针状焦生产的运用分析
针状焦生产的运用分析
摘要：分析针状焦成焦机理和产品特点，结合生产情况，提出生产针状焦所需的原料来源及生产方案。
关键词：针装焦 生产
1 前言
重油深度加工是合理利用石油资源的重要途径。为了适应轻质燃料油的需求增长和原油的重质化，提高原料的掺渣比，某些催化裂化(FCC)装置直接加工常压渣油，还有一些FCC装置开始掺炼减压渣油。原料变重使装置结焦和结垢，不能正常运行，而外甩油浆是解决这一矛盾、维持装置热平衡的办法，从而被许多炼油厂采用。随着原料不断重质化，油浆的产量也将进一步增加。目前，国内的催化油浆一般作为廉价的重质燃料油出厂。近年来，对催化裂化油浆性质及其合理利用技术进行了大量研究。这些研究主要涉及将催化油浆与炼油工艺组合以合理利用催化裂化油浆，或是根据催化裂化油浆的组成上的特征进行生产化工产品的利用技术研究 ，以取得催化油浆高附加值的产品，确定油浆深加工方案。由于油浆中含有30％～50％的饱和烃，这部分饱和烃又是优质的催化裂化原料；同时油浆中的芳烃达50％ 以上，芳烃是一种极有价值的化工产品，能够进一步深加工生产附加值较高的产品，产品用途广泛，市场前景广阔。因此催化油浆作为廉价的重质燃料油烧掉是非常可惜的，对其开发利用，将会给炼油企业带来良好的经济效益。
我厂也存在类似的问题。我厂二套催化裂化能力为200万吨／年，外甩油浆共为10～15万吨／年，一般作为廉价的2#燃料油外卖(目前的价钱约3000元/吨)，且催化油浆中含有约1％的催化剂粉末，这些粉末是不能燃烧的硅酸盐，它几乎全部粘附在炉膛中、管壁上，造成传热效果变差 。
随我厂明年800万吨/年炼油扩改项目的实施，届时二套焦化装置合计处理能力可达220万吨/年，最大可达260万吨/年，相应在一段较长时间的过渡阶段会出现焦化加工能力过剩的情况，而我厂催化分馏塔底油浆和焦化装置重蜡油的出路问题一直以来就有争议。通过分析与测算，将催化油浆掺入减底渣油做为焦化原料进行普通石油焦生产从经济效益上来说是不划算的【1】，因此针状焦的生产也是我厂在随后的生产中一个较好的选择。
2 石油针状焦
石油针状焦是上世纪7O年代大力发展的优质焦种。由于它具有高结晶度、高强度、高石墨化、低热膨胀、低烧蚀等特点，广泛地用做冶金工业中超高功率石墨电极的原料。用石油针状焦制成的超高功率电极，可以明显地提高炼钢效率，使得炼钢时间缩短一半，能耗降低30%，电极损耗减少29%，减少环境污染【2】。
国外针状焦已经具有相当成熟的工艺，相关技术均以专利形式出现，生产技术受到严格保密。其中油系针状焦以美国为主，煤系针状焦以日本为主。在国内，石科院已先后探明了成焦机理、选择了原料、确定了新的焦化工艺、建立了新的测试方法。并以热裂化渣油为原料，进行了针状焦生产工业试验，证明生产工艺的可行；又完成针状焦原料的筛选，利用催化裂化澄清油和重循环油抽出芳烃为原料，在延迟焦化装置上成功地进行了工业试验。1995年锦州石化公司100万吨／年针状焦装置一次投产成功，结束了国内不能连续生产针状焦的历史。近年来，超高功率电炉炼钢飞速发展，使得国际市场针状焦趋于紧俏。
2.1 针状焦的成焦机理
针状焦的生成过程为：原料---不稳定中间相小球体---堆积中间相---针状焦。其成焦机理为：液相碳化理论+气流拉焦工艺。
2.1.1 液相碳化理论
在较高的温度下，具有多种组分的液相体系(沥青)中的分子在系统加热时发生热分解和热缩聚反应，形成具有圆盘形状的多环缩合芳烃平面分子，这些平面稠环芳烃分子在热运动和外界搅拌的作用下取向，并在分子间范德华力作用下层积起来形成层积体，为达到体系的最低能量状态，层积体在表面张力的作用下形成球体，即中间相小球体。中间相小球体吸收母液中的分子后长大，当两个球体相遇碰撞后两个球体的平面分子层面彼此插入，融并成为一个大的球体。如果大球体之间再碰撞、融并后将会形成更大的球体，直到最后球体的形状不能维持，形成非球中间相——广域流线型、纤维状或镶嵌型中间相(见图1)。从物相角度来看，中间相球体的生成过程是物系内各向同性液相逐渐变成各向异性小球体的过程；从化学角度来看，它是液相反应物系不断进行着的热分解和热缩聚反应达到一定程度的产物。
