針狀焦生產(chǎn)與應(yīng)用發(fā)展簡述(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上針狀焦生產(chǎn)與應(yīng)用發(fā)展簡述目前全球只有美國、英國和日本能生產(chǎn)石油系針狀焦。煤系針狀焦只有日本能生產(chǎn)，且已形成油系、煤系生產(chǎn)針狀焦共存局面。目前全球針狀焦產(chǎn)量約120萬t左右，我國產(chǎn)量只有5萬t，而每年針狀焦需求量約3040萬t，8090%依賴進口。 電爐煉鋼大型化需求及全球電爐煉鋼產(chǎn)量增長速度加快，隨著超高功率電極用量增加,針狀焦需求量也必然增加。目前國產(chǎn)針狀焦價格波動在1.51.8萬元/t,比去年上漲了40%。加大投入開發(fā)研究生產(chǎn)針狀焦及引進先進技術(shù)，擴大產(chǎn)量是發(fā)展方向。 煉鋁企業(yè)電解鋁使用的兩種陽極，陽極糊已被淘汰，都使用預(yù)焙陽極，因此需要大量改質(zhì)瀝青約162萬t，

2、目前我國改質(zhì)瀝青產(chǎn)量約2025萬t，缺口較大。 引言 針狀焦生產(chǎn)采用延遲焦化生產(chǎn)工藝,針狀焦延遲焦化法是美國標準油公司于1931年開發(fā)成功，最初用于從低品味的石油重油制取輕質(zhì)油和石油焦。 20世紀60年代中期，美國魯瑪斯公司將這一技術(shù)用于以煤焦油軟瀝青為原料生產(chǎn)瀝青焦。1968年日本日鐵化學(xué)工業(yè)公司八幡鋼鐵廠以煤焦油為原料，通過延遲焦化、煅燒裝置生產(chǎn)年產(chǎn)6萬t瀝青焦成功投產(chǎn)。延遲焦化塔為美國魯瑪斯式，煅燒窯為美國佩特羅卡布式。1970年日本三菱化成工業(yè)公司用同樣方法開發(fā)生產(chǎn)煤系針狀焦，1979年實現(xiàn)了工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，并把這種技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)碳素纖維，已于1982年投產(chǎn)。 碳素纖維是美國1959年

3、由美國聯(lián)合碳化物公司（UCC）首先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，之后日本成功開發(fā)了聚丙烯晴系碳素纖維和瀝青系碳素纖維，碳素纖維用于高端技術(shù)產(chǎn)品中。 1985年中國上海寶鋼采用日本技術(shù)建設(shè)了我國第一套瀝青延遲焦化法裝置，生產(chǎn)瀝青焦。目前全球石油系針狀焦只有美國、英國、日本能生產(chǎn)。煤系針狀焦只有日本能生產(chǎn)，日本形成油系、煤系生產(chǎn)針狀焦共存局面。目前全球針狀焦產(chǎn)量約120萬t左右，我國產(chǎn)量只有5萬t（錦州石化公司油系針狀焦產(chǎn)量不足3萬t，山西宏特煤系針狀焦不足2萬t）。 一、煤焦油瀝青生產(chǎn)針狀焦 針狀焦是制造超高功率電極的骨料，應(yīng)用于超高功率電爐煉鋼生產(chǎn)中。超高功率電爐煉鋼，需要使用超高功率電極（UHP）。以針狀

4、焦為原料生產(chǎn)UHP電極是最佳電極，但要求原料瀝青中喹啉不溶物(QI)含量小于6%，甲苯不容物(TI)含量在2426%為最佳。電爐使用由針狀焦制造的超高功率電極和使用普通電極相比，前者可縮短冶煉時間30%，噸鋼耗電可節(jié)省50%，生產(chǎn)能力可增加1.3倍，同時耗電極少。國外電爐煉鋼直徑500508mm超高功率電極消耗情況：俄羅斯生產(chǎn)碳素鋼和高合金鋼企業(yè)石墨電極單耗3.7kg/t鋼,日本為5.2kg/t鋼,瑞典為6.77.2kg/t鋼。全球石墨電極產(chǎn)量的2/3消耗于電爐煉鋼中。 1針狀焦特性 針狀焦具有電阻率小、熱膨脹系數(shù)小、耐沖擊性能強、機械強度高、抗氧化性能好、消耗低等優(yōu)點。 瀝青針狀焦從外觀上和

