《油系針狀焦》中國國家標準意見稿
CP-MG 20181007 12:00
資料來源：石墨盟
圖片來源：石墨盟
據原料路線的不同，
針狀焦分為
1.油系2.煤係兩種。
油系針狀焦生產方法是美國在上世紀50年代後期開發的，以熱裂化渣油和催化裂化澄清油等石油加工廠重質餾分油為原料，經延遲焦化和煅燒等工藝過程製得成品油系針狀焦。
ConocoPhillips目前是全球最大的油系針狀焦生產商，2012年，其針狀焦產能達到37萬噸/年。煤系針狀焦生產方法是1979年由日本新日鐵和三菱化成公司開發的，該法以煤煉焦副產品煤焦油瀝青為原料，經原料預處理、延遲焦化和煅燒3個工藝過程製得成品煤系針狀焦。
針狀焦生產：
針狀焦製備是採用液相炭化技術，焦化原料在液相炭化過程中逐漸經熱解及縮聚形成中間相小球體。中間相小球體再經充分長大、融並、定向，最後固化為纖維狀結構的炭產物，即針狀焦。無論是油系針狀焦還是煤系針狀焦，生產工藝均為原料預處理、延遲焦化和煅燒三部分。
1 原料預處理
油系針狀焦原料的選擇及預處理
油系針狀焦的原料是石油加工廠的重質油，主要成分是脂肪烴，芳香烴含量很少，由於長期儲存在地下以及在加工過程中使用各種催化劑，使得石油重油中含有一定的雜質元素，這些都對針狀焦生產不利，因此也必須對針狀焦原料進行選擇和處理。首先選擇芳香烴含量高、含硫低的重質油，再除去其中的雜質（如催化劑粉末等）。另外，石油加工過程生成的膠質、瀝青質也在重質油當中，對針狀焦生產是不利的。
美國有關資料介紹，通常用於生產焦炭（針狀焦）的原料是重油，如蒸餾原油的殘渣油、潤滑油的萃取物、加氫脫硫潤滑油的萃取物及從石油蒸餾或裂化得到的殘渣或氫化脫硫產品。最好的原料是所謂熱解燃料油或黑油，沸點高於裂解汽油，即沸點高於218℃的殘留重質黑油，是熱裂解液體碳氫化合物原料，催化裂解傾析油，熱裂解焦油，潤滑油萃取物以及加氫脫硫產物等。一般來說，這些原料含硫量低，即含硫量低於1.5%（質量），最好是低於0.8%，也可以用這些原料的混合物。
2 延遲焦化
延遲焦化是一種連續和間歇過程相結合的工藝，生產瓦斯氣、各種成品油和焦。原料經加熱爐加熱，然後進人焦化塔（間歇過程) ,並在焦化塔內保溫時進行汽化和裂解。因此，這個過程是重質油的一種熱裂解過程。生產的焦有燃料用焦、海綿狀焦、粒狀焦和針狀焦。
油系針狀焦和煤系針狀焦的焦化過程（延遲焦化）工藝流程很相近，主要差別在分餾系統（延遲焦化）工藝流程很相近，主要差別在分餾系統，得到的氣體和液體產品也不同。
石油重油的延遲焦化工藝裝置包括餾分塔，加熱爐和焦化塔等，該工藝過程在餾分塔和加熱爐中是連續過程，但在焦化塔中是間歇過程，因此，兩個焦化塔對應1個分餾塔和1個加熱爐是必需的。一般說來，原料進入分餾塔底，與循環油進行調合，並穩定塔底溫度，然後餾分塔底物料用泵打入焦化爐，迅速加熱至焦化條件，在不到3 min內裂解和汽化，然後進入焦化塔。
在焦化塔內，裂解、汽化和縮合，直至形成焦。而液體物被汽化並從焦化塔頂回到餾分塔。焦不斷地形成並堆積至塔內直至達到需要的量時切換到第二個塔連續進行。停止進料後的焦化塔經冷卻處理後，用高壓水（17~23MPa）進行水力切焦，然後為下一周期做準備。焦化週期通常為24小時，但有時為了增加處理量，焦化週期調整到14~20小時。
從焦化塔出來的裂解氣進入分餾塔，分離出不同的液體，包括汽油、煤油、柴油和蠟油。該產物中的一部分用於加工動力燃料油或作為化工原料。針狀焦的延遲焦化工藝流程和設備與普通焦的延遲焦化基本相同，只是在個別設備、焦化條件和操作上採取了某些必要的措施，如控制進料的升溫速度、焦化塔壓力、注汽量和調整循環比，使油料在焦化塔內維持一個相對穩定的狀態，充分利用中間相物質的塑性流動和分子排列的有序性，同時使氣相產物產生剪切力，創造所謂的“氣流拉焦"的條件，最終形成流線狀結構的針狀焦。為保證針狀焦生產過程穩定進行，須對個別設備進行改進。工藝參數、操作週期以及焦炭產率均有很大差別。
