煤系针状焦的生产

煤系针状焦的生产兖矿科蓝煤焦化有限公司于灵陈来福摘要本文主要介绍了一化工公司以煤软沥青、煤油及焦化油为原料试生产煤系针状焦的生产工艺，此次试生产为国内煤系针状焦工业化生产提供了丰富的基础知识及宝贵的试生产经验。同时探讨了国内煤系针状焦的质量情况，并预测针状焦生产技术在我国将有较快发展，且发展前景比较美好。关键词针状焦生产工艺质量状况发展前景针状焦是制造高级石墨电极的主要原料，是国家短缺产品。根据原料路线的不同，针状焦的生产分为石油系和煤系两种，目前国际上针状焦生产技术主要被美国、英国、日本、德国等少数国家垄断。全世界年产针状焦100万t左右，全部为上述几个国家所垄断，我国每年需要15~20万t，长期依赖进口。严重地影响了我国碳素工业的发展。对此，我国从“六五”期间起将针状焦列为国家重点科技攻关项目，20多年来，先后建成了几套针状焦装置，但均属工业性试验的性质。其中山东民生煤化公司项目办（兖矿科蓝煤焦化有限公司的前身）就是国家针状焦项目试点之一。民生煤化项目办煤系针状焦装置始建于1989年4月，历经小试验、中试试验、生产试车、装置改造等过程，为煤系针状焦工业化生产提供了丰富的基础知识及宝贵的试生产经验。1科蓝公司试生产针状焦概况科蓝公司成立前，针状焦工程只建成了第一个工段：原料预处理工段，试产浸渍剂沥青。公司成立后，立即对后二个工段进行招标，进入工程安装阶段，并进行试生产。兖矿科蓝煤焦化有限公司曾研究并试生产煤系针状焦的制备方法，以配制的煤软沥青、煤油、洗油为原料，原料经预处理采用沉降分离的方法去除原料的喹啉不溶物后，制得精制沥青，再经500℃-510℃在焦化塔内蒸馏制得延迟焦。延迟焦进一步通过脱水筛分后进入回转窑，再经炭化制成煤系针状焦。具体生产工艺简介如下：兖矿科蓝煤焦化有限公司针状焦制造工艺包括原料预处理、延迟焦化、煅烧三个工序。选定的原料是煤软沥青、煤油（或腊油）及洗油。1.1原料预处理工艺原料预处理方法采用溶剂发，将煤油（或腊油）与洗油按重量比1：1混合配制成溶剂，此溶剂与软沥青按接近1：1的比例混合后在静置沉降槽中分成重相和轻相；轻相通过管式炉加热。进入分馏塔分离。蒸出溶剂后得到精制沥青。重相经间歇蒸馏釜蒸出溶剂得重质沥青。对煤软沥青原料进行预处理的关键：首先是通过沉降除去其中有害的杂质，即降低其喹啉不溶物含量。然后再经热处理进行组分调制,获得满足针状焦生产需要的原料,这是原料预处理的目的，也是用煤软沥青生产针状焦的必要条件。