煤系针状焦中试生产技术

2022-02-11 来源：未知

针状焦是外观为银灰色、有金属光泽的多孔固体，表面具有明显的细长针状或纤维的纹理走向，内部孔大而少且略成椭圆，是碳素工业的一种重要原料，具有低孔隙率、低灰分、低含硫量、低热膨胀系数（CTE）、高导电率和易石墨化等优点，是制造超高功率石墨电极的优质原料。我国针状焦实现了规模化工业生产，总产能达到20多万吨/年，但是依然存在质量不稳定的问题，不能满足制作高功率石墨电极的使用要求，不能满足国内市场的需要。目前我国使用超高功率石墨电极的电炉炼钢比例尚不到10%，中国针状焦市场需求在10-15万吨/年，几乎80%优质针状焦来源于进口，十年后优质针状焦的需求量将超过40万吨/年，并且进口针状焦价格正在逐年上升（国产针状焦的价格却在降低）。要在短时间内提高国产针状焦的质量和生产规模还有很多工作要做。

技术进展

近年来我国钢铁行业的崛起，推动电炉炼钢技术迅猛发展，针状焦作为生产超高功率石墨电极的原料，其生产技术和应用正在不断努力适应电炉炼钢技术的发展要求。我国对针状焦的研究始于20世纪70年代末，近几年也投产了一批自主开发技术的针状焦项目，我国目前形成针状焦产能的企业有：①山西宏特煤化工有限公司3x5万吨/年煤系针状焦，现已停产；②鞍山热能院4万吨/年煤系针状焦(一期)；③锦州石化2万吨每年油系针状焦。在建、拟建的项目有：①鞍山热能院4万吨每年煤系针状焦(二期)；②河南平顶山4万吨每年煤系针状焦；③黑龙江七台河宝泰隆5万吨每年煤系针状焦；④山东德临新型碳材料有限公司年产10万吨每年针状焦；⑤喜科墨（江苏）针状焦科技有限公司年产6万吨每年煤系针状焦项目等。正在做中试并准备建工业化装置的有山东枣庄矿业集团等。目前，国内针状焦已经形成产能，但是优质针状焦80%还是依赖进口。这说明国内针状焦生产技术的开发依然有亟待解决的瓶颈。开发自主知识产权的针状焦生产技术，生产性能优异的针状焦刻不容缓。

技术新颖性

天津大学化工学院在中间相研究领域坚持30年之久，对中间相转化机理有深刻的理解和认识，同时还成功完成了中间相炭微球的产业化和中间相炭纤维的中试生产，做好了充分的理论和生产实践的准备。在此基础上形成了自己的针状焦专有技术。该技术主要包括煤焦油沥青净化技术和延迟焦化技术。针状焦生产对原料要求很高，控制煤焦油沥青中原生喹啉不溶物含量和适当的分子量分布是原料预处理的关键。原料预处理的主要方法有闪蒸法、加氢法、离心法、溶剂法，我国的针状焦生产装置主要采用闪蒸法和溶剂法。方法不同但是想要得到的目标产品精制沥青是一致的。煤沥青净化技术采用双溶剂连续沉降工艺去除煤焦油沥青中原生喹啉不溶物，能够将煤焦油沥青中原生喹啉不溶物去除到0.1%以下，并且保证较高的产品收率。延迟焦化工艺参数与原料（精制沥青）性质有一定的对应关系，在稳定原料质量的前提下，如何优化延迟焦化的工艺参数．是生产高质量针状焦的主要问题。这一问题的解决取决于对针状焦成焦机理的把握和理解的深度。针状焦成焦过程实质上是碳质中间相的生成、生长和转化过程，碳质中间相是一切易石墨化的有机物达到高度石墨化结构炭的必经之路。延迟焦化技术采用变温变压操作，结合中间相生成、发展的理论控制延迟焦化工艺条件，制备宏观结构取向完好的针状焦。

技术成熟度

天津大学王成扬课题组形成的煤系针状焦技术来源于在该领域多年的坚持和积累，以中间相理论为指导依据。目前正在与枣庄矿业集团合作开展300万吨/年煤系针状焦中试，并取得了阶段性成果，将为工业生产提供技术数据支持，推动国产优质针状焦技术产业化进程。

技术经济性

我国煤焦油加工无论在规模上还是技术上均达到了国际先进水平。煤沥青是煤焦油加工的大宗产品，产量占煤焦油量的52％～56％，煤沥青产能严重过剩，市场一直供大于求，所以煤焦油沥青资源利用亟待解决。煤沥青净化后(去除原生喹啉不溶物)可以作为煤系针状焦、炭纤维等高附加值炭材料的原料，可以消耗部分煤焦油沥青资源。煤焦油沥青净化技术结合延迟焦化技术可推动国产煤系针状焦技术的发展成熟，为煤系针状焦产业化奠定基础。

技术推广需要解决的问题等

受钢铁行业不景气态势的影响，针状焦行业受到较大冲击，特别是国产针状焦生产企业。在市场需求量价齐跌的形势下，大部分生产企业均进行停产检修或间歇生产来缓解市场带来的生存压力。但这些只是表象，暂时的，要想从根本上解决，首先需要解决的是针状焦产品质量问题，针状焦生产技术不过关问题。只有获得质量优异的针状焦才能抢占市场份额，降低对进口针状焦的依赖。国内煤系针状焦技术还需要加大科研投入，尤其是科研软实力的投入，针状焦行业发展到现在面临的已经不是产线技术人员能够解决的简单技术问题了，而是要深层次理解剖析根本问题所在。透过表象抓住事物的本质来分析问题，最终解决全部工艺流程的技术问题，推动针状焦产业的健康发展。

晋龙木子科研笔记

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