)研發(fā)水平來說，還存在一定難點使得相關(guān)技術(shù)研發(fā)存在阻礙，導(dǎo)致我國與發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距。

（二）國內(nèi)石油系針狀焦企業(yè)技術(shù)應(yīng)用分析

結(jié)合國內(nèi)外產(chǎn)品品質(zhì)和使用效果進(jìn)行分析可以看出，二者關(guān)于石油系針狀焦品質(zhì)出現(xiàn)的差距主要是在熱膨脹系數(shù)和粒度分布兩個指標(biāo)值上存在的不同，體現(xiàn)出產(chǎn)品品質(zhì)差異[1]。造成這種品質(zhì)差距出現(xiàn)的原因主要是針對生產(chǎn)制造工藝中所存在的生產(chǎn)難點而等造成的。結(jié)合石油系針狀焦具體的生產(chǎn)工藝和方法內(nèi)容來看，其核心生產(chǎn)技術(shù)主要是針對原料預(yù)處理水平。目前真正實現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)只有山西宏特化工有限公司、中鋼集團(tuán)（鞍山）和錦州石化3個企業(yè)。相比之下，錦州石化公司的石油系針狀焦生產(chǎn)制造體系是較為成熟的，裝置加工能力水平不斷提升，產(chǎn)出的相關(guān)成品在市場上也可以達(dá)到中高檔水平，可以用于高功率或超高功率煉鋼用電極。

三、國內(nèi)關(guān)于石油系針狀焦市場分析

（一）工業(yè)化進(jìn)程的加快對針狀焦的需求量每日愈增

我國是全球工業(yè)生產(chǎn)大國，這主要是我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式所決定的。鋼鐵生產(chǎn)也是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。在這一背景下，我國對針狀焦的需求每日愈增。但目前我國關(guān)于針狀焦的技術(shù)研發(fā)水平以及生產(chǎn)產(chǎn)能與市場需求之間不相匹配。主要原因就是我國真正能生產(chǎn)出符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的石油系針狀焦企業(yè)少之又少，生產(chǎn)產(chǎn)能不穩(wěn)定，相關(guān)的技術(shù)研發(fā)工作就目前看來雖然在不斷推進(jìn)，但想滿足高功率或超高功率石墨電極還有較大的差距，這就導(dǎo)致了我國關(guān)于石油系針狀焦產(chǎn)品質(zhì)量控制方面存在障礙。目前針狀焦市場分為石油系針狀焦和煤系針狀焦，相比之下，石油系針狀焦無論是在項目發(fā)展數(shù)量上還是在發(fā)展水平上，都略低與煤系針狀焦，這也是阻礙我國石油系針狀焦有效拓展的主要原因之一。而隨著我國煉鋼行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提升，鋼業(yè)生產(chǎn)制造對對超高功率石墨電極的需求不斷增大。由此也彰顯出，我國工業(yè)發(fā)展水平的不斷提升以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，對針狀焦的需求量會越來越大。

（二）針狀焦市場價格浮動分析

針對我國當(dāng)前工業(yè)發(fā)展水平和以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)內(nèi)容等等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)石油系針狀焦相比煤系針狀焦更適用于我國，這將進(jìn)一步加劇了國內(nèi)針狀焦供需失衡的局面，目前為了解決石油系針狀焦供需失衡局面，只能依賴進(jìn)口。而從進(jìn)口產(chǎn)品近幾年價格浮動特點進(jìn)行分析可以看出，進(jìn)口的石油系針狀焦產(chǎn)品從2014年開始價格就一直呈上升趨勢。因此對于國內(nèi)行業(yè)來說，供給缺口加大以及進(jìn)口價格的不斷上升，石油系針狀焦將成為中國針狀焦行業(yè)新的投資熱點[2]。

四、我國石油針狀焦研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)難點分析

（一）原料預(yù)處理難點分析

通過對石油系針狀焦生產(chǎn)制造全過程進(jìn)行分析可以看出，針對原料預(yù)處理方面，石油作為主要原料，因石油資源本身具有特殊性，原油需要通過地下開采，并且我國的石油原油在開采和加工過程中會使用各種催化劑，使得石油產(chǎn)品中會存在一定量的雜質(zhì)，這種預(yù)處理方式對于石油系針狀焦的生產(chǎn)會帶來不利影響。此外，我國石油原因本身所含的成分大部分為脂肪烴，芳香烴含量低，這是我國現(xiàn)有石油資源特點所造成的。需要注意的是，優(yōu)質(zhì)石油系針狀焦的生產(chǎn)對于原料的要求標(biāo)準(zhǔn)方面較為嚴(yán)格，對芳香烴的含量有著高比例的要求，并選擇硫、氧、瀝青質(zhì)等含量低的石油來作為原料，要求硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.3%，瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.0%。但是就我國目前原有成分進(jìn)行檢測分析發(fā)現(xiàn)，我國加工的原油大部分屬于高硫原油，缺少適合生產(chǎn)針狀焦的芳香烴含量高的油，針對石油中的雜質(zhì)去除有較大的技術(shù)難度;同時，我國目前研發(fā)和生產(chǎn)制造較為成熟的錦州石化針對石油系針狀焦生產(chǎn)加工過程中要求使用適合生產(chǎn)針狀焦的原料進(jìn)行生產(chǎn)，原料不足和質(zhì)量不穩(wěn)定是制約針狀焦質(zhì)量穩(wěn)定的主要因素之一[3]。山東益大新材料有限公司針對石油系針狀焦生產(chǎn)裝置，設(shè)計采取了原料預(yù)處理工藝的同時，采取了各種脫除固體顆粒物的方式方法，，除選擇適合生產(chǎn)針狀焦的重油外，并在焦化之前脫除原料當(dāng)中的有害物質(zhì)。

