燃料与化工Fuel&Chemical Processes
May.2021 Vol.52No.3
6
蔡闯1代玉亭1王兵1贾洪峥1陈莹圆
玻璃纤维滤筒(1.鞍山开炭热能新材料有限公司，鞍山114044；
2.鞍钢股份有限公司，鞍山114021)
摘要：由于国产针状焦研发及生产历史较短，在产品质量及稳定性方面与进口针状焦还有一定差异。通过对比生产工艺、产品理化指标等方面，深入剖析并总结了国产针状焦的技术瓶颈、突破方向以及对未来发展的展望。
关键词：针状焦；技术瓶颈；技术突破；未来发展
中图分类号：TQ522.63文献标识码：A文章编号：1001-3709(2021)03-0006-03 Bottleneck and breakth
rough of domestic needle coke technology
Cai Chuang1Dai Yuting1Wang Bing1Jia Hongzheng1Chen Ying2
虚拟传真(1.Anshan Kaitan-Reneng New Carbon Materials Co.,Ltl.,Anshan114044,China；
2.Ansteel Company Limited,Anshan114021,China)
Abstract:Due to short R&D and production history of domestic needle coke,there are some differences between domestic and imported needle coke in product quality and stability.This paper analyzes and summarizes technical bottleneck,breakthrough measures and future development prospect of domestic needle coke by comparing processes as well as physical and chemical properties. Key words:Needle coke；Technical bottleneck；Breakthrough in technology；Future development
针状焦具有结晶度高，热膨胀系数小，取向性好，导电、导热性能好等优点，被广泛应用于传统行业电炉炼钢的超高功率石墨电极、特种炭素制品等领域。近2年随着锂离子电池行业的快速发展，中国锂电负极材料市场明显增长，大量生产商开始采用针状焦来制备负极材料，因其具有成本低、克容量较高、综合性能稳定等优势，受到负极材料生产商青睐，用量逐年攀升。
针状焦按原料不同可划分为油系针状焦和煤系针状焦[l]o油系针状焦目前采用催化裂化油浆为原料，煤系针状焦采用高温煤焦油制备的软沥青为原料。油系针状焦的生产历史更悠久，主要以美国为代表，在20世纪50年代后期美国首先掌握了油系针状焦的生产技术。中国石化研究院（石科院）先后完成了石油系针状焦实验室试验、小型和中型试验，建立了相应的测试方法等，进行了工业生产试验,1985年7月通过石化总公司鉴定[2]o1995年11月，锦州石化公司2万t/a针状焦生产装置投产，结束了我国针状焦不能连续生产的历史遥 煤系针状焦以日本为代表，在20世纪70年代后期日本煤系针状焦正式实现工业化生产。1986年鞍山热能研究院顺利完成煤系针状焦中间试验, 1989年初该试验通过鉴定。鞍山沿海化工公司采用中冶焦耐专利技术，于1994年6月产能2万t/a 的煤系针状焦建成,1998年投产，开启了我国煤系、油系针状焦市场共存的时代。
两类针状焦虽然在原料和工艺上存在差异，但用途基本相同。同级别产品在超高功率电极、锂电负极材料的应用上也是大同小异，在锂电负极上的应用主要受商家使用偏好的影响。
1针状焦生产工艺现状
针状焦生产工艺介绍见表1遥从工艺介绍可以看出，无论油系还是煤系针状焦，采用的工艺过程相
收稿日期：2020-12-27
作者简介：蔡闯（1982-），男袁高级工程师
同遥除原料预处理工艺方法存在差别，其余2个工艺过程方法基本通用，见表2。
表1工艺介绍
工艺过程作用煤系针状焦油系针状焦原料预处理去除原料中不利于中间相小球体成长、融并的组分或杂质，从而得到精制原料。溶剂法、蒸馏法萃取法、过滤法焦化精制原料在460耀510益的温度下进行深度裂解、缩合反应，进而生成生焦。延迟焦化生焦经1450±50益高温去除挥发分的同时，发生分解和缩聚反应袁在结构重排、
体积收缩后得到针状焦。
回转窑、罐式炉
表2工艺比较与详解
工艺过程煤系针状焦油系针状焦
溶剂法优于蒸馏法袁在产企业全部使用该方法袁工原料预处理艺简单袁操作上受原料稳定性影响大袁收率较高可原料预处埋达77%耀78%，运行成本低，匝I脱除彻底袁精制沥 青组分均匀，生焦收率高。机械过滤法和萃取法，在产企业中均有使用。机械过滤法受原料限制较大(沥青质、胶质去除不彻底)，工艺简单袁运行成本低袁收率较高。萃取法工艺较过滤法复杂，操作难度大袁收率较低，运行成本高，但萃取法精制后原料组分更适宜于生产高端针状焦产品。
国内外在产企业均采用延迟焦化法，工艺成熟，设备较多，操作复杂，加热炉炉管内可注软化水或高压过热蒸汽。根据原隹化料的不同及其特点，各家都有自己独特的变温变压操作参数及生产周期袁油系比煤系收率低20%耀30%，但副产品附加值焦化远高于煤系。切焦方式均采用高压水力切焦袁各家可根据自己的塔径及焦炭强度特点选取合适的水压、水量及切焦方 法袁以保证焦炭粒度满足大规格超高石墨电极的需求。
回转窑和罐式炉在国产企业中均有使用，但回转窑居多。回转窑更适合产量规模大的企业，自动化程度较高袁操作灵活袁煅烧劳动条件好，环保好治理袁但耐材维修量大、费用高袁焦炭收率低袁烧损大袁动态煅烧效果更好袁但粒度有所衰减。反之，罐式炉产量低袁自动化程度差袁操作调整手段少袁劳动条件差袁但焦炭收率高袁烧损少袁针状焦粒度较好。