2.1.2 气流拉焦工艺
在中间相小球体发生解体生成中间相沥青直到固化的过程中，焦化塔内有气体连续地向一定方向流动，这种气流有一定流速、能够对中间相沥青施加足够的剪切力但又不产生扰动，使中间相沥青分子在向列型有序排列中固化，最后生成为针状焦 。
2.2 针状焦外观
针状焦是外观为银灰色、有金属光泽的多孔固体，孔大而少且略呈椭圆形，有如纤维状或针状的纹理走向，摸之有润滑感。其特点为：
(1)纯度高。
硫、氮、灰分等杂质的含量低。高硫、氮含量的焦炭会导致石墨化时发生晶胀，制品带有裂缝。高灰分会阻碍形成晶体的结构和影响石墨制品的纯度。
(2)结晶度高。
通常，若焦炭在形成前的中间相小球体大，则取向性好，异向度强，结构致密。密度粗略地代表了这种性能，密度大表示结晶度高。
(3)抗热震性好。
指焦炭的炭素制品(炭棒或石墨棒等)在承受突然升至高温或从高温急剧冷却的热冲击时，是否会破裂的性质。热膨胀系数(CTE)代表了这种性能。热膨胀系数小，表示制品随温度的变化体积变化小，说明抗热震性好。
图2 针状焦的结构模型
3 针状焦的生产
根据中间相成焦机理分析，影响针状焦生成的因素主要是原料的种类、组成、结构以及共存的固体杂质、杂环化合物、金属有机化合物。这些因素都对形成针状焦的形态结构和性质起着重要的作用；同时，热处理条件的选择是影响中间相的另一个重要因素。
3．1 针状焦的原料
3．1．1 针状焦对原料的要求
一般而言，针状焦的原料应该是高芳烃含量(含量45％ ～50％且不包括稠环大分子芳烃)，杂原子(S、N、0等)含量低，金属含量低，灰分低，戊烷不溶物和喹啉不溶物含量少。并且要求原料在热转化过程中具有较高的中间相转化温度和较宽的中间相转化温度范围 ，才能生成较大的中间相小球体。要求原料中线型连接的三环、四环短侧链芳烃含量居多，这样在炭化反应中经脱氢生成的芳烃自
由基以SP2杂化轨道相互联接，只是在横向平面上有化学键结合，再通过大π键电子云相互叠合形成完整的石墨结构晶格。一般要求原料芳烃含量达到30％ ～50％ 。值得注意的是，原料中芳烃含量高并不一定能产生出优质的针状焦。因为当原料中芳烃含量过高时，在炭化过程中生成的晶核会很小，由于晶核排列无序而不能得到大的晶粒。胶质、沥青质属于结构复杂的大分子稠环化合物，会在较低温度下很快生成多反应位自由基的芳香性多环核。这种自由基化学活性高，它们的随机聚合生成平面度差、环数更多的稠环芳烃，或者生成芳核在相邻之间以空间交联键的形式相联结；沥青质虽然是炭化过程中的必经阶段，但是原生沥青质在反应初期就快速缩合形成喹啉不溶物，使反应体系的粘度升高，降低大平面芳烃分子的移动和有规则地排列速度，无法形成大面积各向异性等色区。一般控制庚烷不溶物含量小于2.O％ 。原料中灰分主要是催化剂粉末、游离碳、金属杂质等。原料中的金属及机械杂质会影响焦炭中的灰分含量和焦炭的结构。V、Ni等金属有机化合物具有催化作用，加速中间相小球的成核过程，使小球在充分生长之前融并，生成镶嵌结构；另一方面，金属杂质残存在产物中，易生成孔隙、裂纹，导致制品强度下降；此外灰分在以后的焦炭石墨化过程中会挥发，造成电
极孔隙大。原料中催化剂粉末含量要求必须小于万分之一 。
S、N、0等杂原子化合物对中间相的成核、生长、转化有影响，不利于生成细纤维状的或针状的结构。例如硫是强的脱氢剂，加速芳烃脱氢缩合，有利于小球初生；同时，硫也是交联剂，使分子失去平面性形成交联结构，导致粘度上升，不利于小球的生长、融并以及转化成各向异性的结构，而是生成细镶嵌结构。这些具有挥发性的物质(S、N)的存在会使焦炭在下一步的焙烧过程中造成“晶胀”，会使焦炭的热膨胀系数下降。一般要求硫含量不大于0．5％ 。芳烃分子的平面性和分子间的范德华力的大小对定向排列成向列型液晶尤为重要。换句话说，原料中的分子不仅应具有平面性，而且所带的脂肪族侧链的多少、大小要适中。分子间作用力随侧链长度的增加而增大，使分子长轴方向作用力强，使得分子易于定向排列；若侧链过长，侧链末端的分子间作用力较弱，使定向排列形成的层状结构变“硬”，影响流动性。此外，原料中含有一定数量的环烷结构对中间相的形成是有利的。这是因为在热解过程中环烷氢可以发生氢的转移，能够有效地稳定自由基的反应活性，保持中间相产物的流动性和溶解性，易于得到大面积的光学各向异性组织。
