一种针状焦的制备方法和生产系统与流程

本发明涉及针状焦制备，具体涉及一种针状焦的制备方法和生产系统。

背景技术：

1、针状焦在生产超高功率石墨电极的过程中会经历混捏、挤压成型等过程，在这个过程中，部分针状焦会被压碎造成超高功率石墨电极机械强度差、电阻高、抗氧化性能低等特点。

2、目前针状焦的生产多采用延迟焦化工艺，在现有技术中其工业生产采用一炉两塔流程，即一台加热炉给两个焦化塔加热原料，加热炉连续加热原料，两个焦化塔交替切换。且在对一个焦化塔加热原料时，后期要变换循环油进行拉焦、干燥，其缺点是循环油部分结焦、原料和循环油之间的切换不清晰，操作不稳定、拉焦、干燥时间短等，造成产品质量较低，质量还不能赶上或超过进口针状焦水平，主要表现在热膨胀系数(cte)高、粒度小、强度低。另外，现已建成针状焦生产工艺流程实际操作复杂，运行不平稳，设备使用寿命短，产品质量低且不稳定等问题。

3、传统制备针状焦的工艺一般都存在针状焦上、下不均一的特点，一般上样、中样优于下样，对应cte也是如此，而片面的追求针状焦的低cte值，往往忽略针状焦的耐压强度这一关键因素，造成针状焦cte值较低，但耐压强度不高，机械强度低，不适合应用于大规格超高功率石墨电极。

4、cn113698956a公开了一种改善针状焦耐压强度的生产工艺，该工艺减压蒸馏、抽提与加氢脱硫之后的物料，与循环油按照大循环比混合，经过升降温阶段、降压升温拉焦阶段和冷却降温阶段，采用柴油及氮气作为拉焦介质。该技术的缺陷或相对本发明的不足之处：原料处理工序过于复杂，传统延迟焦化流程下，焦炭塔内上下部位针状焦不均一。

5、cn1676575a公开了一种提高焦炭强度的延迟焦化方法，该焦化方法使焦化原料油经焦化加热炉加热后进入焦炭塔，在变温、变压、变循环比的条件下反应，生成的焦炭留在焦炭塔内，焦化油气经分离得到焦化气体、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油。该技术的缺陷或相对本发明的不足之处：传统延迟焦化流程下，焦炭塔内上下部位针状焦不均一。

6、cn102021005a一种针状焦的生产方法，该方法使针状焦原料经换热和加热炉加热后进焦碳塔，在一定的温度下，反应生成的针状焦留在焦碳塔内，将焦碳塔的一个操作周期按时间先后顺序分四个阶段。该技术的缺陷或相对本发明的不足之处：针状焦粒度提高，但cte改善不明显。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种针状焦的制备方法和生产系统，以提高全塔针状焦的强度，并降低其膨胀系数。

2、为达到上述目的，本发明提供一种针状焦的制备方法，其使用焦炭塔a、b、c周期性交替进行生焦反应、拉焦反应和清焦处理，包括如下步骤：

3、(1)使原料油进入分馏塔进行分馏，塔底得到联合油，联合油进入联合油加热炉进行加热；

4、(2)使加热后的联合油进料至焦炭塔a，开始进行生焦反应；

5、(3)焦炭塔a内生焦反应达到预设时间后，终止其联合油进料；然后同时开始焦炭塔a的拉焦介质进料和焦炭塔b的联合油进料；进料时，焦炭塔a随即进行拉焦反应，焦炭塔b随即进行生焦反应；

6、(4)焦炭塔b内生焦反应达到预设时间后，终止焦炭塔a和b的进料；然后同时开始焦炭塔b的拉焦介质进料、焦炭塔c的联合油进料，进料时，焦炭塔b随即进行拉焦反应，焦炭塔c随即进行生焦反应；

7、(5)对焦炭塔a进行清焦处理，得到针状焦产品；

8、(6)焦炭塔c的生焦反应达到预设时间后，终止焦炭塔b和c的进料；然后同时开始焦炭塔c的拉焦介质进料、焦炭塔a的联合油进料，进料时，焦炭塔c随即进行拉焦反应，焦炭塔a随即进行生焦反应；

9、(7)对焦炭塔b进行清焦处理，得到针状焦产品；

10、(8)焦炭塔a的生焦反应再次达到预设时间后，终止焦炭塔a和c的进料；然后同时开始焦炭塔a的拉焦介质进料、焦炭塔b的联合油进料；

11、(9)对焦炭塔c进行清焦处理，得到针状焦产品；

12、(10)重复步骤(4)-(9)，即可连续得到针状焦产品；

13、其中，任一焦炭塔进行生焦反应时塔顶生成的油气进入分馏塔进行分馏，分馏塔塔顶得到自产焦化富气；

14、任一焦炭塔进料的拉焦介质包括自产焦化富气和/或外源瓦斯，所述拉焦介质均经过拉焦加热炉加热再进入各焦炭塔。

15、本发明中，生焦反应即为中间相反应，得到针状焦的中间相。

16、中间相末期以缩合反应为主，产生小分子气体少，在需要生成纤维结构的时间段反而缺少气流。本发明在焦炭塔的中间相反应末期，利用自产的焦化富气或外源的瓦斯气流对体中间相施加足够的剪切力，使各向异性区域强制沿气流方向有序取向，在向列型有序排列中固化，最后生成针状纤维结构，从而使针状焦产品具有良好的强度和较低的热膨胀系数。

