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 針狀焦制備是采用液相炭化技術(shù)，焦化原料在液相炭化過程中逐漸經(jīng)熱解及縮聚形成中間相小球體。中間相小球體再經(jīng)充分長大、融并、定向，最后固化為纖維狀結(jié)構(gòu)的炭產(chǎn)物，即針狀焦。無論是油系針狀焦還是煤系針狀焦，生產(chǎn)工藝均為原料預(yù)處理、延遲焦化和煅燒三部分。

原料預(yù)處理

1）煤系針狀焦原料預(yù)處理

煤系針狀焦原料預(yù)處理主要是去除煤瀝青中的喹啉不容物（QI），一般稱為煤瀝青凈化。煤瀝青的組成對中間相形成有一定的影響，例如，活性組分、喹啉不溶物、金屬元素、雜環(huán)化合物和氮、氧、硫等。煤瀝青的主要成分是芳香烴，但其中含有一定量的QI，其中不僅有煤焦油蒸餾時某些高分子樹脂狀物質(zhì)受熱聚合生成的無定形碳，還有從煉焦?fàn)t室隨煤氣帶出來的煤粉和焦粉。它們附著在中間相周圍，阻礙球狀晶體的長大、融并。焦化后也不能得到纖維結(jié)構(gòu)良好的針狀焦組織。因此，需對煤瀝青原料進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的目的是：首先除去其中妨礙小球體生長的原生喹啉不溶物（QI），然后再進(jìn)行組分調(diào)制，以獲得滿足針狀焦生產(chǎn)需要的原料，這是用煤瀝青生產(chǎn)針狀焦的重要條件。

煤瀝青的凈化方法主要有過濾法、離心分離法、溶劑法（溶劑法又分為溶劑一沉降法、溶劑一離心法、溶劑一過濾法、溶劑一絮凝法、溶劑一抽提法）、真空蒸餾法。

2）油系針狀焦原料的選擇及預(yù)處理

油系針狀焦的原料是石油加工廠的重質(zhì)油，主要成分是脂肪烴，芳香烴含量很少，由于長期儲存在地下以及在加工過程中使用各種催化劑，使得石油重油中含有一定的雜質(zhì)元素，這些都對針狀焦生產(chǎn)不利，因此也必須對針狀焦原料進(jìn)行選擇和處理。首先選擇芳香烴含量高、含硫低的重質(zhì)油，再除去其中的雜質(zhì)（如催化劑粉末等）。另外，石油加工過程生成的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)也在重質(zhì)油當(dāng)中，對針狀焦生產(chǎn)是不利的。

美國有關(guān)資料介紹，通常用于生產(chǎn)焦炭（針狀焦）的原料是重油，如蒸餾原油的殘渣油、潤滑油的萃取物、加氫脫硫潤滑油的萃取物及從石油蒸餾或裂化得到的殘渣或氫化脫硫產(chǎn)品。最好的原料是所謂熱解燃料油或黑油，沸點(diǎn)高于裂解汽油，即沸點(diǎn)高于218℃的殘留重質(zhì)黑油，是熱裂解液體碳?xì)浠衔镌希呋呀鈨A析油，熱裂解焦油，潤滑油萃取物以及加氫脫硫產(chǎn)物等。一般來說，這些原料含硫量低，即含硫量低于1.5%（質(zhì)量），最好是低于0.8%，也可以用這些原料的混合物。

延遲焦化

延遲焦化是一種連續(xù)和間歇過程相結(jié)合的工藝，生產(chǎn)瓦斯氣、各種成品油和焦。原料經(jīng)加熱爐加熱，然后進(jìn)人焦化塔（間歇過程) ,并在焦化塔內(nèi)保溫時進(jìn)行汽化和裂解。因此，這個過程是重質(zhì)油的一種熱裂解過程。生產(chǎn)的焦有燃料用焦、海綿狀焦、粒狀焦和針狀焦。

油系針狀焦和煤系針狀焦的焦化過程（延遲焦化）工藝流程很相近，主要差別在分餾系統(tǒng)（延遲焦化）工藝流程很相近，主要差別在分餾系統(tǒng)，得到的氣體和液體產(chǎn)品也不同。