3．1，2 原料的选择
工业上可用来生产针状焦原料的主要来源有：催化裂化澄清油(FCCDO)、石脑油以及粗柴油蒸汽裂解生产乙烯所得的乙烯焦油(ET)、热裂化的裂化焦(TR)、煤焦化或气化生产的煤焦油(CR)，此外，润滑油溶剂精制的抽出油以及某些渣油也可作为生产针状焦的原料。
3．1．2．1 催化裂化澄清油
目前常用作针状焦原料的催化裂化澄清油在性质和组成上有以下特点：密度大，H／C原子比较小，芳香度较高，说明澄清油的芳构化程度非常高，芳烃含量高，从组成上适宜作为生产针状焦的原料。美国油系针状焦以澄清油为主要原料，产量居世界第一。
3．1．2．2 催化裂化循环油抽出的重质芳烃油
从循环油抽出的重芳烃油中芳烃含量可在80％ 以上，且以三至四环为主，可作为制备高附加值的化工原料或生产针状焦的优质调和组分。
3．1．2．3 延迟焦化循环油（重蜡油）
同催化裂化循环油一样，可从焦化分馏塔中抽出一部分重循环油，作为针状焦原料的调和组分。
3．1．2．4 减粘裂化渣油
减粘裂化可使渣油中的硫含量降低20％ ～50％ 、胶质的烷基桥断裂、松散结合的大胶团分裂、芳烃上的长侧链烷烃断裂。例如鲁宁管输原油减粘渣油中芳烃含量32％ ～35％ ，因此减粘渣油作为调和针状焦原料的组分也是可行的。
3．1．2．5 润滑油精制抽出油
尽管以其为原料生成的焦炭符合针状焦的要求。若用纯润滑油精制抽出油生产针状焦，一旦由于外界因素的变化带来操作条件的波动，就难以保证焦炭的质量，因此只能用作针状焦原料的调和组分。
3．1．2．6 高温裂解制乙烯焦油
乙烯焦油在不经处理的情况下，直接用来生产针状焦，质量不符合要求。其原因是乙烯焦油中芳烃含量虽然高达60％ 以上，但这些芳烃大都是由五、六个芳环为主。这种芳烃在焦化温度下脱氢缩合反应进行得很快，生成的焦炭以镶嵌结构为主。若想利用这部分原料，需要对其进行适当的处理，如加氢处理、溶剂
抽提，或者将其以较小的比例混对到其它优质原料中去。
3．1．2．7 原料掺对
目前国内不可能提供单一的原料来生产针状焦，因此将几种原料掺对来生产针状焦是有前途的。原料掺对不仅可以扩大了原料的来源，而且还可以改善单一原料的性质。采用催化裂化澄清油、润滑油精制抽出油、热裂化渣油掺对不同比例的乙烯焦油、减压渣油、焦化循环油，适当改变焦化条件，可以生产出合格的针状焦产品。
3．2 工艺条件对针状焦的影响
煤系针状焦的生产
煤系针状焦的生产兖矿科蓝煤焦化有限公司于灵陈来福摘要本文主要介绍了一化工公司以煤软沥青、煤油及焦化油为原料试生产煤系针状焦的生产工艺，此次试生产为国内煤系针状焦工业化生产提供了丰富的基础知识及宝贵的试生产经验。同时探讨了国内煤系针状焦的质量情况，并预测针状焦生产技术在我国将有较快发展，且发展前景比较美好。关键词针状焦生产工艺质量状况发展前景针状焦是制造高级石墨电极的主要原料，是国家短缺产品。根据原料路线的不同，针状焦的生产分为石油系和煤系两种，目前国际上针状焦生产技术主要被美国、英国、日本、德国等少数国家垄断。全世界年产针状焦100万t左右，全部为上述几个国家所垄断，我国每年需要15~20万t，长期依赖进口。严重地影响了我国碳素工业的发展。对此，我国从“六五”期间起将针状焦列为国家重点科技攻关项目，20多年来，先后建成了几套针状焦装置，但均属工业性试验的性质。其中山东民生煤化公司项目办（兖矿科蓝煤焦化有限公司的前身）就是国家针状焦项目试点之一。民生煤化项目办煤系针状焦装置始建于1989年4月，历经小试验、中试试验、生产试车、装置改造等过程，为煤系针状焦工业化生产提供了丰富的基础知识及宝贵的试生产经验。