2国内外针状焦实物对比分析
国内外针状焦理化指标对比见表3。因为各家制备大规格超高石墨电极的压型配方不同，因此对粒度
具体要求也不同。从表3可以看出，除个别国产针状焦质量较差，大部分厂家产品质量可以满足市场需求，但是与进口针状焦产品相比，仍然存在一些差距，在稳定性上更是相差甚远遥
表3国内外针状焦理化指标对比
焦产地
真密度
/(g・cm-3)
挥发分
/%
灰分
/%
光纤研磨机粉末比电阻
/滋Dm
振实密度
/(g・cm-3)
S
/%
N
/%
石墨化后CTE
x10-6/益
鞍山开炭 2.1310.210.034780.930.350.31 1.02国产煤系针状焦1 2.1200.490.084610.910.410.46 1.22国产煤系针状焦2 2.1250.250.094950.910.280.28 1.25国产煤系针状焦3 2.1330.190.123690.880.290.25 2.20进口煤系针状焦 2.1380.210.045010.940.380.240.96国产油系针状焦1 2.1240.230.065410.920.240.30 1.10国产油系针状焦2 2.1280.280.025110.870.620.190.99
国产油系针状焦3 2.1340.260.055200.890.250.22 1.38进口油系针状焦 2.1440.220.085860.900.280.350.90
3国产针状焦技术瓶颈讨论分析
(1)优质稳定的原料难求(低喹啉煤沥青、低硫催化裂化油浆)，即使个别针状焦企业自己生产原料，也对其理解、研究、监控不足。
(2)国产针状焦整体进步很快，但个别企业仍未掌握核心技术，对关键指标的影响因素尚不清晰。
(3)对下游石墨电极及锂电负极工艺了解少，产品在下游应用情况得不到正确及时的反馈。
(4)高端技术人才稀缺，重视和培养人才力度不够。抢占高端产品市场能力不足，大规格石墨电极接头焦和本体焦生产技术还未突破。
(5)相对国外企业，生产过程管理和质量管理的精细化程度不够。企业未权衡好生产成本和产品质量的关系。
(6)不能稳定增加产品收率，势必加大成本负担。
(7)下游对新投产的针状焦企业产品评测周期较长，阻碍技术改进速度。
(下转第13页)
表3人工制取的焦炭试样重复性实验数据
项目试样1试样2试样3试样4
分析/次12121212 CRI/%25.326.931.630.430.028.831.430.5 CRI差异/% 1.6 1.2 1.20.9
CSR/%61.960.146.048.051.853.649.250.8 CSR差异/% 1.8 2.0 1.8 1.6
颗粒数/粒3737383836363838重复性标准CRI:r臆2.4%；CSR：r臆3.2%
人工制取的焦炭样品重复性在国家标准范围内，偏差值平均为CRI：r=1.23%；CSR：则=1.8%。
机械制取的焦炭试样重复性实验数据见表4遥机械制取的焦炭样品重复性在国家标准范围内，偏差值平均为CRI：r =0.55%；CSR：r=0.63%。
由上述实验结果得知，机械制取的焦炭样品重复性要优于人工制取样品的重复性。
表4机械制取的焦炭试样重复性实验数据
项目试样1试样2试样3试样4
分析/次12121212 CRI/%24.624.829.629.027.426.628.028.6 CRI差异辕%0.20.60.80.6
CSR辕%66.466.157.558.255.956.458.357.3 CSR差异辕%0.30.70.5 1.0
颗粒数/粒3030303030303131重复性标准CRI：r臆2.4%；CSR：r臆3.2%
5结论
焦炭反应性和反应后强度测定是一项规范性很强的实验，通过对现有反应性和反应后强度试样制备过程的优化改造，得到以下改进。
(1)焦炭试样的颗粒粒度均匀性得以提高，试样形状基本达到一致。
(2)焦炭试样的颗粒数相对稳定。
(3)焦炭检验结果的准确性、重复性得到大幅提高。
蔡明珠编辑
-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十-十(上接第7页)
4针状焦技术突破要点
(1)减少上下游技术封锁，加强紧密合作，企业应对自己使用的原料及产品应用有充分了解。
(2)生产优质针状焦之前，应先选好优质稳定的原料，杜绝为降低成本频繁更换原料遥
复合膜(3)狠抓精细化管理。科研和生产相辅相成，攻破核心技术。
(4)重视人才培养，减少人才流失。
(5)加大测量设备和运转设备方面投资。
5针状焦市场未来发展分析
(1)国产针状焦进入快速发展时期，产能释放速度惊人，但在未来产能过剩的时代，市场竞争会越来越激烈，只有技术先进、质量过硬的企业才能赢得客户，占领市场。
(2)产能的倍增与原料市场供应不足的矛盾将更加突出，生产成本会持续递增。
(3)环保压力将有增无减，中国的电炉钢发展是必然趋势，新增电炉数量也在稳步增长，电炉吨位为70t、90t、100t、120t，因此，大规格超高功率石墨电极仍是电极市场主流，国产针状焦可抓住机遇，
发光眼镜实现对进口接头焦产品的替代遥
(4)为了促进高端锂电负极材料的稳步发展，降低生产成本，负极材料厂家应建立自己的原料基地，开发定制高容量的特种微观结构焦炭，减少与石墨电极企业争量的局面。
参考文献
[1]郭少青，张伟，王桂云，等.煤系针状焦原料预处理技术发展
脱敏糊剂[J].炭素技术,2011,30(3)：40-43.
[2]赵雪飞，高丽娟，赖仕全，等.我国煤系针状焦的研究及生产状
况[J].燃料与化工,2010,41(4):1-7.
张晓林编辑
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