针状焦的生产与应用.docVIP

针状焦的生产与应用 目前，全球每年针状焦产量月为120万吨左右，其中石油系针状焦主要由美国、英国、日本等国生产，煤系针状焦生产以日本为主，日本已形成油洗、煤系针状焦共存的局面。我国每年的针状焦产量只有5吨。由于国内针状焦产量不足，我国每年要大量进口高价针状焦，预计今年我国针状焦需求量将超过30万吨，2010年需求量将达到40万吨，我国针状焦需求量80%～90%依赖进口。 电炉炼钢大型化和全球电炉炼钢产量增长速度加快，使得超高功率电极用量增加，针状焦需求量随之必然增加。要有效缓解我国针状焦生产的被动局面，减少进口成本，促进电弧炉炼钢的发展，我国急需加大对针状焦生产技术和引进技术的研究开发力度，提高我国针状焦生产技术水平，扩大生产量 1 针状焦的特性及工艺 针状焦是制造超高功率电极的骨料，应用于超高功率电炉炼钢生产中。超高功率电炉炼钢，须使用超高功率电极（UHP）,以针状焦为原料生产UHP最佳，但要求原料沥青中喹啉不溶物（QI）含量小于6%，甲苯不容物（TI）含量在24%～26%。电炉使用由针状焦制造的超高功率电极和使用普通相比，前者可缩短冶炼时间30%，吨钢耗电可节省50%，生产能力可增加1.3倍，同时消耗电极较少。国外电炉炼钢超高功率电极消耗情况：俄罗斯生产碳素钢和高合金钢企业石墨电极单耗3.7千克/吨钢；日本为5.2千克/吨钢；瑞典为6.7千克～7.2千克/吨钢。全球石墨电极产量的2/3消耗于电炉炼钢中。 针状焦具有电阻率小、热膨胀系数小、耐冲击性能强、机械强度高、抗氧化性能好、消耗低等优点。沥青针状焦在外观上和普通沥青焦不同。普通沥青焦与焦炭形状类似，气孔率可达50%；沥青针状焦为针状结晶，呈纤维流线状结构，其特点是膨胀系数小、比电阻小、假密度大（气孔率小）、真密度大、反应性小、容易石墨化等。 针状焦生产主要采用延迟焦化生产工艺，由美国标准油公司于1931年开发成功，最初用于从低品味的石油重油制取轻质油和石油焦。20世纪60年代中期，美国鲁玛斯公司将这一技术用于以煤焦油软沥青生产沥青焦。1968年日本日铁化工工业公司八幡钢铁厂以煤焦油为原料，通过延迟焦化、煅烧装置生产沥青焦的6万吨/年生产线成功投产，其延迟焦化塔为美国鲁玛斯式，煅烧窑为美国佩特洛卡布式。1970年日本三菱化成工业公司用同样方法开发生产出煤系针状焦，并1973年实现了工业化生产，且于1982年把这项技术应用于生产碳素纤维。在我国，宝钢于1985年采用日本技术建设了国内第一套沥青延迟焦化法装置生产沥青焦。 2 用煤焦油理清生产针状焦 煤焦油制针状焦的生产过程包括原料预处理、延迟焦化过程和煅烧3个工序。针状焦的质量指标为：挥发份0.19%，灰分0.07%，S0.27%，C98.63%，H0.07%，N0.33%，真密度2.136g/cm3，线膨胀系数1.10*10-6℃- 原料预处理阶段主要目的为除去一次喹啉不溶物（QI1）的杂物，以保证精制沥青中QI1质量分数小于1.0%。如采用真空闪蒸-加压缩聚法生产工艺，可以获得几乎不含有QI1的精制沥青。其过程主要控制参数为真空闪蒸温度和压力，以及加压缩聚温度和压力及缩聚时间。真空闪蒸过程可得到适宜密度和适宜芳香化度，加压缩聚过程可得到含量较高的中间相先驱体（β组分）缩聚沥青，同时可降低QI2的含量。 在焦化初期，煤焦油沥青通过管式炉加热至400℃时，其熔融区域有称之为“中间相”的各相异性的“小球体”即球晶，进一步加热时，小球体会循环合并，互相融合，形成石墨化晶格，最终形成流态化状纤维结构。生产针状焦的初始原料煤焦油及软沥青（或改质沥青）中的杂质会影响中间相的各向异性“小球体” 延迟焦化过程主要利用中间相物质的塑性流动和分子排列的有序性及气相产物产生的剪切力，进行所谓的“气流拉焦丝”，最终形成流线状纤维结构的针状焦。在焦化过程中易出现结焦现象，为防止结焦，一般要向炉管内注入2940千帕高压水蒸汽，使沥青油以高速湍流状态，通过临界分解区域。 煅烧过程是将流线状纤维结构的针状焦通过回转窑加热到1300-1450℃ 3煤焦油利用的发展方向 在针状焦的原料方面，目前全球煤焦油年产量约2000万吨，我国煤焦油产量约1200万吨-1250万吨，约占全球产量的2/3，是全球煤焦油沥青及煤制化学品的最大的供应商。但我国目前煤焦油实际加工量只有500余万吨，加工装置单套能力小且分散。国内改质沥青缺口很大，而国外一些煤焦油加工企业因原料的短缺而停工转产，沥青及改质沥青就全球需求而言缺口极大。我国煤焦油集中加工、装置单套能力大型化，煤焦油蒸馏下游精制产品集中化开发，超高功率电极所需针状焦技术的开发及沥青焦、碳纤维技术的研究是煤焦油理由发展方向。 4 针状焦的供给 因国际石油加工方向的转变，美国针状焦制造商UNOCAC公司芝加哥工厂停产，