1科蓝公司试生产针状焦概况科蓝公司成立前，针状焦工程只建成了第一个工段：原料预处理工段，试产浸渍剂沥青。公司成立后，立即对后二个工段进行招标，进入工程安装阶段，并进行试生产。兖矿科蓝煤焦化有限公司曾研究并试生产煤系针状焦的制备方法，以配制的煤软沥青、煤油、洗油为原料，原料经预处理采用沉降分离的方法去除原料的喹啉不溶物后，制得精制沥青，再经500℃-510℃在焦化塔内蒸馏制得延迟焦。延迟焦进一步通过脱水筛分后进入回转窑，再经炭化制成煤系针状焦。具体生产工艺简介如下：兖矿科蓝煤焦化有限公司针状焦制造工艺包括原料预处理、延迟焦化、煅烧三个工序。选定的原料是煤软沥青、煤油（或腊油）及洗油。1.1原料预处理工艺原料预处理方法采用溶剂发，将煤油（或腊油）与洗油按重量比1：1混合配制成溶剂，此溶剂与软沥青按接近1：1的比例混合后在静置沉降槽中分成重相和轻相；轻相通过管式炉加热。进入分馏塔分离。蒸出溶剂后得到精制沥青。重相经间歇蒸馏釜蒸出溶剂得重质沥青。对煤软沥青原料进行预处理的关键：首先是通过沉降除去其中有害的杂质，即降低其喹啉不溶物含量。然后再经热处理进行组分调制,获得满足针状焦生产需要的原料,这是原料预处理的目的，也是用煤软沥青生产针状焦的必要条件。1.2延迟焦化工艺将精制沥青经高温加热到不大于510℃后送入焦化塔，在塔内保持温度高于460℃需6小时以上。在此过程中进行复杂的热分解，缩聚反应生成焦炭，并从分解产物中蒸馏出轻油、重油和焦化煤气。然后将焦化塔内生成的焦炭经冷却后，用高压水取出，然后将水进行分离，水能循环利用，生焦以初步脱水后送往煅烧段。在延迟焦化工艺中，要综合考虑温度、压力、循环比、升温速率等诸因素对生焦质量的影响及塔内气速对焦结构的定向作用等。否则会严重影响针状焦的质量。根据公司小试验及中试经验，在焦化反应初期，以相对高的压力操作，反应后期以一定速率降低焦化塔压力比在后期恒压下生产的针状焦质量要好，且焦炭收率高。焦化初期塔中保持较高压力,对中间相各向异性发展有利，在此条件下，挥发性物质在焦化塔中留存较多,并通过溶解或氢转移来缓和焦化反应，使焦化物料保持较低的粘度，利于中间相小球充分地长大，融并。在焦化后期,以一定速率降压，会驱使大的中间相分子在固化时按一定途径放出气体,以均匀气速“拉焦”，可以形成结晶度好的针状焦。循环比(R)也是延迟焦化生产的主要工艺参数，选择R大小,与原料性能有关。不同原料选择R大小不同，所以只有相同原料讨论R的大小对焦化生产的影响才有可比性。1.3煅烧工艺在焦化塔内生成的生焦，真密度为1.40g/cm3,挥发分8％～12％，水分大于10%。此生焦需进一步加热处理，使针状焦各项理化指标及导电性能符合石墨电极原料的要求。煅烧料真密度的提高，主要是由于煅烧料在高温下不断逸出挥发分并同时发生分解、缩聚反应，导致结构重排和体积收缩的结果。因此,同样的生焦质量，煅烧温度越高，煅后焦挥发分越低，真密度越高，针状焦质量越好。针状焦挥发分及真密度与随温度的变化情况如下表所示：表1针状焦挥发分、真密度随温度变化情况表但煅烧温度过高，受到煅烧炉耐火材料质量的限制。因此用罐式炉煅烧针状焦，一方面要考虑保证针状焦质量的需要，又要考虑煅烧设备使用寿命。煅烧温度最高不能超过1500℃，一般可以严格控制在（1450±50）℃，但操作难度大。针状焦在煅烧带停留时间相对沥青焦增加一倍以上的时间。在生焦质量稳定前题下，针状焦质量基本保持稳定。煅烧的目的：除去水份和挥发份；增加真比重；进行针状焦结构的细微调节。生焦通过焦筛筛分，筛分出小于100mm的焦粒经皮带传送到脱水槽脱水，使水分降到10%以下，脱水后的生焦除铁后进行破碎到不大于50mm，用振动筛将粗细焦粒进行分级，再用皮带秤配料后送往回转窑在1450℃~1500℃高温下进行煅烧处理。煅烧后进入冷却机，通过外喷水和内喷水相结合的手段处理后，进入煅后仓。
石油系针状焦的市场现状与生产技术难点
