针状焦的生产及发展前景分析

针状焦的生产及发展前景分析

李帅

西北农林科技大学 陕西杨凌 712100

摘要：针状焦是生产超高功率电极、特种炭素材料、炭纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料，其石墨化制品的化学稳定性好，耐腐蚀，导热率高，低温和高温时的机械强度良好，主要用于生产电炉炼钢用的高功率（HP）和超高功率（UHP）石墨电极和特种炭素制品，也是电刷、电池、炼钢用增碳剂、高温优质耐火炉料的新型材料，在电极、锂离子电池、燃料电池、电化学电容器、核石墨、冶金等方面得到广泛应用] 。

关键词：针状焦；生产；发展前景

前言

针状焦是大分子稠环芳烃（Polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs）的类石墨晶体，其中，稠环芳烃以层状堆积，石墨状微晶单元取向度高。针状焦具有机械强度高、热膨胀系数小、电阻率低、耐腐蚀等优点，主要用于制造高级石墨和高功率电极。油系针状焦由石油加工而成，属于高附加值石油产品，其市场价格相比普通石油焦高很多。

1国内市场情况

近几年，我国针状焦的生产与研发一直没有间断过，国内技术趋于成熟，技术来源主要有锦州石化、中钢热能研究院、上海宝钢、上海宏特研发中心、鞍山焦化耐火材料设计研究总院(即中冶焦耐工程技术有限公) 等单位，其中，锦州石化主要研究的是油系针状焦，其余 4家研究的是煤系针状焦。目前，国内已建成的针状焦生产装置设计产能达600 kt/a 以上，但受工艺技术、环保高压态势、石墨电极等下游产品限产等的影响，装置的开工率较低，产能利用率低(最高 35%); 2017 年中国针状焦产能约 600 kt，产量约 129. 6 kt，较 2016 年产量 63 kt (包括沥青焦) 增长 114. 9%，但产能利用率仍较低，仅约 20%。受 “地条钢”出清、电弧炉产能增长、炭素企业环保限产等因素共同作用，2017 年国内石墨电极价格暴涨，国内石墨电极市场供不应求。受下游产品需求的拉动，针状焦市场行情大幅上扬，自 2017 年下半年以来，中国针状焦产品价格迎来 10 倍的调涨，在持续暴利的刺激下，其产能也开始大肆扩张。据不完全统计，2018 年以前我国已建成针状焦项目合计产能 650 kt/a，2018 年拟 (在) 建针状焦项目产能高达 1 340 kt/a，当然，这些拟(在) 建针状焦项目产能尚不会构成对 2018 年市场的冲击。2018 年中国针状焦总供给量在 488 kt，同比增长 44%，其中国产针状焦产量为 270 kt、同比增长 62%，进口针状焦总量218 kt、同比增长28%。2018 年11 月，国内针状焦价格再次上涨3% ～8%，截至2018 年11 月15日，针状焦生焦市场价格在 13 500 ～16 500 元/t，煅后针状焦市场价格在 28 000 ～34 000 元/t; 进口石墨电极用针状焦合约价 29 000 ～31 000 元/t，市场 SPOT 价格在 33 500 ～34 500 元/t; 进口负极材料用针状焦 SPOT 价格在17 000 ～18 000 元/t，合约价在 12 500 ～15 000 元/t。针状焦 60% 流向石墨电极市场，超高功率石墨电极以针状焦为原料，主要用于超高功率电弧炉炼钢。电弧炉逐渐向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方向发展，超高功率电弧炉的使用量不断增加，促进了超高功率石墨电极的应用。预计 2019 年、2020 年全球或将分别新增 UHP 石墨电极需求 224. 1 kt 和 77. 7 kt，合计到 2020 年或将新增 UHP 石墨电极需求 302 kt(按吨钢消耗高功率石墨电极 3. 08 kg 计算)，而生产 1 t 石墨电极要消耗针状焦 1. 05 t，针状焦需求量增长更大。

2我国针状焦生产技术的方向

20 世纪 80 年代，石科院先后在抚顺石油二厂、大庆石化等公司的焦化装置进行了针状焦工业试验。1995 年，锦州石化公司采用石科院技术的油系针状焦生产装置投产成功。上海石化采用石科院开发的石油系针状焦生产技术，对现有的油浆拔头装置进行改造后，对油浆进行切割，并利用柴油加氢装置对拔出的轻油浆进行精制，再对 100 万 t·a -1 延迟焦化装置进行了适应性改造，在 2015 年下半年开展了针状焦工业试验，试生产出了石墨化后热膨胀系数小的优质油系针状焦。

京阳科技开发了自己独特的生产工艺，3t 油浆约能生产 1t 针状焦，煅烧针状焦的颗粒度大幅提高，使针状焦在产量、质量上得到极大优化。2019年 4 月 24 日，京阳科技的 300t 煅后针状焦成功出口到日本。这是中国生产的针状焦首次成功进入日本市场，说明京阳针状焦的品质已经达到了国际水平，同时也实现了历史性突破，油系针状焦还需强化以下工作：

1）原料的预处理及评价。对催化油浆原料进行特性分析，采用脱催化剂粉末、糠醛溶剂精制、丙烷抽提或加氢脱胶质沥青质等适应性强的工艺技术进行预处理，对预处理油浆产品（焦化原料）进行特性分析。

2）制定焦化原料的质量指标，符合质量指标的预处理油浆产品（焦化原料）才能进入焦化工段。

3）焦化装置的工艺、设备、操作条件必须符合生产高质量针状焦的要求。应建立针状焦产品的质量指标及产品质量的有效监控与反馈机制，使装置具有较强的适应性和灵活调节性，为装置生产保质、保量的针状焦提供有效保障。

4）优化煅烧工段的操作条件，保证关键指标合格，提高产品品质。

结束语

总之，我国针状焦的成套生产技术还没完全成熟，仍需深入开展相关的技术研究。基于石油价格稳定，供应平稳，环保严控，我国催化油浆供应充足，大部分炼油厂从脱碳型向加氢型转变，焦化装置产能过剩，石油系针状焦总体性能优于煤系针状焦等原因，我国应侧重于发展油系针状焦。

参考文献：

［1］李玉财，黄诚，王强．针状焦技术进展和国内外差距分析［J］．炭素技术，2018，34(5):6－10．

［2］关磊，张立嫱，张宇航，等．针状焦的制备与应用研究进展［J］．硅酸盐通报，2018，37(9):170－174．