針狀焦生產(chǎn)與應(yīng)用發(fā)展簡(jiǎn)述(共5頁(yè))

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(jiǎn)述目前全球只有美國(guó)、英國(guó)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(wàn)t左右，我國(guó)產(chǎn)量只有5萬(wàn)t，而每年針狀焦需求量約3040萬(wàn)t，8090%依賴進(jìn)口。 電爐煉鋼大型化需求及全球電爐煉鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)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(guó)產(chǎn)針狀焦價(jià)格波動(dòng)在1.51.8萬(wàn)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(jìn)先進(jìn)技術(shù)，擴(kuò)大產(chǎn)量是發(fā)展方向。 煉鋁企業(yè)電解鋁使用的兩種陽(yáng)極，陽(yáng)極糊已被淘汰，都使用預(yù)焙陽(yáng)極，因此需要大量改質(zhì)瀝青約162萬(wàn)t，

2、目前我國(guó)改質(zhì)瀝青產(chǎn)量約2025萬(wàn)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)60年代中期，美國(guó)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(wàn)t瀝青焦成功投產(chǎn)。延遲焦化塔為美國(guó)魯瑪斯式，煅燒窯為美國(guó)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(shí)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(guó)1959年

3、由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司（UCC）首先實(shí)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(guó)上海寶鋼采用日本技術(shù)建設(shè)了我國(guó)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(guó)、英國(guó)、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(wàn)t左右，我國(guó)產(chǎn)量只有5萬(wàn)t（錦州石化公司油系針狀焦產(chǎn)量不足3萬(wàn)t，山西宏特煤系針狀焦不足2萬(wàn)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(shí)間30%，噸鋼耗電可節(jié)省50%，生產(chǎn)能力可增加1.3倍，同時(shí)耗電極少。國(guó)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(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、抗氧化性能好、消耗低等優(yōu)點(diǎn)。 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(dá)50%。瀝青針狀焦為針狀結(jié)晶，纖維流線狀結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是膨脹系數(shù)小，比電阻小，表觀密度大（氣孔率?。磻?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(shí)，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(jìn)一步加熱時(shí)，小球體會(huì)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(huì)影響中間相的各向異性的“小球體”生成和融合。因此，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 原料焦油(FeedTar)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，見表1。 表1原料焦油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)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(jiǎn)稱SP)，其質(zhì)量規(guī)格見表2。 表2中溫瀝青質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目參數(shù) 軟化點(diǎn)，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(guó)外叫高質(zhì)量瀝青（HighQualityPitch）簡(jiǎn)稱HQP，其質(zhì)量規(guī)格見表3。 表3高質(zhì)量瀝青質(zhì)量標(biāo)

7、準(zhǔn) 項(xiàng)目參數(shù)備注 軟化點(diǎn)，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(duì)瀝青進(jìn)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(guó)礦務(wù)局提出的指標(biāo)（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(duì)瀝青必須進(jìn)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(duì)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(jìn)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(jìn)入回轉(zhuǎn)煅燒爐中用13001400的高溫進(jìn)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(biāo)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(gè)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?jǐn)?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(shí)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(shí)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(dòng)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(qiáng)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(wàn)t，我國(guó)煤焦油產(chǎn)

11、量約12001250萬(wàn)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(guó)目前煤焦油實(shí)際加工量只有500余萬(wàn)t，加工裝置單套能力小且而分散。國(guó)內(nèi)改質(zhì)瀝青缺口很大，而國(guó)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(guó)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(diǎn)，其剛度超過玻璃纖維三倍，密度為高強(qiáng)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(diǎn)。可作為一種復(fù)合材料，應(yīng)用于航空

12、、火箭、導(dǎo)彈、機(jī)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(jī)的重量，提高有效載荷，大大節(jié)省燃料費(fèi)用。例如，日本把碳纖維滲入混凝土內(nèi)，制成碳纖維增強(qiáng)混凝土，這種混凝土比普通混凝土堅(jiān)韌30倍，且重量輕、強(qiáng)度高，耐久性好，尺寸穩(wěn)定性好。美國(guó)已試制成功汽車全部使用碳纖維強(qiáng)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(wàn)t，2008年全球電解鋁產(chǎn)量4005萬(wàn)t。預(yù)計(jì)2009年全球電解鋁產(chǎn)量將降至3785萬(wàn)t，將消耗瀝青或改質(zhì)瀝青454萬(wàn)t。 我國(guó)2008年電解鋁產(chǎn)能1800萬(wàn)t，預(yù)計(jì)2009年產(chǎn)量在12501350萬(wàn)t，將消耗瀝青或

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

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

15、1450美元/t，從日本進(jìn)口的油系針狀焦價(jià)格為13601460美元/t，2008年底油系針狀焦價(jià)格為2000美元/t。國(guó)際金融風(fēng)暴襲來(lái)時(shí)，進(jìn)口針狀焦價(jià)格不跌反漲。2009年4月，價(jià)格高達(dá)2500美元/t。目前國(guó)內(nèi)針狀焦價(jià)格高達(dá)1.51.6萬(wàn)元/t。 三、電弧爐發(fā)展推動(dòng)針狀焦需求增加 我國(guó)電爐煉鋼產(chǎn)量年均以8.75%速度增長(zhǎng),年消耗電極50萬(wàn)t；2008年我國(guó)電爐煉鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)10%，電爐鋼產(chǎn)量約為5000萬(wàn)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(zhǎng)速度加快。 2008年我國(guó)石墨電極產(chǎn)量58.66萬(wàn)t,同比增長(zhǎng)16.

16、81%。其中超高功率電極產(chǎn)量15.4萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)26.19%。高功率電極產(chǎn)量24.02萬(wàn)t,同比增長(zhǎng)19.13%。普通石墨電極產(chǎn)量19.24萬(wàn)t,同比增長(zhǎng)7.77%。從銷售量看,銷售超高功率電極37.15萬(wàn)t,同比增長(zhǎng)14.72%。可見,超高功率電極產(chǎn)量比普通石墨電極增長(zhǎng)率高出18%。這說(shuō)明超高功率電極需求增加,這也是因?yàn)殡姞t煉鋼大型化需求及全球電爐煉鋼增長(zhǎng)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(guó)生產(chǎn)針狀焦是一個(gè)新的開發(fā)項(xiàng)目。 針狀焦產(chǎn)量決定著一個(gè)國(guó)家超高功率電極的產(chǎn)量及制約電弧爐煉鋼的發(fā)展。國(guó)際及國(guó)內(nèi)針狀