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针状焦简介_针状焦个人资料_针状焦微博

2016-11-27 10:41:53 科学百科 阅读 2 次

正文/针状焦 编辑

见石油焦。

上游行业主要是焦油沥青或石油渣油等原料。由于上游原材料价格持续波动,直接导致针状焦价格的变动。上游原材料价格和供应问题将成为影响针状焦企业正常生产经营的重要因素。因此,针状焦行业与上游行业存在较高的关联度。下游行业比较广泛,主要是电炉炼钢用石墨电极、锂电池、核电、航天等领域。随着国内外环保、安全法规的建立健全和各应用行业针状焦标准的提高,针状焦的应用领域将不断扩大,使用量不断提高。但经济周期对针状焦的下游应用行业的影响也会产生一定的反向传导效应。因此,针状焦行业与下游行业存在较高的关联度。

一、煤焦油沥青生产针状焦

针电炉使用由针状焦制造的超高功率电极和使用普通电极相比,前者可缩短冶炼时间30%,吨钢耗电可节省50%,生产能力可增加1.3倍,同时耗电极少。国外电炉炼钢直径500~508mm超高功率电极消耗情况:俄罗斯生产碳素钢和高合金钢企业石墨电极单耗3.7kg/t钢,日本为5.2kg/t钢,瑞典为6.7~7.2kg/t钢。全球石墨电极产量的2/3消耗于电炉炼钢中。

1.针状焦特性

针状焦具有电阻率小、热膨胀系数小、耐冲击性能强、机械强度高、抗氧化性能好、消耗低等优点。

沥青针状焦从外观上和普通沥青焦不同。普通沥青焦具有一般焦炭的形状,气孔粗大,气孔率可达50%。沥青针状焦为针状结晶,纤维流线状结构,其特点是膨胀系数小,比电阻小,表观密度大(气孔率小),反应性小,容易石墨化。

2.制取针状焦

煤焦油沥青在焦化初期,通过管式炉加热至400℃时,用显微镜观察,可看到其熔融区域有称之为“中间相”的各向异性的“小球体”即球晶,进一步加热时,小球体会循环合并,互相融合,形成石墨化晶格,最终形成流态化状纤维结构。生产针状焦的初始原料煤焦油及软沥青(或改质沥青)中的杂质会影响中间相的各向异性的“小球体”生成和融合。因此,对初始原料煤焦油、中温沥青及改质沥青中的甲苯不容物(TI)、喹啉不溶物(QI)都有标准规定。

生产针状焦必须对沥青进行预处理获得精制沥青,才可用于生产针状焦。精制沥青的规格如下:

密度>1.02g/cm3,钒≤50mg/kg,灰分≤0.05%,镍≤50mg/kg,硫分≤0.5%,BMCI≥120,QI1<1%。

BMCI值为美国矿务局提出的指标(BureauofMinesCorrelationIndex),BMCI代表原料的芳香化度,值越大,原料芳香化度越高。

为获得精制沥青,对沥青必须进行预处理,其目的是去除一次喹啉不溶物(QI1)等有害杂质和调制相对分子质量的分布。预处理的方法有加氢法,热聚合法和熔剂法。

针状焦的生产是把中温沥青或改质沥青通过管式炉加热至500℃,再进入延迟焦化塔,把生成的副产油分离出去。其重馏分和沥青在延迟焦化塔反复被加热而焦化,再进入回转煅烧炉中用1300~1400℃的高温进行煅烧。经过煅烧过的焦炭改善了焦炭结构,提高了焦炭真密度和降低了灰分。经降温、熄焦装置处理而获得针状焦。针状焦的质量指标为:挥发分0.19%,灰分0.07%,S:0.27%,C:98.63%,H:0.07%,N:0.33%,真密度2.1368g/cm3,线膨胀系数1.10×10-6℃-1。