第２９卷第６期 ２０１３年１２月 石油化工技术与经济 Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ｉｎ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ
石油系针状焦的市场现状与生产技术难点
苏栋根
（中国石油化工股份有限公司长岭分公司，岳阳４１４０１２）
摘要：石油系针状焦的市场需求量很高，生产能力却不足，近１Ｏ年来中国针状焦的价格持续攀升。目前 国内只有中国石油天然气股份有限公司锦州石化分公司生产中等品质的石油系针状焦，用于制造超高功率 石墨电极的高品质针状焦都需依赖进口。国内石油系针状焦与进１３产品的品质差距主要体现在热膨胀系 数和粒度分布两个指标，石油系针状焦的生产存在原料精制和成焦工艺控制两大技术难点。 关键词：石油系针状焦催化油浆市场生产 文章编号： １６７４一ｌＯ９９（２ｏ１３）０６—００２３—０４ 中图分类号：ＴＥ６２６ 文献标识码：Ａ
炼油过程中催化裂化装置所产的催化油浆一 般占炼厂加工量的２％以上，催化油浆附加值低， 如果作为燃料油出售，经济效益比较差。利用催
化油浆生产橡胶填充油、中问相沥青、道路沥青和 针状焦等产品，可显著提高催化油浆的附加值，但
技术难度相对较大。 针状焦分为石油系和煤系两类，石油系针状
焦的应用更为广泛。国内尝试过针状焦生产或者 想上针状焦项目的企业数以百计，这主要基于以 下３点原因：一是基础原料易得；二是国内缺口较
大；三是每吨基础原料与产品之间的差价超过万
兀ｎ 目前国内从事石油系针状焦生产技术开发的 企业和科研机构很多，拥有石油系针状焦生产成 熟技术的主要有中国石油化工股份有限公司石油
化工科学研究院（以下简称石科院）和中国石油 大学等科研机构。目前国内生产的石油系针状焦
品质较低，特别是用于制造超高功率石墨电极的 石油系针状焦都依赖进口。
１ 国内针状焦的生产与市场 １．１ 国内外针状焦的质量差距
表１为美国ＣｏｎｏｃｏＰｈｉｌｌｉｐｓ公司石油系针状 焦主要性能指标。
针状焦
目录
1.政策环境分析...................................................................................................... 2
1.1针状焦概述................................................................................................ 2
2.国际产业分析...................................................................................................... 3
2.1全球产能状况............................................................................................ 3
2.2全球工业及项目建设情况........................................................................ 4
2.3全球需求和新增产能状况........................................................................ 5
3.工艺技术.............................................................................................................. 6
3.1技术发展现状............................................................................................ 6
