王軍(方大喜科墨（江蘇）針狀焦科技有限公司,江蘇徐州221300)

針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝技術(shù)研究

王軍(方大喜科墨（江蘇）針狀焦科技有限公司,江蘇徐州221300)

針狀焦是20世紀70年代出現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)碳種，廣泛地應(yīng)用于電爐煉鋼中。本文介紹了國內(nèi)外針狀焦的生產(chǎn)現(xiàn)狀以及針狀焦的生產(chǎn)工藝技術(shù)，提出國內(nèi)針狀焦的生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量還有待提高。

針狀焦；生產(chǎn)現(xiàn)狀；工藝技術(shù)

針狀焦通常情況下主要是用來生產(chǎn)石墨電極，屬于一種新型材料。利用這種材料生產(chǎn)出的石墨電極具有良好的化學性能和物理性能，抗腐蝕性和耐磨性較高，抗氧化性較強，本著自身的優(yōu)點得到了各行業(yè)的高度認可，在目前的工業(yè)生產(chǎn)中十分常見。

1 針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 國外生產(chǎn)現(xiàn)狀

油系針狀焦最早由美國大湖碳素公司發(fā)明，直到1968年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1970年日本三菱化成工業(yè)公司對煤系針狀焦進行了大力度開發(fā)，從目前的情況來看，國外的針狀焦生產(chǎn)技術(shù)基本趨于成熟。比較知名的廠家有美國大陸石油公司、美國大湖炭素公司、日本興亞株式會社、三菱化學株式會社等。

1.2 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國對針狀焦的研究最初于20世紀70年代，直到目前為止已經(jīng)有了將近40個年頭。目前我國在這方面取得成就較為明顯的有山西宏特煤化工公司（煤系）、中鋼集團鞍山熱能研究院（煤系）和錦州石化公司（油系）等三家企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年對針狀焦的需求量約為20萬噸，但由于國內(nèi)針狀焦產(chǎn)能上的不足和質(zhì)量穩(wěn)定性的欠缺，還有部分依賴進口。

2 針狀焦生產(chǎn)工藝技術(shù)

油系針狀焦和煤系針狀焦的生產(chǎn)工藝基本上沒有區(qū)別，都要經(jīng)過原料處理、延遲焦化以及煅燒三個環(huán)節(jié)。

2.1 原料預(yù)處理

由于油系針狀焦原料雜質(zhì)含量較低，因此預(yù)處理相對簡單。而煤系針狀焦的原料中主要含有喹啉不溶物等雜質(zhì)，不僅不利于炭化晶體融并，也會影響成焦組織。關(guān)于煤系針狀焦原料預(yù)處理方法主要有以下幾種。

2.1.1 蒸餾分離法

蒸餾分離法最初源于美國，由美國申請專利。這種技術(shù)是將原料采用真空蒸餾裝置進行分餾切割，可以有效去除喹啉不溶物等雜質(zhì)。蒸餾分離法的核心就是真空分餾，操作簡單、成本較低；存在的缺點是原料收率低。

2.1.2 離心分離法

利用離心裝置將煤質(zhì)瀝青中原料和雜質(zhì)分離，然后過濾除去含喹啉不溶物等雜質(zhì)的殘渣。該工藝技術(shù)的特點是原料收率高，但投資大且產(chǎn)品質(zhì)量一般。

2.1.3 溶劑分離法

溶劑分離法指的是利用相應(yīng)的溶劑分離煤質(zhì)瀝青中的喹啉不溶物雜質(zhì)，該技術(shù)的關(guān)鍵是如何將脂肪烴和芳香烴進行混合才能配制成萃取液。溶劑分離法的優(yōu)點是操作簡單、控制容易、產(chǎn)品質(zhì)量好；缺點是需要耗費大量的成本。

2.1.4 改質(zhì)分離法

改質(zhì)分離法由我國申請的專利。主要指的是在特定的環(huán)境下對將煤質(zhì)瀝青進行閃蒸，之后在專用聚合釜內(nèi)聚合，隨即就可以得到一種縮聚瀝青，也就是針狀焦原料。改制分離法的優(yōu)點是工藝簡單、耗費成本低；從目前的情況來看這種技術(shù)的研發(fā)還尚未完善，處于初始階段，還未成功實現(xiàn)工業(yè)化。

目前，我國成功進入工業(yè)化階段的煤系針狀焦原料預(yù)處理工藝技術(shù)只有溶劑分離法，這種技術(shù)由中鋼熱能研究院研發(fā)試驗并進入工業(yè)化生產(chǎn)階段，自研發(fā)成功以來取得了很多顯著的成績。

2.2 延遲焦化

延遲焦化工藝分為兩個步驟：首先將通過預(yù)處理工藝得到的精制瀝青進行加熱；滿足溫度要求后將其投入焦化塔，使其發(fā)生裂解、縮合等反應(yīng)，最終生產(chǎn)出延遲焦。延遲焦化工藝技術(shù)的關(guān)鍵是焦化溫度的控制、成焦壓力的控制和循環(huán)比的控制。

2.2.1 焦化溫度的控制

要想生產(chǎn)得到優(yōu)質(zhì)針狀焦，必須對焦化溫度進行合理控制。焦化溫度低且慢速升溫有利于中間相的生成，如果溫度過低也會導致升溫慢從而影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

2.2.2 成焦壓力的控制

成焦時進行加壓處理可以使原料中的小分子成分無法揮發(fā)而是以液體狀態(tài)存在于體系中，能夠降低體系黏度，促進中間相小球體的成長和融并，最終得到性能較好的產(chǎn)品，同時保證生產(chǎn)效率。整個過程中需要注意控制好煤系針狀焦的成焦壓力，最好控制在0.2～0.5MPa之間。

2.2.3 循環(huán)比的控制

控制循環(huán)比可以有效控制針狀焦質(zhì)量和產(chǎn)率。同時也是控制系統(tǒng)熱平衡和物料平衡的關(guān)鍵參數(shù)。通常將煤系針狀焦的循環(huán)比控制在0.5～2.0。

2.3 煅燒

延遲焦經(jīng)1500℃以上的高溫煅燒工藝，結(jié)構(gòu)和元素組成發(fā)生一系列變化，使得能夠更好的提高針狀焦的穩(wěn)定性、導電性、機械性等參數(shù)。

3 結(jié)語

目前，國內(nèi)針狀焦的生產(chǎn)工藝技術(shù)已獲得顯著進步，除了少量依賴進口以外，國內(nèi)針狀焦的生產(chǎn)總量基本上可以滿足企業(yè)的實際生產(chǎn)需求。但是從本質(zhì)上來講相較于國外技術(shù)水平來說還存在很大的差距，對此，還需要加大這方面的研究力度，選擇合適的生產(chǎn)技術(shù)，嚴格控制生產(chǎn)過程，全面提高生產(chǎn)技術(shù)水平，促進行業(yè)實現(xiàn)健康、可持續(xù)發(fā)展。

[1]任海寧.國內(nèi)外針狀焦生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝技術(shù)[J].山東化工, 2015,17:56-57.

[2]李玉財,黃誠,王強.針狀焦技術(shù)進展及國內(nèi)外差距分析[J].炭素技術(shù),2015,05:6-10.

[3]杜妮,熊偉,唐婧.針狀焦研究綜述[J].廣東化工,2017,04: 61-62+54.

[4]徐東亞,李峰,顏麗.煤系針狀焦生產(chǎn)工藝的研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2016,13:26.