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針狀焦生產工藝
針狀焦生產工藝

熱門關鍵詞:針狀焦  油漿  石墨電極  等靜壓石墨 

淺析針狀焦的三大生產工藝

DATE:2018-06-15

  針狀焦制備是采用液相炭化技術,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、融并、定向,最后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。

  原料預處理

  1.煤系針狀焦原料預處理

  煤系針狀焦原料預處理主要是去除煤瀝青中的喹啉不容物(QI),一般稱為煤瀝青凈化。煤瀝青的組成對中間相形成有相應的影響,例如,活性組分、喹啉不溶物、金屬元素、雜環化合物和氮、氧、硫等。煤瀝青的主要成分是芳香烴,但其中含有對應量的QI,其中不僅有煤焦油蒸餾時某些高分子樹脂狀物質受熱聚合生成的無定形碳,還有從煉焦爐室隨煤氣帶出來的煤粉和焦粉。它們附著在中間相周圍,阻礙球狀晶體的長大、融并。焦化后也不能得到纖維結構良好的針狀焦組織。因此,需對煤瀝青原料進行預處理。預處理的目的是:首先除去其中妨礙小球體生長的原生喹啉不溶物(QI),然后再進行組分調制,以獲得滿足針狀焦生產需要的原料,這是用煤瀝青生產針狀焦的重要條件。

  煤瀝青的凈化方法主要有過濾法、離心分離法、溶劑法(溶劑法又分為溶劑一沉降法、溶劑一離心法、溶劑一過濾法、溶劑一絮凝法、溶劑一抽提法)、真空蒸餾法。

  2.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,由于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相應的雜質元素,這些都對針狀焦生產不利,因此也必需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,通常用于生產焦炭(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,沸點高于裂解汽油,即沸點高于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,即含硫量低于1.5%(質量),最好是低于0.8%,也可以用這些原料的混合物。

  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,然后進人焦化塔(間歇過程) ,并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,并穩定塔底溫度,然后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,然后進入焦化塔。

  在焦化塔內,裂解、汽化和縮合,直至形成焦。而液體物被汽化并從焦化塔頂回到餾分塔。焦不斷地形成并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。停止進料后的焦化塔經冷卻處理后,用高壓水(17~23MPa)進行水力切焦,然后為下一周期做準備。焦化周期通常為24小時,但有時為了增加處理量,焦化周期調整到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于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、焦化條件和操作上采取了某些措施,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、操作周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、操作周期以及焦炭產率等方面均有相應的差別,如焦炭產率煤系針狀焦遠遠大于油系針狀焦。

  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回轉窯內進行。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,煅燒后針狀焦真密度大小是一個重要指標,真密度大于2.13g/m3的為質量好的針狀焦。

針狀焦


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