針狀焦生產現狀及工藝技術研究

張磊 于得水

摘要：針狀焦是一種優質碳種，在石油化工行業中有廣泛應用。在針狀焦生產利用過程中，生產工藝技術直接關系到針狀焦生產效益，加強工藝技術研究改進意義重大。基于此，本文通過對相關文獻研究以及結合自己多年工作實踐經驗情況下，就針狀焦生產現狀及工藝技術進行了探討，旨在促進針狀焦生產工藝技術水平地提高，并未促進其利用效益以及企業生產打下堅實基礎。

關鍵詞：針狀焦；生產現狀；工藝；技術

針狀焦是石油化工中使用較為廣泛的一種新型工業材料，用其作為用石墨電極，具有化學性能穩定性強、耐腐蝕性能好、高導熱率及抗氧化性能突出等優點。從整體而言，目前針狀焦生產中仍存在一定問題，因此在準確把握針狀焦生產現狀基礎上，加強對針狀焦利用工藝技術研究對于進一步提高石油化工生產效益有深遠意義。

一、針狀焦生產現狀

從生產原料不同進行分類，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行生產，而煤系則以煤焦油瀝青及其劉芬作為主要原料。從國外發展看，石油系針狀焦自1950年美國太湖碳素公司發明以來，經過近70年發展，隨著高功率電爐冶煉技術不斷提高，針狀焦作為超高功率電極主要原料得到快速發展，石化領域對其生產工藝技術研究也越來越重視。目前，美國和日本針狀焦生產能力處于領先地位，針狀焦總產能以達到86萬t/a。而相對于國外大多國家而言，我國針狀焦工業起步比較晚，開發研究始于20世紀80年代，1995年我國針狀焦實現了連續生產，2006年山西宏特煤化工有限公司5萬t/a煤系針狀焦生產技術項目通過相關鑒定，有力推動了我國煤系針狀焦工業化生產發展。盡管我國針狀焦生產發展速度較快，但整體而言目前仍處于初成規模，產量基本能夠滿足國內生產需要階段。目前我國具有生產超高功率及大型高功率石墨電極用針狀焦能力的企業并不多，且在裝置規模、質量等方面與國外先進企業相比還有一定差距，尤其是在針對石墨電極接頭生產方面還比較欠缺，還不能生產出能夠滿足電極接頭要求的優質接頭針狀焦。因此，我國針狀焦生產相關工藝技術仍有待不斷完善提高。

二、針狀焦生產工藝技術

（一）原料預處理

通過對原料進行預處理，可以將原料瀝青中雜質去除掉，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），其存在會導致焦化體系發生晶核作用，從而出現過早生成小球體并妨礙中間相小球體融并而生成鑲嵌結構焦的情況，因此對原料進行預處理是非常重要的一個環節。從目前生產現狀看，原料預處理中主要運用蒸餾法、離心法、溶劑法及改質法，各種處理方法各具特點和優勢。

（1）蒸餾法。通過真空蒸餾將適合生產針狀焦原料切取出來，特點是工藝操作簡單，但是精制瀝青收率比較低。（2）離心法。就是利用離心機等機械設備去除QI的一種方法。在方法運用中，對煤焦油瀝青進行離心機中的溫度及粘度的控制是個關鍵，關系到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，但是由于其對設備有較高要求、投資大，但生產出來的針狀焦質量缺一般，因此目前沒有實現工業化。（3）溶劑法。萃取劑主要以芳烴和脂肪烴進行配制。原料中喹啉不溶物雜質非常細小，但溶入混合溶劑后在凝聚沉降作用下顆粒會變大，經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行溶劑回收，就可以取得精制瀝青和重質瀝青。溶劑法突出有點就是精制瀝青收率高，針狀焦質量好，其不足主要體現在工藝比較復雜，且投資較大。（4）改質法。這種方法主要是利用特定閃蒸塔等設備，將混合煤系原料油放入后，在特定溫度及真空度下進行閃蒸，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

延遲焦化工藝是實現精制瀝青深加工的重要工藝技術，目前而言工藝已比較成熟。延遲簡化工藝在設備及工藝操作方面比較復雜，工藝步驟如下：將通過預處理工藝得到的精制瀝青進行加熱，達到工藝要求溫度后投入到焦化塔中，經過裂解、縮合等反應后得到延遲焦。在延遲焦工藝技術操作中，主要有以下技術控制要點：

（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品最終質量，因此為生產出優質針狀焦，需要對焦化溫度進行合理控制。（2）成焦壓力控制。加強成焦壓力控制目的主要是降低體系粘度，提升產品質量。由于壓力過高原料中小分子成分會發生揮發，將成焦壓力控制在合理范圍內，可以使其以液體狀態存在于體系中，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品質量及生產效率。實踐證明，成焦壓力控制在0.2-0.5MPa之間較適宜。（3）循環比控制。循環比對針狀焦生產質量和產率都有很大影響，通過對循環比進行控制不僅可以實現針狀焦質量及產率的有效控制，同時其也是控制系統熱平衡及物料平衡的重要參數，因此在確保針狀焦生產系統穩定性方面也有重要作用。一般煤系針狀焦生產中循環比應控制在0.5-2.0。

（三）煅燒

煅燒工藝是針狀焦生產的最后環節，主要是通過將生焦進行高溫熱處理，以將其中蘊含水份及揮發份等排出，同時也有助于提升其強度、密度以及導電性等，這樣一來實現原料理化性能地提升。煅燒工藝技術應用在針狀焦生產中具有提高炭質原料密度、機械強度、導電性及化學穩定性的作用，是針狀焦生產工藝中的一項重要技術應用。需要特別注意的是在煅燒環境中我們必須要做好加熱爐變溫操作，其中溫度應當控制在476-500℃范圍內。同時因為屬于變溫操作，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沖塔情況。對此，企業在加熱爐變溫操作中必須要嚴格基于相關手冊開展，并做好沖塔情況應對。

三、結束語

綜上所述，目前我國針狀焦生產雖然發展迅速，但是在生產各工藝流程中仍存在著較多問題。如在原料選擇和預處理中，由于各方面因素影響，精制瀝青質量不穩定現象普遍；在延遲焦化中要實現針狀焦質量地提高，就要對工藝參數進行優化，而如何優化是個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，加強相關生產工藝研究在促進工業生產及社會經濟方面有著重要意義，因此相關人員應在全面分析我國針狀焦生產現狀基礎上，加強生產工藝技術研究，結合國外先進生成工藝及實踐，不斷優化針狀焦生產工藝技術，促進行業快速發展。

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