【针状焦】三大生产工艺简析

【针状焦】三大生产工艺简析

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。中间相小球体再经充足的长大、融并、定向，而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，煅烧焦产品可了解。

原料预处理

1）煤系针状焦原料预处理

煤系针状焦原料预处理主要是去除煤沥青中的喹啉不容物（QI），一般称为煤沥青净化。煤沥青的组成对中间相形成有一定的影响，例如，活性组分、喹啉不溶物、金属元素、杂环化合物和氮、氧、硫等。煤沥青的主要成分是芳香烃，但其中含有一定量的QI，其中不仅有煤焦油蒸馏时某些高分子树脂状物质受热聚合生成的无定形碳，还有从炼焦炉室随煤气带出来的煤粉和焦粉。它们附着在中间相周围，阻碍球状晶体的长大、融并。焦化后也不能得到纤维结构良好的针状焦组织。因此，需对煤沥青原料进行预处理。预处理的目的是：首先除去其中妨碍小球体生长的原生喹啉不溶物（QI），然后再进行组分调制，以获得满足针状焦生产需要的原料，这是用煤沥青生产针状焦的重要条件。

煤沥青的净化方法主要有过滤法、离心分离法、溶剂法（溶剂法又分为溶剂一沉降法、溶剂一离心法、溶剂一过滤法、溶剂一絮凝法、溶剂一抽提法）、真空蒸馏法。

2）油系针状焦原料的选择及预处理

油系针状焦的原料是石油加工厂的重质油，主要成分是脂肪烃，芳香烃含量很少，由于长期储存在地下以及在加工过程中使用各种催化剂，使得石油重油中含有一定的杂质元素，这些都对针状焦生产不利，因此也必须对针状焦原料进行选择和处理。首先选择芳香烃含量高、含硫低的重质油，再除去其中的杂质（如催化剂粉末等）。另外，石油加工过程生成的胶质、沥青质也在重质油当中，对针状焦生产是不利的。

美国有关资料介绍，通常用于生产焦炭（针状焦）的原料是重油，如蒸馏原油的残渣油、润滑油的萃取物、加氢脱硫润滑油的萃取物及从石油蒸馏或裂化得到的残渣或氢化脱硫产品。理想的原料是所谓热解燃料油或黑油，沸点高于裂解汽油，即沸点高于218℃的残留重质黑油，是热裂解液体碳氢化合物原料，催化裂解倾析油，热裂解焦油，润滑油萃取物以及加氢脱硫产物等。一般情况，这些原料含硫量低，即含硫量低于1.5%（质量），较好是低于0.8%，也可以用这些原料的混合物。

延 迟焦化

延 迟焦化是一种连续和间歇过程相结合的工艺，生产瓦斯气、各种成品油和焦。原料经加热炉加热，然后进人焦化塔（间歇过程) ,并在焦化塔内保温时进行汽化和裂解。因此，这个过程是重质油的一种热裂解过程。生产的焦有燃料用焦、海绵状焦、粒状焦和针状焦。
油系针状焦和煤系针状焦的焦化过程（延 迟焦化）工艺流程很相近，主要差别在分馏系统（延 迟焦化）工艺流程很相近，主要差别在分馏系统，得到的气体和液体产品也不同。

石油重油的延 迟焦化工艺装置包括馏分塔，加热炉和焦化塔等，该工艺过程在馏分塔和加热炉中是连续过程，但在焦化塔中是间歇过程，因此，两个焦化塔对应1个分馏塔和1个加热炉是必需的。一般说来，原料进入分馏塔底，与循环油进行调合，并稳定塔底温度，然后馏分塔底物料用泵打入焦化炉，迅速加热到焦化条件，在不到3 min内裂解和汽化，然后进入焦化塔。

在焦化塔内，裂解、汽化和缩合，直到形成焦。而液体物被汽化并从焦化塔顶回到馏分塔。焦不断地形成并堆积到塔内直到达到需要的量时切换到第二个塔连续进行。停止进料后的焦化塔经冷却处理后，用高压水（17~23MPa）进行水力切焦，然后为下一周期做准备。焦化周期通常为24小时，但有时为了增加处理量，焦化周期调整到14~20小时。

从焦化塔出来的裂解气进入分馏塔，分离出不同的液体，包括汽油、煤油、柴油和蜡油。该产物中的一部分用于加工动力燃料油或作为化工原料。针状焦的延 迟焦化工艺流程和设备与普通焦的延 迟焦化基本相同，只是在个别设备、焦化条件和运作上采取了某些必要的措施，如控制进料的升温速度、焦化塔压力、注汽量和调整循环比，使油料在焦化塔内维持一个相对稳定的状态，充足利用中间相物质的塑性流动和分子排列的有序性，同时使气相产物产生剪切力，创造所谓的“气流拉焦"的条件，而后形成流线状结构的针状焦。为保证针状焦生产过程稳定进行，须对个别设备进行改进。工艺参数、运作周期以及焦炭产率均有很大差别。

煤系针状焦和油系针状焦在工艺参数、运作周期以及焦炭产率等方面均有一定的差别，如焦炭产率煤系针状焦远远大于油系针状焦。

煅烧

延 迟焦化生产的针状焦含有较高的水分和挥发性组分，称为生焦，需在隔绝空气条件下进行高温煅烧处理才能作为高功率、超高功率石墨电极的原料。在煅烧过程中，针状焦的结构和元素组成发生一系列的变化，从而提高了针状焦的理化性能。煅烧的目的是脱除生焦中的水分和挥发分，提高焦炭的含碳量、密度、强度、导电性和化学稳定性。

针状焦煅烧通常是在回转窑内进行。生焦从窑的一端进入，与高温煅烧的废气接触，在出口端有燃气或燃油燃烧器，煅烧带温度高达1500℃。窑体的旋转速度对焦炭在窑内的停留时间和加热速度具有决定性的影响。评价煅烧成效的好坏，煅烧后针状焦真密度大小是一个重要指标，真密度大于2.13g/m3的为质量好的针状焦。关注我们，洞察碳素市场风向。