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针状焦生产
针状焦生产

热门关键词:针状焦  油浆  石墨电极  等静压石墨 

浅析针状焦生产技术进展

DATE:2018-07-11

  针状焦的生产工艺复杂,典型的工艺有热裂化-焦化联合工艺、普焦-针状焦联合工艺、延迟焦化工艺等。其中延迟焦化工艺最为普遍,对许多炼厂来说,焦化装置利旧改造生产针状焦也相对容易。

  延迟焦化生产工艺分原料预处理、延迟焦化、煅烧三部分。原料预处理,目的是去除原料软沥青中的杂质沥青(主要指喹啉不溶物),制取精制沥青;延迟焦化,把精制沥青在加热炉内快速加热到反应温度后,立即送入焦化塔,利用其自身显热使沥青裂解和缩合,生产出延迟焦(俗称生焦);煅烧,将延迟焦经 1450℃左右高温煅烧,对针状焦进行煅烧可达到以下目的:排除其中的挥发性组分和水分,提高密度和机械强度,提高导电性能,提高化学稳定性。

  一般而言,工业上可用来生产针状焦原料的主要来源有:催化裂化澄清油、石脑油以及粗柴油蒸汽裂解生产乙烯所得的乙烯焦油、热裂化的裂化焦油、煤焦化或气化生产的煤焦油。此外,润滑油溶剂精制的抽出油以及某些渣油也可作为生产针状焦的原料。图2介绍了从石油原料或煤焦油原料生产针状焦的不同路线。

  3.1 煤系针状焦

针状焦

  煤焦油沥青主要成分是芳香烃,但其中含有相应量的喹啉不溶物,它不仅是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炭,还有从炼焦炉炭化室随煤气带来的煤粉和焦粉。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。富含短侧链、线型联接的多环稠环芳烃,是生产针状焦的优异原料。工业生产上对煤系针状焦原料的要求是:芳烃含量高(≥30%)、胶质沥青质含量低(一般控制庚烷不溶物≤2.0%)、灰分(一般≤0.05% )和硫含量低(≤0.3%)、钒和镍含量均低于50ppm。因此,需对煤沥青原料进行预处理。首先除去其中防碍小球体生长的喹啉不溶物,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必要条件。原料预处理主要方法有:真空蒸馏法、溶剂萃取法、离心法、改质法等。

  3.2 油系针状焦

  油系针状焦与煤系针状焦生产方法基本相同,主要区别在原料预处理。油系针状焦原料杂质较少,影响油系针状焦原料的主要是催化剂粉末、游离碳、金属杂质、硫含量等。原料中的金属及机械杂质会影响焦炭中的灰分含量和焦炭的结构。钒和镍等金属有机化合物具有催化作用,加速中间相小球的成核过程,使小球在充分生长之前融并,生成镶嵌结构;另一方面,金属杂质残存在产物中,易生成孔隙、裂纹,导致制品强度下降;此外灰分在以后的焦炭石墨化过程中会挥发,造成电极孔隙大。原料中催化剂粉末含量要求必需小于万分之一。硫大多集中在胶质和沥青质中,碳化后又大部分集中在焦炭中。高硫焦炭会导致炭素制品石墨化时发生晶胀,造成产品带裂纹,成品率低,影响使用性能。此外,对原料的密度要求大于1.0g/cm3以保证针状焦产率。分子量分布范围较窄、馏程范围适当、粘度较低等都是提高针状焦质量的因素。原料预处理主要方法有:原料净化技术、溶剂处理法、加氢法等。

  目前困扰石油系针状焦生产的问题主要是原料的选择。而国内大部分炼厂不可能提供单一的原料来生产针状焦,因此将几种原料掺对来生产针状焦是有前途的。原料掺对不仅可以扩大了原料的来源,而且还可以改善单一原料的性质。采用催化裂化澄清油、润滑油精制抽出油、热裂化渣油掺对不同比例的乙烯焦油、减压渣油、焦化循环油,适当改变焦化条件,可以生产出合格的针状焦产品。

  查庆芳等将催化油浆和减压渣油以不同的比例混合,然后在490℃和0.8Mpa条件下炭化制备针状焦,发现FCC油浆和减压渣油共炭化在热反应上起到互补作用,FCC油浆降低了减渣的热解速率,并得出结论:掺兑30%FCC油浆于减压渣油中,从化学组成看,可以获得优异针状焦。李开喜等研究认为将石油系油浆与煤系闪蒸油以3:2的重量比混合后在440℃、1.0Mpa下热解3.5h然后再在530℃、1.0Mpa下焦化8h所得焦块为具有较高取向度的流线型结构,适合于作为针状焦的起始原料,而二者单独焦化不易制得具有良好光学结构的针状焦,表明热解或炭化可有效改善两种原料混合后的分子结构和组成。刘以红等将减压渣油用溶剂萃取处理,将渣油中适宜制备针状焦的组分保留,获得了制备针状焦的理想原料。新日铁化学公司认为向焦炭中添加水溶性铁化合物,可改善煤系针状焦的胀裂,增加石墨化堆密度。Yoichi Kawano等人研究了金属氧化物(氧化铁、三氧化二铬等)、非金属氧化物(B2O3)、硼酸、磷酸氢二钠和复配的晶胀抑制剂对“晶胀”现象的抑制作用,并提出了各自抑制机理,开展此项研究,对提高针状焦的真密度和降低热膨胀系数具有重要意义。

针状焦
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