5、普通瀝青焦不同。普通瀝青焦具有一般焦炭的形狀，氣孔粗大，氣孔率可達50%。瀝青針狀焦為針狀結(jié)晶，纖維流線狀結(jié)構(gòu)，其特點是膨脹系數(shù)小，比電阻小，表觀密度大（氣孔率?。?，反應(yīng)性小，容易石墨化。 2制取針狀焦 煤焦油瀝青在焦化初期，通過管式爐加熱至400時，用顯微鏡觀察，可看到其熔融區(qū)域有稱之為“中間相”的各向異性的“小球體”即球晶，進一步加熱時，小球體會循環(huán)合并，互相融合，形成石墨化晶格，最終形成流態(tài)化狀纖維結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)針狀焦的初始原料煤焦油及軟瀝青（或改質(zhì)瀝青）中的雜質(zhì)會影響中間相的各向異性的“小球體”生成和融合。因此，對初始原料煤焦油、中溫瀝青及改質(zhì)瀝青中的甲苯不容物(TI)、喹啉不溶物(QI)

6、都有標準規(guī)定。 原料焦油(FeedTar)質(zhì)量標準規(guī)格，見表1。 表1原料焦油質(zhì)量標準 項目參數(shù) 密度，20g/31.131.22 TI，Wt%59 QI，Wt%3 灰分，Wt%<0.13 水分，Wt%<4 中溫瀝青(SoftPitch,簡稱SP)，其質(zhì)量規(guī)格見表2。 表2中溫瀝青質(zhì)量標準 項目參數(shù) 軟化點，7590 TI，Wt%9.525 QI，Wt%<11.0 灰分,Wt%<0.25 QI一般是原料焦油QI的1.52.5倍，灰分一般是原料焦油灰分的2倍。 改質(zhì)瀝青國外叫高質(zhì)量瀝青（HighQualityPitch）簡稱HQP，其質(zhì)量規(guī)格見表3。 表3高質(zhì)量瀝青質(zhì)量標

7、準 項目參數(shù)備注 軟化點，95115ISO5940 TI，Wt%3339ASTMD4072 QI，Wt%814ASTMD2318 灰分，Wt%0.25ASTMD2415 Betaresins，Wt%25（TIQI=B） 結(jié)焦值，Wt%55GB8727-88 鈉離子，10-6100 生產(chǎn)針狀焦必須對瀝青進行預(yù)處理獲得精制瀝青，才可用于生產(chǎn)針狀焦。精制瀝青的規(guī)格如下： 密度1.02g/cm3，釩50mg/kg，灰分0.05%，鎳50mg/kg,硫分0.5%,BMCI120,QI11%。 BMCI值為美國礦務(wù)局提出的指標（BureauofMinesCorrelationIndex），BMCI代表原料

8、的芳香化度，值越大，原料芳香化度越高。 為獲得精制瀝青，對瀝青必須進行預(yù)處理，其目的是去除一次喹啉不溶物（QI1）等有害雜質(zhì)和調(diào)制相對分子質(zhì)量的分布。預(yù)處理的方法有加氫法，熱聚合法和熔劑法。 針狀焦的生產(chǎn)是把中溫瀝青或改質(zhì)瀝青通過管式爐加熱至500，再進入延遲焦化塔，把生成的副產(chǎn)油分離出去。其重餾分和瀝青在延遲焦化塔反復(fù)被加熱而焦化，再進入回轉(zhuǎn)煅燒爐中用13001400的高溫進行煅燒。經(jīng)過煅燒過的焦炭改善了焦炭結(jié)構(gòu)，提高了焦炭真密度和降低了灰分。經(jīng)降溫、熄焦裝置處理而獲得針狀焦。針狀焦的質(zhì)量指標為：揮發(fā)分0.19%，灰分0.07%，S：0.27%，C：98.63%，H：0.07%，N：0.33