（二）石油系針狀焦的延遲焦化過程存在的技術(shù)難點分析

針狀焦的生產(chǎn)操作工序較為復(fù)雜，在具體加工過程中對環(huán)境溫度變化和操作壓力控制上有較高的要求，針對焦化的壓力、時間、溫度能否真正做到科學(xué)合理的控制，來使反應(yīng)時間能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求是針狀焦生產(chǎn)焦化工藝的難點之一。同時，焦化工藝參數(shù)和以及具體操作標(biāo)準(zhǔn)能夠做到更好的優(yōu)化調(diào)整對整個針狀焦生產(chǎn)優(yōu)化和質(zhì)量提升也能夠起到重要作用。

1.規(guī)范加熱爐的變溫操作

采用加熱爐進(jìn)行變溫操作主要針對的是針狀焦生產(chǎn)過程中按照標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范操作使環(huán)境溫度能夠達(dá)到要求的參數(shù)。變溫的過程其實就是為促進(jìn)焦化反應(yīng)能夠在慢速、低溫的環(huán)境下進(jìn)行的同時延遲焦化反應(yīng)，以達(dá)到芳烴縮合，保證分子的有序排列，以保證其在壓力作用下能夠定向、固化，促使?fàn)顟B(tài)穩(wěn)定。整個石油系針狀焦生產(chǎn)過程中加熱爐是必不可少的一項工序操作，針對具體的溫度范圍變化參數(shù)來說也是有一定的要求和標(biāo)準(zhǔn)的，不能低于476℃下限，也不能超過上限500℃。同時也要注意的是，變溫爐是一個大的設(shè)備設(shè)施，要關(guān)注每一塔針狀焦質(zhì)量的均勻性問題：每一焦化塔在進(jìn)料過程當(dāng)中，由于溫度、壓力、空塔氣速等因素是變化的，所以焦化塔成焦后上、中、下質(zhì)量是不均勻的。怎樣有效地解決針狀焦質(zhì)量的均勻性問題，也是針狀焦生產(chǎn)應(yīng)該考慮的問題之一。

五、未來石油系針狀焦發(fā)展方向分析

（一）促進(jìn)國內(nèi)石油系針狀焦質(zhì)量的不斷提升

針狀焦的技術(shù)和市場一直由美國、日本等壟斷。目前國內(nèi)針狀焦實際生產(chǎn)中，還存在著質(zhì)量不夠穩(wěn)定，焦炭強(qiáng)度低及粉焦多等問題。生產(chǎn)的針狀焦雖然已批量用于高功率和超高功率石墨電極生產(chǎn)，還不能大批量用于大直徑超高功率石墨電極生產(chǎn)。近幾年我國對針狀焦研發(fā)一直沒有停止，產(chǎn)品質(zhì)量將不斷提高。山西宏特煤化工有限公司、中鋼集團(tuán)煤系針狀焦，錦州石化公司油系針狀焦裝置均已達(dá)到4萬～5萬噸/年的規(guī)模，并能穩(wěn)定運(yùn)行，不斷改進(jìn)質(zhì)量。

（二）國內(nèi)對于石油系針狀焦需求不斷增長

鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需要大量的超高功率電極和高功率電極。在這種背景下，用于超高功率電極和高功率電極生產(chǎn)的針狀焦的需求快速增長，估計每年需25萬噸左右。我國電爐鋼產(chǎn)量比例不足10%，世界電爐鋼平均產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到30%。我國廢鋼量已經(jīng)達(dá)到1.6億噸。按現(xiàn)在狀況從長遠(yuǎn)來看，電爐鋼發(fā)展是必然的，針狀焦供給不足將不可避免。因此要采取措施，增加原料來源，改進(jìn)制造方法，以滿足生產(chǎn)的需要。

（三）市場需求的擴(kuò)大推動國內(nèi)研發(fā)技術(shù)水平的提升

針狀焦質(zhì)量上的差距和需求上的增長要求加快我國針狀焦的研發(fā)速度，在研制和生產(chǎn)針狀焦時，研發(fā)人員越來越意識到針狀焦生產(chǎn)的難度，不斷加大研發(fā)力度，建設(shè)小試、中試裝置獲得實驗數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)。針狀焦的加工技術(shù)正在不斷進(jìn)行改進(jìn)，以滿足日益增長的需求。從原料和制造方式上看，目前世界性石油緊缺及含硫量越來越高，制約油系針狀焦的發(fā)展。油系針狀焦新的原料預(yù)處理工業(yè)生產(chǎn)裝置在山東益大新材料有限公建成投產(chǎn)，并生產(chǎn)出優(yōu)良的針狀焦原料，將有力提升油系針狀焦質(zhì)量和產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

[1]徐芹.針狀焦行業(yè)情況及技術(shù)應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2020，No.302（09）：162-162

[2]牟宗平，付公燚.我國針狀焦生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向述評[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2019，048（009）：32-36.

[3]李雙娟.針狀焦的生產(chǎn)及發(fā)展前景分析[J].中氮肥，2019，000（003）：1-6.