催化油浆生产针状焦技术方案
催化油浆生产针状焦技术方案
摘要：分析针状焦成焦机理和产品特点，结合公司生产情况，提出生产针状焦所需的原料来源及生产方案。
关键词：催化油浆 ， 针状焦， 技术方案
1 前言
重油催化裂化是国内石油加工企业重要的二次加工工艺，催化原料变重使装置结焦和结垢，不能正常运行，而外甩油浆是解决这一矛盾、维持装置热平衡的办法，从而被许多炼油厂采用。随着原料不断重质化，油浆的产量也将进一步增加。目前，国内的催化油浆一般作为廉价的重质燃料油出厂。油浆中含有30%～50%的饱和烃，这部分饱和烃又是优质的催化裂化原料；同时油浆中的芳烃达50％ 以上，芳烃是一种极有价值的化工产品，能够进一步深加工生产附加值较高的产品，产品用途广泛，市场前景广阔。因此催化油浆作为廉价的重质燃料油烧掉非常可惜，对其开发利用将会给炼油企业带来良好的经济效益。
石油针状焦是上世纪7O年代大力发展的优质焦种。由于它具有高结晶度、高强度、高石墨化、低热膨胀、低烧蚀等特点，广泛地用做冶金工业中超高功率石墨电极的原料。用石油针状焦制成的超高功率电极，可以明显地提高炼钢效率，使得炼钢时间缩短一半，能耗降低30%，电极损耗减少29%，减少环境污染。国外针状焦已经具有相当成熟的工艺，相关技术均以专利形式出现，生产技术受到严格保密。其中油系针状焦以美国为主，煤系针状焦以日本为主，中国的针状焦90%都依赖进口。1995年11月，锦州石化公司采用石科院自主开发的石油系针状焦生产技术，建成投产100kt/a（原料）石油系针状焦生产装置，生产出合格的针状焦，结束了我国针状焦不能连续生产的历史。
近年来，超高功率电炉炼钢飞速发展，使得国际市场针状焦趋于紧俏，同时，我国针状焦需求量也不断扩大，截止2021 年底，国内针状焦需求量约400kt，由于国内缺乏生产能力，进口针状焦价格完全控制在发达国家手中，近 4 年时间，我国进口针状焦价格上涨近4 倍，特别是金融危机以来，大多数化工产品价格大幅下滑，但针状焦的价格却持续上升。
石油针状焦生产工艺
石油针状焦生产工艺
石油针状焦是一种高炭素含量的石油焦产品，主要用于铝电解、铁合金等工业中。以下是石油针状焦的生产工艺：
1. 原料准备：选取适合生产石油针状焦的原料，一般为原油中的重质石油馏分或渣油。
2. 原料预处理：将原料进行加热、混合和加氢等处理，以提高原料的流动性和热裂解性能。
3. 炼油：将预处理后的原料送入炼油炉进行热裂解反应，使原料中的烃类化合物分解生成焦炭和沥青等。
4. 焦炭分离：通过分离设备，将炼油过程中生成的焦炭和沥青进行分离，得到初级的焦炭产品。
5. 焦炭改质：将初级的焦炭进行改质处理，通过碳化和石墨化等工艺，使焦炭结构更加致密，提高其炭素含量和机械强度。
6. 焦炭成型：将改质后的焦炭进行成型，一般采用压制、焙烧等工艺，使焦炭形成针状结构。
7. 焦炭碾磨：对成型后的焦炭进行碾磨处理，以获得所需的颗粒度。
8. 包装和储存：将焦炭装入包装袋中，并储存于合适的仓库中，待销售或使用。
以上是石油针状焦的主要生产工艺，不同的生产厂家和工艺流程可能会有所差异。
我国煤系针状焦的研究及生产状况
我国煤系针状焦的研究及生产状况
针状焦是制备炼钢用超高功率电极的优质原料。采用高功率或超高功率电炉炼钢时，可使冶炼时间缩短30%～50%，节电10%～50％，经济效益十分明显。随着我国电炉炼钢比例的逐年提高，电炉钢的总产量已达到4000多万吨，对超高功率石墨电极的需求量也逐年增加，进一步促进了针状焦的发展。但是国内针状焦的产能只有5万吨左右，大量依赖进口。
我国是焦炭生产大国，焦炭总产量占世界产量的50％以上，具有充足的高温煤焦油资源，可以为煤系针状焦的生产提供优质的原料。因此，进一步开发和完善自主知识产权的煤系针状焦生产技术和扩大煤系针状焦的产能迫在眉睫。
1 国内煤系针状焦的研究状况
1.1 研究发展过程