石油重油的延遲焦化工藝裝置包括餾分塔，加熱爐和焦化塔等，該工藝過程在餾分塔和加熱爐中是連續(xù)過程，但在焦化塔中是間歇過程，因此，兩個焦化塔對應(yīng)1個分餾塔和1個加熱爐是必需的。一般說來，原料進(jìn)入分餾塔底，與循環(huán)油進(jìn)行調(diào)合，并穩(wěn)定塔底溫度，然后餾分塔底物料用泵打入焦化爐，迅速加熱至焦化條件，在不到3 min內(nèi)裂解和汽化，然后進(jìn)入焦化塔。

在焦化塔內(nèi)，裂解、汽化和縮合，直至形成焦。而液體物被汽化并從焦化塔頂回到餾分塔。焦不斷地形成并堆積至塔內(nèi)直至達(dá)到需要的量時切換到第二個塔連續(xù)進(jìn)行。停止進(jìn)料后的焦化塔經(jīng)冷卻處理后，用高壓水（17~23MPa）進(jìn)行水力切焦，然后為下一周期做準(zhǔn)備。焦化周期通常為24小時，但有時為了增加處理量，焦化周期調(diào)整到14~20小時。

從焦化塔出來的裂解氣進(jìn)入分餾塔，分離出不同的液體，包括汽油、煤油、柴油和蠟油。該產(chǎn)物中的一部分用于加工動力燃料油或作為化工原料。針狀焦的延遲焦化工藝流程和設(shè)備與普通焦的延遲焦化基本相同，只是在個別設(shè)備、焦化條件和操作上采取了某些必要的措施，如控制進(jìn)料的升溫速度、焦化塔壓力、注汽量和調(diào)整循環(huán)比，使油料在焦化塔內(nèi)維持一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，充分利用中間相物質(zhì)的塑性流動和分子排列的有序性，同時使氣相產(chǎn)物產(chǎn)生剪切力，創(chuàng)造所謂的“氣流拉焦"的條件，最終形成流線狀結(jié)構(gòu)的針狀焦。為保證針狀焦生產(chǎn)過程穩(wěn)定進(jìn)行，須對個別設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。工藝參數(shù)、操作周期以及焦炭產(chǎn)率均有很大差別。

煤系針狀焦和油系針狀焦在工藝參數(shù)、操作周期以及焦炭產(chǎn)率等方面均有一定的差別，如焦炭產(chǎn)率煤系針狀焦遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油系針狀焦。

煅燒

延遲焦化生產(chǎn)的針狀焦含有較高的水分和揮發(fā)性組分，稱為生焦，需在隔絕空氣條件下進(jìn)行高溫煅燒處理才能作為高功率、超高功率石墨電極的原料。在煅燒過程中，針狀焦的結(jié)構(gòu)和元素組成發(fā)生一系列的變化，從而提高了針狀焦的理化性能。煅燒的目的是脫除生焦中的水分和揮發(fā)分，提高焦炭的含碳量、密度、強(qiáng)度、導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性。

針狀焦煅燒通常是在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行。生焦從窯的一端進(jìn)入，與高溫煅燒的廢氣接觸，在出口端有燃?xì)饣蛉加腿紵鳎褵龓囟雀哌_(dá)1500℃。窯體的旋轉(zhuǎn)速度對焦炭在窯內(nèi)的停留時間和加熱速度具有決定性的影響。評價煅燒效果的好壞，煅燒后針狀焦真密度大小是一個重要指標(biāo)，真密度大于2.13g/m3的為質(zhì)量好的針狀焦。

針狀焦的生產(chǎn)方法主要區(qū)別在原料預(yù)處理，焦化和煅燒工藝原理是相同的。我國在針狀焦原料預(yù)處理的研發(fā)方面做了大量的工作。我國針狀焦雖然有很多單位在研發(fā)，到目前為止，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的只有山西宏特化工有限公司、中鋼集團(tuán)（鞍山）和錦州石化3個企業(yè)。山西宏特化工有限公司和中鋼集團(tuán)（鞍山）生產(chǎn)煤系針狀焦，錦州石化生產(chǎn)油系針狀焦。焦化均采用延遲焦化工藝，煅燒為回轉(zhuǎn)窯煅燒，主要區(qū)別在于原料的處理和選擇。

