[发明专利]一种针状焦生产方法及装置

说明书

本发明提供了一种针状焦生产方法及装置。该生产方法包括以下步骤：使澄清油经加热炉的对流室进入换热冷凝塔蒸发段，使焦炭塔塔顶溢出的油气进入换热冷凝塔蒸发段，澄清油与来自焦炭塔的油气进行换热，澄清油中的蜡油以下组分与油气中被冷凝下来的循环油形成联和油；使联合油进入加热炉的辐射室升温后，通过四通阀进入焦炭塔生焦，并采用两个焦炭塔轮换生焦；使换热冷凝塔建立蜡油循环和一部分蜡油抽出。该装置至少包括：澄清油缓冲罐、原料泵、加热炉、焦炭塔、换热冷凝塔、辐射进料泵、蜡油泵、蜡油蒸发器及蜡油冷却器等。本发明提供的针状焦生产方法及装置能够生产出优质针状焦，并且具有工艺流程简单、可操作性强、易于工业化生产等优点。

技术领域

本发明涉及一种针状焦生产方法及装置，属于炭素材料技术领域。

背景技术

优质针状焦产品是制造高功率和超高功率电极的优质材料。针状焦根据使用原料分为石油系和煤系，前者以美国为代表，后者以日本为代表。中国油系焦和煤系焦质量达不到优质针状焦质量要求，且产量低不能满足市场供给。国内现有油系焦工艺生产成本高，没有原料预处理系统技术，原料性质波动性大，不稳定，很难达到优质针状焦质量指标要求，严重影响产品质量且制约产量提高。随着冶金行业技术升级，近几年来，高功率和超高功率电极用量增加，优质针状焦产品用量增加明显，进口量大增。

针状焦虽然是碳含量在96％以上的石油烃高度缩合的生成物，但生产针状焦所用的原料油和需采用的工艺条件与生产普焦有很大的区别。在重质油中，正构烷烃、环烷烃的侧链都是由四个价电子链碳原子构成，唯有芳环是由一个π电子和三个价电子的芳碳原子构成。由芳碳原子构成的芳环自由基会缩成大分子，向二维的平面方向扩大，而由链碳原子构成的环烷环自由基缩合成大分子时，则向三维的立体向扩大。而链碳缩合物则横向纵向都有化学链结合。因此，稠环环烷高度缩合成的焦炭则为各向同性，在构成上有球状和针状的不同。因此，优质焦的原料需选用链碳和环烷碳少，芳碳多的重质油料，一般胶质和沥青质含有很大部分的稠环环烷链碳，故含胶质和沥青质多的减压渣油不宜作针状焦的原料。

原料油在焦化反应中，随着缩合程度的加深，反应物的碳含量不断增加，侧链逐渐减少，芳环面继续扩大，分子量越来越大，稠环化合物开始缩聚在一起，形成胶束或分子束的胶体颗粒，同时平面结构的芳环之间有了一种定向的铺平或排齐作用。在胶体颗粒进一步缩聚到一定程度时，会出现一种与母液有明显界面的结晶，它既有各向异性的固体特性，又有能流动、悬浮时呈球状的液体特性，故称中间相。从母液中分离出来的结晶为中间相小球体，小球体内部有层次地聚集很多稠环芳烃的分子。

小球体有一个生成和成长，相遇和融并，增粘和老化以及定向和固化的变化历程。这些变化随反应条件的不同而不同。刚生成的小球体像一般晶体那样与母液在高温时能溶解，在低温时又能析出，在缓慢的升温和反应条件下，能吸收母液中的芳烃分子等，长成较大的球体，最大的小球体直径可达100μm以上，还可以与别的小球体相遇而发生芳烃层片插入的融并，形成复球，最后固化成焦炭。小球体实质上是焦炭的前驱体。形成优质焦炭完全取决于小球体的变化历程。

CN1872963A公开了一种生产针状焦的原料预处理方法，原料油先经减压蒸馏脱除其中非理想组分，剩余的理想组分与氢气、加氢催化剂接触，加氢反应物经分离得到生产针状焦的原料。该方法需单独的过滤、减压蒸馏装置，投资较大，并且通过该方法得到的针状焦原料中仍然含有一定量的胶质，会影响针状焦的质量，生产高等级的针状焦产品较为困难。

CN103013567A公开了一种由催化油浆生产针状焦的原料的方法，设置保护区和加氢反应区，催化油浆先进入保护区，吸附掉绝大部分催化裂化催化剂粉末，然后与氢气混合进入加热炉，加热后进入加氢反应区进行加氢处理。加氢反应区前设置保护区，可以滤除大部分催化裂化催化剂粉末，达到保护加氢主催化剂、实现长周期运转的目的。但是，采用吸附的方式进行原料预处理仍然难以使制备得到的针状焦达到优质针状焦质量指标要求。

发明内容