我国煤系针状焦的开发研究始于20世纪80年代初，1986年由鞍山热能研究院承担的煤沥青针状焦中间试验顺利完成，1987年初，济宁煤化公司与鞍山热能研究院合作开展了以济宁煤化公司煤焦油沥青为原料的针状焦生产可行性试验和扩大的中间试验，1989年初，该试验顺利完成并通过鉴定。主要技术路线是采用溶剂处理静置沉降法制备煤焦油精制沥青，延迟焦化制备生焦，经回转窑煅烧制得针状焦。
与此同时，由鞍山钢铁学院完成实验室研究、鞍山焦耐院完成小试和工业性装置设计，在鞍山沿海化工有限公司建造了2万吨的生产装置。主要技术路线是采用闪蒸热缩聚工艺获得煤焦油精制沥青，延迟焦化制备生焦，箱式炉煅烧生产针状焦。由于技术成熟度、原料及资金等方面的原因，当时生产的针状焦质量与国外的产品相比还有一定差距。 近年来，宝钢煤化工公司正在开展煤系针状焦的开发实验工作，经过多年努力，宝钢研发的煤系针状焦产品已顺利完成中试，产品质量接近国际领先水平，能满足生产超高功率石墨电极和特殊碳素制品的需要。该项目现已进入工业化设计阶段。
山西宏特煤化工有限公司于2005年建成1套5万t/a的延迟焦化装置，经过几年调试，现在已生产出针状焦，并且质量在不断改善。2008年，又开展了年产10万吨的煤系针状焦工程项目的建设。
针状焦工艺介绍
针状焦工艺介绍
针状焦是20世纪70年代碳素材料大力发展的一个优质碳种，主要用于生产高功率（HP）和超高功率（UHP）石墨电极，针状焦还是一种理想的锂离子电池负极材料。
随着电炉炼钢技术的迅速发展和锂离子负极材料需求量的不断增加，对针状焦的要求越来越高，针状焦的开发和生产，正在不断适应这种发展的要求。根据原料路线不同，针状焦分为油系和煤系两种，两种针状焦的生产方法也有一定差异。
1针状焦生产
针状焦制备是采用液相炭化技术，焦化原料在液相炭化过程中逐渐经热解及缩聚形成中间相小球体。中间相小球体在经充分长大、融并、定向、最后固化为纤维状结构的炭产物，即针状焦。
无论是油系针状焦还是煤系针状焦，生产工艺均为原料预处理、延迟焦化和煅烧三部分。
1.1原料预处理
（1） 煤沥青的净化（煤系针状焦原料预处理）
煤系针状焦原料是煤沥青。但是，煤沥青不能直接作为生产针状焦的原料，煤系针状焦原料预处理主要是去除煤沥青中的原生喹啉不容物（QI），一般称为煤沥青净化。煤沥青的净化方法主要有过滤法、离心分离法、溶剂法（溶剂法又分为，溶剂--沉降法、溶剂—离心法、溶剂—过滤法、溶剂-絮凝法、溶剂抽提法）、真空蒸馏法。
（2）油系针状焦原料的选择及预处理
针状焦的工艺研究报告
科技应用
针状焦的工艺研究报告
王 ９巾
（天津市环渤海生物石油化工科学研究院天津３００２７０）
摘要：针状焦是炭素材料中大力发展的一个优质品种，具有低热膨胀系数，低杂质含量、高导电率及易石墨化等一系列优点。针状焦产业的发展
对推动煤、焦、钢等产业的发展是十分重要的。由于针状焦资源严重不足，针状焦进口价格大幅上扬，导致各类炭素企业生产成本大幅上升，针状焦国
产化迫在眉睫。因此，针状焦的技术开发研究具有非常重要的意义。 关键词：针状焦；炭素制品；性能指标
１．针状焦背景及研究现状
针状焦制造的高功率电极具有电阻率小，热膨胀 系数小，耐热冲击性强、机械强度高、抗氧化性能好、 消耗低的突出优点。针状焦的生产原料有煤沥青和石
油渣油，制得的针状焦各有优点。针状焦产业的发展 对推动煤、焦、钢等产业的发展是十分重要的。由于
针状焦资源严重不足，针状焦进口价格大幅上扬，导 致各类炭素企业生产成本大幅上升，针状焦国产化迫 在眉睫。因此，针状焦的技术开发研究具有非常重要
的意义，需要进行进一步的研究工作。 我国针状焦的生产研究起步比较晚，从国产石墨
电极的应用情况看，目前国产针状焦在整体质量指标 上还是比不上进口针状焦，其中包括以下几点：
１．ｉ为适应大规格ＨＰ和ＵｆＩＰ石墨电极生产，大颗 粒粒级的比例需要增加，一般８蛐以上颗粒需要达到
３０％以上。 １．２国产针状焦的强度需要进一步提高，国产针