1.2延迟焦化工艺将精制沥青经高温加热到不大于510℃后送入焦化塔，在塔内保持温度高于460℃需6小时以上。在此过程中进行复杂的热分解，缩聚反应生成焦炭，并从分解产物中蒸馏出轻油、重油和焦化煤气。然后将焦化塔内生成的焦炭经冷却后，用高压水取出，然后将水进行分离，水能循环利用，生焦以初步脱水后送往煅烧段。在延迟焦化工艺中，要综合考虑温度、压力、循环比、升温速率等诸因素对生焦质量的影响及塔内气速对焦结构的定向作用等。否则会严重影响针状焦的质量。根据公司小试验及中试经验，在焦化反应初期，以相对高的压力操作，反应后期以一定速率降低焦化塔压力比在后期恒压下生产的针状焦质量要好，且焦炭收率高。焦化初期塔中保持较高压力,对中间相各向异性发展有利，在此条件下，挥发性物质在焦化塔中留存较多,并通过溶解或氢转移来缓和焦化反应，使焦化物料保持较低的粘度，利于中间相小球充分地长大，融并。在焦化后期,以一定速率降压，会驱使大的中间相分子在固化时按一定途径放出气体,以均匀气速“拉焦”，可以形成结晶度好的针状焦。循环比(R)也是延迟焦化生产的主要工艺参数，选择R大小,与原料性能有关。不同原料选择R大小不同，所以只有相同原料讨论R的大小对焦化生产的影响才有可比性。1.3煅烧工艺在焦化塔内生成的生焦，真密度为1.40g/cm3,挥发分8％～12％，水分大于10%。此生焦需进一步加热处理，使针状焦各项理化指标及导电性能符合石墨电极原料的要求。煅烧料真密度的提高，主要是由于煅烧料在高温下不断逸出挥发分并同时发生分解、缩聚反应，导致结构重排和体积收缩的结果。因此,同样的生焦质量，煅烧温度越高，煅后焦挥发分越低，真密度越高，针状焦质量越好。针状焦挥发分及真密度与随温度的变化情况如下表所示：表1针状焦挥发分、真密度随温度变化情况表但煅烧温度过高，受到煅烧炉耐火材料质量的限制。因此用罐式炉煅烧针状焦，一方面要考虑保证针状焦质量的需要，又要考虑煅烧设备使用寿命。煅烧温度最高不能超过1500℃，一般可以严格控制在（1450±50）℃，但操作难度大。针状焦在煅烧带停留时间相对沥青焦增加一倍以上的时间。在生焦质量稳定前题下，针状焦质量基本保持稳定。煅烧的目的：除去水份和挥发份；增加真比重；进行针状焦结构的细微调节。生焦通过焦筛筛分，筛分出小于100mm的焦粒经皮带传送到脱水槽脱水，使水分降到10%以下，脱水后的生焦除铁后进行破碎到不大于50mm，用振动筛将粗细焦粒进行分级，再用皮带秤配料后送往回转窑在1450℃~1500℃高温下进行煅烧处理。煅烧后进入冷却机，通过外喷水和内喷水相结合的手段处理后，进入煅后仓。