9、%，真密度2.1368g/cm3，線膨脹系數(shù)1.10×10-6-1。 3針狀焦的生產(chǎn)過程 針狀焦的生產(chǎn)過程包括原料預(yù)處理、延遲焦化過程和煅燒三個工序。 1）原料預(yù)處理 主要除去一次喹啉不溶物（QI1）的雜質(zhì)，以保證精制瀝青中QI1質(zhì)量分數(shù)小于1.0%。如采用真空閃蒸加壓縮聚法生產(chǎn)工藝，可以獲得幾乎不含QI1的精制瀝青。其參數(shù)主要控制好真空閃蒸溫度和壓力，加壓縮聚溫度和壓力及縮聚時間。真空閃蒸過程可得到適宜密度和適宜芳香化度。加壓縮聚過程可得到含量高的中間相先驅(qū)體（組分）的縮聚瀝青，同時可降低QI2的含量。 2）延遲焦化過程 延遲焦化過程主要利用中間相物質(zhì)的塑性流動和分子排列的有序性及

10、氣相產(chǎn)物產(chǎn)生的剪切力，稱之為所謂“氣流拉焦絲”，最終形成流線狀纖維結(jié)構(gòu)的針狀焦。在焦化過程中易出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，為防止結(jié)焦，向爐管內(nèi)注入2940KPa高壓水蒸汽，使瀝青油以高速湍流狀態(tài)，通過臨界分解區(qū)域。 3）煅燒過程 將流線狀纖維結(jié)構(gòu)的針狀焦通過回轉(zhuǎn)窯加熱到13001450煅燒，以提高焦炭真密度和降低揮發(fā)分，提高含碳量及強度和導(dǎo)電性，改善焦炭結(jié)構(gòu)，從而獲得高質(zhì)量的瀝青針狀焦。 二、煤焦油改質(zhì)瀝青針狀焦應(yīng)用 煤焦油深加工的產(chǎn)品，45%為化學(xué)產(chǎn)品，55%為瀝青產(chǎn)品?；瘜W(xué)產(chǎn)品是高附加值產(chǎn)品，煤焦油瀝青主要用于電解鋁工業(yè)及炭素行業(yè)和電爐煉鋼的超高功率電極。 目前全球煤焦油產(chǎn)量約2000萬t，我國煤焦油產(chǎn)

11、量約12001250萬t，約占全球產(chǎn)量的2/3，是全球煤焦油瀝青及煤制化學(xué)品的最大的供應(yīng)商。但我國目前煤焦油實際加工量只有500余萬t，加工裝置單套能力小且而分散。國內(nèi)改質(zhì)瀝青缺口很大，而國外一些煤焦油加工企業(yè)因原料的短缺而停工轉(zhuǎn)產(chǎn)，瀝青及改質(zhì)瀝青就全球需求而言缺口極大。我國煤焦油集中加工及裝置單套能力大型化，煤焦油蒸餾下游精制產(chǎn)品集中化開發(fā)，超高功率電極所需針狀焦技術(shù)開發(fā)及瀝青焦、碳纖維技術(shù)的研究是發(fā)展方向。 碳纖維具有“比鐵硬比鋁輕”的特點，其剛度超過玻璃纖維三倍，密度為高強度鋼的五分之一。具有高剛度，耐熱，耐蝕，耐磨，線膨脹系數(shù)小及尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點?？勺鳛橐环N復(fù)合材料，應(yīng)用于航空

12、、火箭、導(dǎo)彈、機械化工、原子能工業(yè)及民用工程材料等領(lǐng)域。使用碳纖維復(fù)合材料，可以大大減輕宇宙飛船、導(dǎo)彈、飛機的重量，提高有效載荷，大大節(jié)省燃料費用。例如，日本把碳纖維滲入混凝土內(nèi)，制成碳纖維增強混凝土，這種混凝土比普通混凝土堅韌30倍，且重量輕、強度高，耐久性好，尺寸穩(wěn)定性好。美國已試制成功汽車全部使用碳纖維強化塑料。 1煤焦油瀝青用于電解鋁行業(yè) 2007年全球電解鋁產(chǎn)量3820萬t，2008年全球電解鋁產(chǎn)量4005萬t。預(yù)計2009年全球電解鋁產(chǎn)量將降至3785萬t，將消耗瀝青或改質(zhì)瀝青454萬t。 我國2008年電解鋁產(chǎn)能1800萬t，預(yù)計2009年產(chǎn)量在12501350萬t，將消耗瀝青或