17、根据本发明的具体实施方式，优选地，步骤(1)中分馏塔分馏原料油时，塔顶还得到原料油焦化富气；所述拉焦介质还包括原料油焦化富气。

18、根据本发明的具体实施方式，优选地，步骤(1)中分馏塔分馏原料油时，还产生侧线馏分油，侧线馏分油可作为副产品。

19、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述联合油加热炉的温度采用实时变温控制，其变温范围为420-485℃，变温速率为10-100℃/h。

20、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述拉焦加热炉的温度采用实时变温控制，变温范围为450-600℃，变温速率为10-100℃/h。

21、根据本发明的具体实施方式，优选地，在生焦反应和拉焦反应阶段，任一焦炭塔的塔顶压力为0.4-1mpa。在本发明中，焦炭塔内保持较高的压力，使体系粘度降低，有利于中间相充分发育，形成广域流线型结构，这也是生成低热膨胀系数针状焦的前提。

22、根据本发明的具体实施方式，优选地，任一焦炭塔内，拉焦介质与原料油的进料质量比为1-2。

23、根据本发明的具体实施方式，优选地，任一焦炭塔内，所述拉焦介质的空塔线速度为0.01-0.2m/s，更优选为0.05-0.15m/s。

24、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述拉焦介质在进入拉焦加热炉之前还经过压缩。

25、根据本发明的具体实施方式，优选地，预设所述任一焦炭塔内的生焦反应时间为生产周期的30-60％。在本发明中，生产周期指任一焦炭塔完成生焦反应、拉焦反应、清焦处理全过程的时间。

26、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述生产周期为72-108h。

27、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述清焦处理包括水蒸气吹扫和除焦操作。更优选包括大吹、小吹、给水和后处理。

28、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述原料油为过滤后的催化油浆。

29、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述分馏塔分馏原料油时，其塔底温度为340-365℃，优选为360℃。

30、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述分馏塔分馏任一焦炭塔生成的油气时，还至少分馏出蜡油馏分；所述蜡油馏分混入原料油进行回用。

31、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述分馏塔还分馏出气体、汽油馏分、柴油馏分。

32、本发明还提供一种由上述针状焦的制备方法得到的针状焦。

33、本发明还提供一种用于实施上述针状焦的制备方法的装置，所述生产系统包括：原料油储罐、联合油加热炉、拉焦加热炉、焦炭塔a、焦炭塔b、焦炭塔c、分馏塔和富气压缩机；

34、其中，原料油储罐的出口连接分馏塔的入口，分馏塔的联合油出口连接联合油加热炉的入口，分馏塔的富气出口连接拉焦加热炉的入口；联合油加热炉的出口和拉焦加热炉的出口分别连接焦炭塔a、焦炭塔b、焦炭塔c的入口；焦炭塔a、焦炭塔b、焦炭塔c的塔顶油气出口连接分馏塔的入口；分馏塔的富气出口与拉焦加热炉之间的管线经过富气压缩机，富气压缩机还设有外部瓦斯入口。

35、本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

36、(1)本发明制备的针状焦全塔产品均一性好。传统一炉二塔的针状焦工艺末期进料反应时间段，没有经过充分的中间相发展阶段，生成的针状焦热膨胀系数及强度差，造成整塔针状焦性质不均一；而本发明在生成中间相后停止冲焦，改为通入不能生成针状焦的拉焦介质进行拉焦，减少了低质量针状焦产品。

37、(2)本发明采用自产焦化富气或外源瓦斯作为拉焦介质，能够大幅度提升针状焦的强度，降低其热膨胀系数，并提升全塔针状焦产品的均一性。此外，还避免了废水废气的产生，可以循环利用，实现了低成本零污染。

38、(3)本发明提供的针状焦的制备方法中，通过控制联合油加热炉温度使焦炭塔内物料长时间保持低温状态，保证了中间相充分发育与纤维单元有序生长，并且在适当时机通入自产焦化富气或管网瓦斯作为拉焦介质，工艺条件将中间相结构广泛形成与气流拉焦过程耦合，形成了针状焦广域纤维结构的工艺条件，从而使针状焦产品具有更低的热膨胀系数。

39、(4)本发明制备的针状焦全塔产品具有更高的强度。传统一炉二塔的针状焦工艺末期进料成焦质量差，因此末期一般高温短时间进料；而本发明采用单独的拉焦加热炉给焦炭塔提供热量，轻组分不结焦，高温阶段时间可控，从而提高针状焦强度。