改質(zhì)瀝青存在的質(zhì)量問(wèn)題及對(duì)策

（河南神火集團(tuán)鋁業(yè)電力有限公司炭素廠，河南 永城 476600）

改質(zhì)瀝青主要用于電解鋁行業(yè)生產(chǎn)預(yù)焙陽(yáng)極塊，制造高功率電極棒，也可作為電極黏結(jié)劑。改質(zhì)瀝青是以中溫瀝青為原料，經(jīng)過(guò)加熱反應(yīng)，析出小分子氣體，同時(shí)瀝青中原有的β 樹(shù)脂一部分轉(zhuǎn)化為二次α 樹(shù)脂，苯溶物的一部分轉(zhuǎn)化為β 樹(shù)脂，α 成分增長(zhǎng)，黏結(jié)性增加，瀝青得到了改質(zhì)。近年來(lái)，煉鋁工業(yè)和鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展，冶煉及電極制造行業(yè)對(duì)炭素制品的要求越來(lái)越高。特別是我國(guó)新能源電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，生產(chǎn)高功率電極的廠家對(duì)改質(zhì)瀝青的需求量不斷增大，再加上國(guó)家環(huán)保對(duì)化工企業(yè)的嚴(yán)管，生產(chǎn)改質(zhì)瀝青原料的煤焦油裝置開(kāi)工率低，產(chǎn)能增加有限，改質(zhì)瀝青現(xiàn)有產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)，因此選擇一條規(guī)模合適、節(jié)能減排、合理的工藝尤為重要。

一、改質(zhì)瀝青質(zhì)量影響因素分析

（一）改質(zhì)瀝青生產(chǎn)操作參數(shù)的影響

在瀝青改質(zhì)過(guò)程中，瀝青的BI 受溫度的影響較大，在相同的時(shí)間內(nèi)，降低反應(yīng)釜的溫度可以降低改質(zhì)瀝青BI 的含量;在一定的溫度下，BI 值與聚合時(shí)間呈良好的線性關(guān)系。QI 可分為一次QI(原生QI)和二次QI(次生QI)，在390℃以前，二次QI 增加得很少，幾乎沒(méi)有什么變化，在390℃以后，改質(zhì)瀝青的QI 與聚合溫度呈指數(shù)關(guān)系變化。

（二）原料焦油質(zhì)量的影響

原料焦油的BI 和QI 含量直接影響改質(zhì)瀝青產(chǎn)品質(zhì)量。YB/T 5075—2010規(guī)定原料焦油一級(jí)品BI 含量在3.5%～7.0%，二級(jí)品BI 含量≤9%，原料焦油QI 一般在1.5%～3%。改質(zhì)瀝青的原料焦油中BI 和QI 均大幅超標(biāo)。影響原料焦油BI 和QI 的主要因素是煉焦工藝操作和后續(xù)焦油冷凝、分離、脫渣等工序。

二、改質(zhì)瀝青主要組分對(duì)質(zhì)量的影響

煤瀝青(coal-tar pitch)是碳素行業(yè)的重要原料,是以芳香族為主、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多環(huán)芳烴化合物構(gòu)成的混合體,在隔絕空氣的情況下把煤瀝青進(jìn)行高溫聚合就形成改質(zhì)瀝青。改質(zhì)瀝青有兩個(gè)非常重要的質(zhì)量指標(biāo)：甲苯不溶物BI(benzeneinsolubles)和喹啉不溶物QI(quinoline insolu-bles)。

BI(甲苯不溶物)是瀝青不溶于甲苯的殘留物，由多種不同化學(xué)成分的高分子碳?xì)浠衔锝M成的混合物,在碳材料生產(chǎn)中主要起粘結(jié)作用。焦化溫度越高，熱解越深，BI 含量越高。BI 組分雖然粘結(jié)性不好，但在加熱后有可塑性且參與生成焦炭網(wǎng)格形成。其焦化值可達(dá)90%～95%，在一定范圍內(nèi)，瀝青的結(jié)焦值隨著B(niǎo)I 的增加而增加。

QI(喹啉不溶物)可以分為原生QI 和次生QI 兩部分,采用中等真空蒸餾技術(shù)，降低蒸餾溫度，可以降低次生QI。一定量的分布均勾的原生QI 粒子，有利于提高制品的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。增加QI 含量，可使瀝青焦炭結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，但是QI 過(guò)高，會(huì)使瀝青流動(dòng)性降低;過(guò)低的QI 含量會(huì)使糊料偏析、分層。

三、采取措施

（一）降低爐頂空間溫度

一是在現(xiàn)有條件下，每爐炭化室裝煤后嚴(yán)格進(jìn)行平煤操作，嚴(yán)禁缺角，保證煤線均勻，提高煤線高度，爐頂空間保持在200～300 mm，且嚴(yán)格控制每爐裝煤量±0.6%。二是增加熱工調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)、補(bǔ)漏等頻次。三是根據(jù)高爐對(duì)焦炭的需求，平衡新、老焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)二期焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間。通過(guò)以上措施保證爐頂空間溫度為800±30℃，特殊爐號(hào)不超過(guò)850℃。

（二）降低高壓氨水壓力

對(duì)焦?fàn)t裝煤除塵設(shè)施進(jìn)行清理，清透管線，更換除塵布袋，降低除塵阻力，提高除塵吸力，并對(duì)部分設(shè)施優(yōu)化改造。在保證除塵效果的前提下，降低高壓氨水壓力，最高不超過(guò)3.5MPa。

（三）提高焦油脫渣能力

更換超級(jí)離心機(jī)，轉(zhuǎn)速由1700r/min 提高至2000r/min；修復(fù)原有2 臺(tái)離心機(jī)，采取2 開(kāi)1 備方式，保證除渣效果。

（四）提高管式爐二段出口溫度

將管式爐二段出口溫度由380～400℃提高到400～405℃，縮短反應(yīng)釜熱聚合時(shí)間，減少次生QI 的產(chǎn)生。

總結(jié)：綜上所述，從改質(zhì)瀝青生產(chǎn)主要操作參數(shù)和原料焦油質(zhì)量方面進(jìn)行了分析，通過(guò)采取多種措施，改質(zhì)瀝青質(zhì)量達(dá)到了二級(jí)品要求，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。一是嚴(yán)格控制爐頂空間溫度800±30℃，特殊爐號(hào)不超過(guò)850℃。二是改造煉焦裝煤除塵設(shè)施，優(yōu)化現(xiàn)有除塵系統(tǒng)，提高除塵吸力，降低高壓氨水壓力，最高不超過(guò)3.5MPa。三是采用德國(guó)超級(jí)離心機(jī)，轉(zhuǎn)速由1700 r/min 提高至2000 r/min，采取2 開(kāi)1 備方式，降低焦油含渣量。四是將管式爐二段出口溫度由380～400℃提高到400～405℃，縮短反應(yīng)釜熱聚合時(shí)間，減少Q(mào)I 的產(chǎn)生次數(shù)。五是外購(gòu)優(yōu)質(zhì)原料焦油均勻摻混到我廠原料焦油中，可小幅降低焦油的BI 和QI 含量。