3.针状焦的生产过程

针状焦的生产过程包括原料预处理、延迟焦化过程和煅烧三个工序。

1)原料预处理

主要除去一次喹啉不溶物(QI1)的杂质,以保证精制沥青中QI1质量分数小于1.0%。如采用真空闪蒸—加压缩聚法生产工艺,可以获得几乎不含QI1的精制沥青。其参数主要控制好真空闪蒸温度和压力,加压缩聚温度和压力及缩聚时间。真空闪蒸过程可得到适宜密度和适宜芳香化度。加压缩聚过程可得到含量高的中间相先驱体(β组分)的缩聚沥青,同时可降低QI2的含量。

2)延迟焦化过程

延迟焦化过程主要利用中间相物质的塑性流动和分子排列的有序性及气相产物产生的剪切力,称之为所谓“气流拉焦丝”,最终形成流线状纤维结构的针状焦。在焦化过程中易出现结焦现象,为防止结焦,向炉管内注入2940KPa高压水蒸汽,使沥青油以高速湍流状态,通过临界分解区域。

3)煅烧过程

将流线状纤维结构的针状焦通过回转窑加热到1300~1450℃煅烧,以提高焦炭真密度和降低挥发分,提高含碳量及强度和导电性,改善焦炭结构,从而获得高质量的沥青针状焦。

二、煤焦油——改质沥青——针状焦应用

煤焦油深加工的产品,45%为化学产品,55%为沥青产品。化学产品是高附加值产品,煤焦油沥青主要用于电解铝工业及炭素行业和电炉炼钢的超高功率电极。

目前,我国煤焦油产量约占全球产量的2/3,是全球煤焦油沥青及煤制化学品的最大的供应商。但我国目前煤焦油实际加工量只有500余万t,加工装置单套能力小且而分散。国内改质沥青缺口很大,而国外一些煤焦油加工企业因原料的短缺而停工转产,沥青及改质沥青就全球需求而言缺口极大。我国煤焦油集中加工及装置单套能力大型化,煤焦油蒸馏下游精制产品集中化开发,超高功率电极所需针状焦技术开发及沥青焦、碳纤维技术的研究是发展方向。

碳纤维具有“比铁硬比铝轻”的特点,其刚度超过玻璃纤维三倍,密度为高强度钢的五分之一。具有高刚度,耐热,耐蚀,耐磨,线膨胀系数小及尺寸稳定性好等一系列优点。可作为一种复合材料,应用于航空、火箭、导弹、机械化工、原子能工业及民用工程材料等领域。使用碳纤维复合材料,可以大大减轻宇宙飞船、导弹、飞机的重量,提高有效载荷,大大节省燃料费用。例如,日本把碳纤维渗入混凝土内,制成碳纤维增强混凝土,这种混凝土比普通混凝土坚韧30倍,且重量轻、强度高,耐久性好,尺寸稳定性好。美国已试制成功汽车全部使用碳纤维强化塑料。

1.煤焦油沥青用于电解铝行业

我国2012年电解铝产量达到近2000万t,如炼铝企业电解铝使用两种阳极是利用中温沥青(SoftPitch,简称SP)软化点(SofteningPoint)为85~90℃和高质量沥青(HQP)软化点110~120℃作黏合剂。两种阳极:一种在是电解过程中焙烧的阳极糊,一种是预焙烧阳极。这两种阳极耗沥青黏合剂的量是不同的,阳极糊含沥青50%,预焙烧阳极含沥青16%。每电解一吨铝阳极糊耗沥青量500kg,而预焙烧阳极耗沥青量150kg,使用HQP消耗更低。我国电解铝现在都将使用HQP予焙烧阳极,阳极糊已被淘汰,使用HQP预焙烧阳极,还可改善电解槽的操作条件。目前我国改质沥青产量与需求相差甚远缺口很大。

数据显示:2012年1-12月全国原铝(电解铝)累计总产量19,883,326吨,同比增长13.18%。12月当月原铝(电解铝)产量1,716,420吨,同比增长23.8%。