改質(zhì)生產(chǎn)煤系針狀焦

鞍山沿海化工和山西宏特第一套針狀焦裝置采用改質(zhì)法原料預(yù)處理。是將混合煤焦油系原料油送到特定閃蒸塔內(nèi)，在一定溫度和真空度下閃蒸出閃蒸油，閃蒸油進(jìn)入專用聚合釜內(nèi)，在較高溫度和壓力下進(jìn)行聚合，獲得針狀焦原料縮聚瀝青（精料）。該工藝較簡單，但是針狀焦原料（精料）收率低。鞍山沿海化工沒擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，山西宏特化工有限公司二期針狀焦也將原料預(yù)處理改為溶劑沉降法。

國內(nèi)外有不少專利介紹，用脂肪烴和芳香烴按一定比例制備成混合溶劑，以混合溶劑處理煤瀝青除去QI。在日本，用溶劑法生產(chǎn)煤系針狀焦的有新日鐵和三菱化成兩個工廠。用該技術(shù)處理后得到的針狀焦原料（精料）收率高，針狀焦產(chǎn)品質(zhì)量好，但工藝復(fù)雜，投資也高。

山西宏特化工有限公司和中鋼集團(tuán)（鞍山）均采用溶劑沉降法生產(chǎn)煤系針狀焦。以上兩個企業(yè)采用相同的方法對煤瀝青進(jìn)行凈化（脫QI)，但是在工藝設(shè)計上差距還是比較大的，主要區(qū)別在于以下兩個方面：主要設(shè)備沉降器的結(jié)構(gòu)不同、數(shù)量也不同，采用的芳香烴溶劑不同。溶劑沉降法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)裝置運(yùn)行正常并能生產(chǎn)出針狀焦。

油系針狀焦

油系針狀焦原料的選擇和預(yù)處理及存在的問題：石油的主要成分是脂肪烴，芳香烴含量很少，由于長期儲存在地下以及在加工過程中使用各種催化劑，使得石油重油中含有一定的雜質(zhì)元素，這些都對針狀焦生產(chǎn)不利，因此，必須對針狀焦原料進(jìn)行選擇和處理。首先選擇芳香烴含量高、含硫低的重質(zhì)油，再除去其中的雜質(zhì)（如催化劑粉末等）。存在以下問題：我國加工的原油大部分屬于高硫原油，適合生產(chǎn)針狀焦的低硫油短缺；缺少適合生產(chǎn)針狀焦的芳香烴含量高的油；油系針狀焦的原料是石油煉制過程生產(chǎn)的重質(zhì)油，在煉油過程中攜帶到重質(zhì)油當(dāng)中的催化劑粉末很難去除干凈。

錦州石化選用適合生產(chǎn)針狀焦的原料進(jìn)行生產(chǎn)，原料不足和質(zhì)量不穩(wěn)定是制約針狀焦質(zhì)量穩(wěn)定的主要因素之一

山東益大新材料有限公司油系針狀焦生產(chǎn)裝置，設(shè)計采取了原料預(yù)處理工藝，除選擇適合生產(chǎn)針狀焦的重油外，并在焦化之前脫除原料當(dāng)中的有害物質(zhì)。

國內(nèi)針狀焦企業(yè)主要存在的瓶頸問題

 國內(nèi)雖然實(shí)現(xiàn)了針狀焦工業(yè)性生產(chǎn)，但工藝技術(shù)仍需進(jìn)一步完善，主要技術(shù)難點(diǎn)有以下幾方面：

原料預(yù)處理

煤系針狀焦原料的凈化，難點(diǎn)在于煤瀝青除QI方法、精制瀝青收率及精制瀝青性質(zhì)的穩(wěn)定程度等；另外，目前國內(nèi)外煤系針狀焦原料預(yù)處理均采用溶劑法去除QI，生產(chǎn)過程當(dāng)中富含QI組分流動性比較差，給生產(chǎn)過程帶來很大困難，這一部分最后作為副產(chǎn)品如何利用也存在一定的難度。

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