13、改質(zhì)瀝青162萬t。如煉鋁企業(yè)電解鋁使用兩種陽極是利用中溫瀝青(SoftPitch，簡稱SP)軟化點(SofteningPoint)為8590和高質(zhì)量瀝青（HQP）軟化點110120作黏合劑。兩種陽極：一種在是電解過程中焙燒的陽極糊，一種是預(yù)焙燒陽極。這兩種陽極耗瀝青黏合劑的量是不同的，陽極糊含瀝青50%，預(yù)焙燒陽極含瀝青16%。每電解一噸鋁陽極糊耗瀝青量500kg，而預(yù)焙燒陽極耗瀝青量150kg，使用HQP消耗更低。我國電解鋁現(xiàn)在都將使用HQP予焙燒陽極，陽極糊已被淘汰，使用HQP預(yù)焙燒陽極，還可改善電解槽的操作條件。目前我國改質(zhì)瀝青產(chǎn)量約有2025萬t，與需求相差甚遠缺口很大。 2制造超高

14、功率電極原料針狀焦 因國際石油加工方向的轉(zhuǎn)變,美國針狀焦制造商UNOCAC公司芝加哥工廠停產(chǎn)，造成全球及國內(nèi)針狀焦需求十分短缺的局面。目前我國針狀焦需求量超過28萬t,預(yù)計2010年需求量超過40萬t，我國針狀焦產(chǎn)量只有5萬t，缺口很大，針狀焦價格上漲將不可避免。目前制造超高功率電極的主要原料進口針狀焦的價格上漲達3540%，超高功率電極及高功率石墨電極價格將隨之上漲。 據(jù)了解，針狀焦在國內(nèi)外都屬于稀缺產(chǎn)品。國際市場上，針狀焦的價格一直在攀高，國內(nèi)由于生產(chǎn)企業(yè)少，產(chǎn)品供不應(yīng)求，我國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)所需的針狀焦90%依賴進口。近年來，進口針狀焦一直呈漲勢。2008年初，煤系針狀焦進口價格達到1250

15、1450美元/t，從日本進口的油系針狀焦價格為13601460美元/t，2008年底油系針狀焦價格為2000美元/t。國際金融風暴襲來時，進口針狀焦價格不跌反漲。2009年4月，價格高達2500美元/t。目前國內(nèi)針狀焦價格高達1.51.6萬元/t。 三、電弧爐發(fā)展推動針狀焦需求增加 我國電爐煉鋼產(chǎn)量年均以8.75%速度增長,年消耗電極50萬t；2008年我國電爐煉鋼產(chǎn)量增長10%，電爐鋼產(chǎn)量約為5000萬t。全球石墨電極產(chǎn)量的2/3消耗于電爐煉鋼中。 全球電弧爐煉鋼產(chǎn)能在不斷的提高，所需超高功率石墨電極及高功率石墨電極需求增長速度加快。 2008年我國石墨電極產(chǎn)量58.66萬t,同比增長16.

16、81%。其中超高功率電極產(chǎn)量15.4萬t，同比增長26.19%。高功率電極產(chǎn)量24.02萬t,同比增長19.13%。普通石墨電極產(chǎn)量19.24萬t,同比增長7.77%。從銷售量看,銷售超高功率電極37.15萬t,同比增長14.72%?？梢?超高功率電極產(chǎn)量比普通石墨電極增長率高出18%。這說明超高功率電極需求增加,這也是因為電爐煉鋼大型化需求及全球電爐煉鋼增長速度加快需求結(jié)果。 2009年15月煉鋼用石墨電極產(chǎn)量雖有下降，但下降的幅度較普通石墨電極及高功率電極少5%?？梢?為滿足電爐煉鋼大型化需求，超高功率電極在石墨電極產(chǎn)量中的比重增加，因而需求針狀焦原料增加。 制造超高功率電極（UHP）原料為針狀焦，針狀焦的生產(chǎn)原料是瀝青。煤焦油針狀焦的生產(chǎn)商目前主要有日本三菱。我國生產(chǎn)針狀焦是一個新的開發(fā)項目。 針狀焦產(chǎn)量決定著一個國家超高功率電極的產(chǎn)量及制約電弧爐煉鋼的發(fā)展。國際及國內(nèi)針狀