地区 原铝(电解铝)(吨)

12月产量

1-12月止累计

12月同比增长(%)

累计同比增长(%)

全国

1,716,420

19,883,326

23.8

13.18

北京

-

-

-

-

天津

-

-

-

-

河北

1,685

19,001

124.07

8.16

山西

92,277

1,055,739

-1.31

0.82

内蒙古

157,161

1,794,036

9.91

7.37

辽宁

25,827

263,159

42.49

24.4

吉林

2,358

25,866

-4.8

-13.51

黑龙江

-

-

-

-

上海

-

-

-

-

江苏

9,013

112,506

-8.86

2.3

浙江

12,967

153,394

-0.7

0.23

安徽

-

-

-

-

福建

12,439

149,969

-3.86

1.07

江西

-

-

-

-

山东

118,165

1,968,899

41.21

5.91

河南

303,458

3,688,396

-10.89

-5.24

湖北

28,766

286,319

2.47

-19.27

湖南

29,860

335,930

0.35

2.66

广东

-

-

-

-

广西

54,711

656,208

70.95

2.01

海南

-

-

-

-

重庆

22,727

267,867

-31.16

21.77

四川

52,523

621,458

12.69

7.53

贵州

106,755

1,043,488

52.56

19.25

云南

58,580

894,707

-19.76

2.18

西藏

-

-

-

-

陕西

21,836

298,910

-4.21

4.13

甘肃

162,127

1,760,045

69.74

60.02

青海

172,960

2,031,950

72.41

20.08

宁夏

147,978

1,523,505

20.02

28.72

新疆

122,247

931,974

768.97

220.09

资料来源:国家统计局

2.制造超高功率电极原料——针状焦

因国际石油加工方向的转变,美国针状焦制造商UNOCAC公司芝加哥工厂停产,造成全球及国内针状焦需求十分短缺的局面。目前我国针状焦缺口很大,针状焦价格上涨将不可避免。

据了解,针状焦在国内外都属于稀缺产品。国际市场上,针状焦的价格一直在攀高,国内由于生产企业少,产品供不应求,我国钢铁生产企业所需的针状焦90%依赖进口。近年来,进口针状焦一直呈涨势。

三、电弧炉发展推动针状焦需求增加

我国电炉炼钢产量年均以9%左右速度增长,年消耗电极超过50万t;全球石墨电极产量的2/3消耗于电炉炼钢中。

全球电弧炉炼钢产能在不断的提高,所需超高功率石墨电极及高功率石墨电极需求增长速度加快。

2012年我国,炭素行业的主导产品炼钢用石墨电极产量为648255吨,同比减少4.47%。其中,超高功率石墨电极产量为214327吨,同比减少5.28%,。可见,超高功率电极产量比普通石墨电极增长率高出18%。这说明超高功率电极需求增加,这也是因为电炉炼钢大型化需求及全球电炉炼钢增长速度加快需求结果。

制造超高功率电极(UHP)原料为针状焦,针状焦的生产原料是沥青。煤焦油针状焦的生产商目前主要有日本三菱。我国生产针状焦是一个新的开发项目。

针状焦产量决定着一个国家超高功率电极的产量及制约电弧炉炼钢的发展。国际及国内针状焦十分紧张短缺,我国每年要进口针状焦,且价格贵。中国炭素行业协会表示,我国部分大型炭素企业正在与国内有关企业密切配合合作扩大针状焦生产。

四、最后

我国及全球电炉炼钢大型化及全球电炉炼钢产量增长速度加快,导致对UHP需求快速增长,随之UHP的生产原料针状焦供应缺口加大,价格上涨。

我国针状焦生产技术落后,产量少,进口依赖度加大。因此需要对针状焦生产技术加大投入或引进技术进行研究开发,提高我国针状焦生产技术水平及扩大生产量。