状焦的热膨胀系数需要进一步降低。 １．３针状焦的灰分及含硫量有待于进一步降低， 消除电极裂纹，提高成品率。
１．４降低电阻率，提高阻燃性，降低电极消耗。 总之，国产针状焦在原料制备、成焦工艺、出焦
方法和煅烧工艺等多方面都有必要进一步改进，炭素 制品生产厂应不断摸索使用国产针状焦的生产工艺， 提高使用水平。但是相信只要不断努力提高改进，国
产针状焦是可以逐步取代进口针状焦的。
２．针状焦的特点和性能指标 ２．１针状焦的特性 针状焦其外观为银灰色、有金属光泽的多孔固体 其结构具有明显流动纹理，孔大而少且略呈椭圆形，
针状焦有关资料
2011年中国进口针状焦价格
2011年中国进口油系针状焦ucar到天津港合同价1760美元/吨左右。煤系到天津港三菱化学合同1520美元/吨左右；新日钢铁1510美元/吨左右。
美国GTI公司（注1)在2011年7月初大幅提高了海波油系针状焦（注2)销售价格，2012年新的价格为2650美元/吨已经确定，提价原因就是终端市场需求旺盛。这还仅仅是出厂含税的价格，加上海运及装卸费用到达天津港可能在2900美元/吨了，而今年（2011年）国内进口美国到天津港的油系针状焦价格普遍在1800-1820美元/吨。照这样下去，提升的比例达到50%左右，差额直奔1000美元/吨。而且日本、英国针状焦生产企业也将大幅提高自己针状焦的售价。
山西宏特：
2005年该公司投资兴建国内首套5万吨/年煤系针状焦装置，2007年实现批量生产。2008年该公司再扩建一套10万吨/年煤系针状焦装置，预计今年5月将具备投料试生产条件，
煤系针状焦的市场前景与技术发展
1 针状焦市场情况
针状焦市场链示意图见图1。
图1 针状焦市场链示意图
1.1 电炉钢的发展前景
针状焦是电炉炼钢用石墨电极的原料，电炉炼钢是通过石墨电极向炼钢炉导入电流，强大的电流在电极下端通过气体发生电弧放电，利用电弧产生的热量来进行冶炼。根据电炉容量的大小，配用不同直径的石墨电极。2004～2008年，我国电炉钢产量及占钢产量比例见表1。
表1 2004～2008年我国电炉钢产量
年份 我国钢产量
万吨 电炉钢产量
万吨 电炉钢比例，％
国内 世界
2004 27200 4000 14.7 33.2
2005 35579 4179 11.7 31.7
2006 41880 4355 10.4 32.0
2007 48900 5000 10.2 32.0
2008 50091 5091 10.2 29.9
油系针状焦生产工艺
油系针状焦生产工艺
油系针状焦是一种石墨材料，常用于制造电极、电池材料等。其生产工艺主要包括原料制备、浆料制备、成型、烧结和后处理等几个步骤。
首先是原料制备。制备油系针状焦的原料一般是石油焦，石油焦是通过煤炭等碳质原料在高温下反应得到的一种高热值燃料。原料制备的关键是选取合适的石油焦原料，并对其进行粉碎和筛分等处理，以获得适当的颗粒度。
其次是浆料制备。将石油焦粉末与结合剂、溶剂等混合在一起，形成浆料。结合剂的作用是将石油焦粉末固定在一起，溶剂则是调节浆料的黏稠度和流动性。浆料制备的关键是控制石油焦、结合剂和溶剂的比例，以及对浆料进行搅拌和混合，确保浆料的均匀性和稳定性。
然后是成型。将浆料注入成型模具中，经过挤压或压制等方式，使浆料形成所需形状的坯体。成型的关键是选取合适的成型模具和控制成型参数，以确保坯体的形状和尺寸满足要求。
接着是烧结。将成型后的坯体进行烧结处理，使其在高温下烧结成固体材料。烧结的关键是控制烧结温度和烧结时间，以及采用合适的烧结气氛，以确保坯体能够充分烧结而不发生膨胀或破裂。
最后是后处理。烧结后的油系针状焦一般还需要进行一些后处理工艺，如表面处理、尺寸修整等。后处理的关键是选取合适的后处理工艺和设备，以及控制后处理参数，以确保最终产品的质量和性能符合要求。
总的来说，油系针状焦的生产工艺包括原料制备、浆料制备、成型、烧结和后处理等几个步骤。不同的工艺参数和设备选择会对最终产品的质量和性能产生重要影响，因此需要在生产过程中进行精确控制和调整。