煤系針狀焦和油系針狀焦在工藝參數、操作週期以及焦炭產率等方面均有一定的差別，如焦炭產率煤系針狀焦遠遠大於油系針狀焦。
3 煅燒
延遲焦化生產的針狀焦含有較高的水分和揮發性組分，稱為生焦，需在隔絕空氣條件下進行高溫煅燒處理才能作為高功率、超高功率石墨電極的原料。在煅燒過程中，針狀焦的結構和元素組成發生一系列的變化，從而提高了針狀焦的理化性能。煅燒的目的是脫除生焦中的水分和揮發分，提高焦炭的含碳量、密度、強度、導電性和化學穩定性。
針狀焦煅燒通常是在迴轉窯內進行。生焦從窯的一端進入，與高溫煅燒的廢氣接觸，在出口端有燃氣或燃油燃燒器，煅燒帶溫度高達1500℃。窯體的旋轉速度對焦炭在窯內的停留時間和加熱速度具有決定性的影響。評價煅燒效果的好壞，煅燒後針狀焦真密度大小是一個重要指標，真密度大於2.13g/m3的為質量好的針狀焦。
煅燒石油焦：
黑色或暗灰色堅硬固體石油產品，帶有金屬光澤，呈多孔性，是由微小石墨結晶形成粒狀、柱狀或針狀構成的炭體物。石油焦組分是碳氫化合物，含碳90－97%，含氫1.5－8%，還含有氮、氯、硫及重金屬化合物。
石油焦是延遲焦化裝置的原料油在高溫下裂解生產輕質油品時的副產物。石油焦的產量約為原料油的25-30%。其低位發熱量約為煤的1.5-2倍，灰分含量不大於0.5%，揮發分約為11%左右，品質接近於無菸煤。
2.性質用途：
煅燒石油焦主要用於製取炭素製品，如石墨電極、陽極弧，提供煉鋼、有色金屬、煉鋁之用；制取炭化矽製品，如各種砂輪、砂皮、砂紙等；制取商品電石供製作合成纖維、乙炔等產品；也可做為燃料。
石墨化石油焦：
是以煅燒石油焦為原料，將煅燒石油焦置於石墨化爐中，經過高溫石墨化，發生理化反應並除硫除灰分等雜質之後的產品。有時稱人造石墨，用在增碳劑時，常被稱為超低硫/低氮增碳劑。
石墨化石油焦是黑色或暗灰色堅硬固體的石油產品,帶有金屬光澤,呈多孔性,是由微小石墨結晶形成粒狀、柱狀或針狀構成的炭體物。石油焦組分是碳氫化合物， 含碳99%以上，還含有氮、氯、硫及重金屬化合物。
2、性質用途：
石墨化石油焦在工業上用途很廣，用於冶金，鑄造，精密鑄造中作為增碳劑使用；用於製作冶煉上的高溫坩堝、機械工業的潤滑劑、製作電極和鉛筆芯；廣泛用於冶金工業的高級耐火材料與塗料、軍事工業火工材料安定劑、輕工業的鉛筆芯、電氣工業的碳刷、電池工業的電極、化肥工業催化劑等。石墨化石油焦可視其質量而用於製石墨、冶煉和化工等工業。低硫、優質的熟焦例如針狀焦，主要用於製造超高功率石墨電極和某些特種炭素製品；在煉鋼工業中針狀焦是發展電爐煉鋼新技術的重要材料。中硫、普通的熟焦，大量用於煉鋁。高硫、普通的生焦，則用於化工生產，如製造電石、碳化矽等，也有作為金屬鑄造等用的燃料。中國生產的石油焦，大部分屬於低硫焦，主要用於煉鋁和製造石墨。
石墨電極主要以優質石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結合劑，經煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機加工而製成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱溶化的導體，根據其質量指標高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。
電煅煤：
精選優質無菸煤為原料，經單相交流電煅爐2000℃煅燒生產而成，在生產過程中能夠有效去除水分、揮發分、提高密度和導電率，加強機械強度和抗氧化度。具有低灰、低硫、低磷、高發熱量、高抗壓強度的優良特性。
2、 性質用途：
是生產優質碳素製品的優選材料。是生產電極，各種鋁用坦塊不可缺少的主要材料。電煅煤可在煉鋼過程中用作增碳劑使用。