兖矿科蓝煤焦化有限公司在整个运行试生产过程中积累煤矿现代化增刊

煅烧温度/℃1100～12001200～13001350±501450±50挥发分/%0.75～0.90.7～0.80.6～0.7≤0.55真密度/g/cm32.04～2.082.09～2.102.112.12～2.13

110··了丰富的操作经验，为国内针状焦的工业化生产提供宝贵的借鉴经验。2目前国内生产的针状焦质量指标国内生产的煤系针状焦与日本煤系针状焦质量情况比较。主要问题是CTE和电阻率偏高。但要降低CTE和电阻率应从调整原料结构、性能入手。以更适宜的原料与优化的工艺条件相匹配，进一步改善针状焦结晶度，使获得CTE和电阻率更低的针状焦。另外，电阻率除与电极采用针状焦质量有直接关系外，电阻率还应与石墨化工艺条件有关。如电极装炉量过大，炉芯电流密度低；炉保温不好，热损失大及电阻料填充不均，造成电流偏流而使炉内部温度不够等，也会导致电阻率偏高。因此炭素行业制造优质石墨电极，除应对所用针状焦质量进行研究选择，也应对电极制造工艺技术和装备水平与国产原料适应性进行研究，以加快高级石墨电极原料国产化进程。3国产煤系针状焦的发展前景据了解，近几年国内的高功率电极的市场需求急增，从1992年高功率电极只占10%左右上升到目前近35%，高功率电极中掺入的针状焦比例达到石油焦比例的1/3，因此国内的针状焦市场出现了急增的局面，预计今后若干年中国将是全球针状焦最大的消费市场，依据上述的石墨电极的产量，国内目前针状焦的用量在15万t左右，而1990年国内消耗量不足5000t，2010年将达到50万t以上。目前，山西宏特煤化工有限公司经过数百次的规划、设计、选材、试验、论证等，终于在2006年7月建成了我国第一套煤系针状焦工业化装置，专家认为该项目选题正确，设计合理，工艺技术先进，创新点明显，试验方法科学，首家形成了单套年产5万t煤系针状焦的规模。目前已达到批量生产针状焦的能力。随着山西宏特煤化工有限公司针状焦生产工艺的成功，相信我国在不久的将来，针状焦加行业在国内会蓬勃发展，据了解目前有许多煤焦化企业均有意继续发展针状焦行业，比如：辽宁方大集团于2008年8月着手投资3亿元筹建5万吨针状焦项目，山东永兴化工有限公司指拟投资2.82亿元筹建4万t针状焦项目；中钢集团鞍山热能研究院8万t/a煤系针状焦项目也将着手进行。国内拥有了生产高性能“针状焦”的新技术，生产高功率、超高功率石墨电已成为完全可能的事实，这一举措彻底打破了我国多年来针状焦完全依赖进口的局面。同时打破了国外少数国家的垄断。（收稿日期：2009-6-2）煤泥浆清理装置在井底水仓的应用东滩煤矿娄方赵洪刚摘要煤矿的主井提升系统是矿井安全和效益的主要系统。提升和装载过程中的洒煤和泥浆造成沉淀池及水仓的淤积。多年来一直采用人工挖掘的方式清理，该方式存在着一定的安全隐患和清理难度。为最大限度地减少安全隐患和工人的劳动强度，我们结合现场实际，自行设计安装了煤泥浆清理装置，取得了很好的清理效果和经济效益。关键词煤泥浆清理装置主井底水仓清理东滩煤矿是国有大型现代化矿井，设计年产量400万t，实际年产量达到800万t。该矿主、副井筒深度较大(主井筒标深-746.8m，副井标深-680m)，淋水多，两个井筒底部相通，大量的涌水全部通过联络巷汇入主井底部的落煤池、沉淀池和水仓。矿井生产的原煤全部通过主井提升，装载箕斗时形成部分洒煤，装载窜仓时大量泥浆涌出，信号故障时造成过装落煤等原因，形成了浓度很高的粒级煤泥浆水，导致水仓快速淤积，又由于没有有效的清理装置，水仓蓄水容积的大幅下降，给主、副井的安全生产和原煤提升带来极大的安全隐患。1清理方案思路及方案设计1.1井底概况主井底清理斜巷硐室，是矿井井筒的最深处，标高-746.8米，距井底车场垂直深度83m，倾角19°的轨道斜巷与西翼轨道石门-660m车场大巷相通，提斜全长240m，平均倾角19度，该硐室主要担负着主井撒煤的清理和井底水仓涌水的抽排工作。原设计主要基础设备及设施：两座40×2.5×2m落煤仓，四个3×4×1.5m沉淀池，一个容积为700m3内水仓和一个容积为900m3外水仓，泵房内设有三台DA100×8型排水泵和两个5m3吸水井，清理设备主要有两台KJD-17型耙装绞车和落煤溜槽，以及斜巷提升运输系统。由于水仓前级的沉淀池只是通过简单的自然沉降作用，来降低煤泥水中煤泥等悬浮物的浓度，进入井底水仓中的水的粒级煤泥含量仍然较高，造成水仓淤积蓄水缓冲能力大幅下降，一直没有理想可靠的清理装置。沉淀池和井底水仓清理一直采用人工挖掘的方式，施工人员多，工作时间长，劳动强度大，安全系数低。1.2清理方案经过调研和实际勘察，发现造成井底水仓煤泥淤积过快，排水设备磨损大、故障频繁的关键就是井底涌水中含有大量的浓度较大的粒级煤泥。根据清理斜巷的现场条件、提升能力和井下水处理的经验，我们决定用浓缩过滤脱水的方法处理粒级煤泥，即用压滤机将煤泥脱水成饼后提升。1.3方案设计采用清仓螺杆泵或排沙泵从沉淀池和水仓将煤泥水抽至缓冲罐，再由螺杆泵打入压滤机进行压滤脱水，压滤出的煤泥饼自动落入压滤平台下方的矿车内再提升上井。如果沉淀池和水仓煤泥浆浓度大，可采用高压水进行稀释后再进行抽排

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