黏結劑瀝青煤焦油資源

1.煤焦油種類

煤焦油是煤在干餾和汽化過程中獲得的液體產品。根據干餾溫度和方法的不同可得到以下幾種焦油：低溫(450～650℃)干餾焦油、低溫和中溫(600～800℃)發(fā)生爐焦油、中溫(900～1000℃)立式爐焦油、高溫(1000℃以上)煉焦焦油。

不同的焦油在組成上有很大差異，中溫、低溫焦油含酚高。在煤焦油加工利用方面，除了一些專門加工低、中溫焦油用來生產甲酚等產品的焦油加工廠，絕大多數(shù)的焦油加工廠只加工高溫煤焦油。高溫煤焦油主要是由芳香烴組成的復雜混合物，炭素工業(yè)用煤瀝青一般均由高溫煤焦油加工而獲得，用量最大的是粘結劑瀝青。

2.高溫煤焦油資源及利用

最有代表性、產量最大，用途最廣的是高溫煤焦油，下面討論的煤焦油均指高溫煤焦油。

煤焦油是煉焦的副產品，其產量與焦炭產量密切相聯(lián)。我國焦炭產量快速增長，2005年總產量達到23281萬噸，其中機焦爐生產焦炭已超過20000萬噸，不能回收煤焦油的土焦、改良焦等落后煉焦工藝產焦炭仍高達3000萬噸左右，煤焦油產量約800萬噸左右。隨著國家產業(yè)結構的調整，推行循環(huán)經濟，實現(xiàn)對資源的綜合利用，我國將徹底淘汰落后煉焦工藝，預計2010年我國煤焦油產量將超過1000萬噸。煤焦油產量的增加，帶動了煤焦油工業(yè)。

并不是所有煤焦油都用來加工，在以下幾個方面被直接消耗掉了。

(1)2005年全國炭黑產量約160萬噸，有相當數(shù)量的煤焦油被作為炭黑原料。

(2)由于石油及其產品價格居高不下，煤系燃料油作為石油重油的替代品需求量增長迅猛，有的地區(qū)和企業(yè)煤焦油不進行加工，直接用來調配燃料油。

(3)另一個方面是煤焦油出口，2005年我國出口煤焦油23.54萬噸。

受以上因素影響，我國煤焦油加工量遠遠低于煤焦油的產量，煤瀝青是煤焦油加工的大宗產品，其產量也受到影響。

瀝青市場緊張的原因主要是價格問題，如果價格臺理，焦油加工企業(yè)可以調整產品路線，多產瀝青，從數(shù)量上完全可以滿足市場需求 。

黏結劑瀝青（pitch for binder）是指能將炭制骨料及粉料粘結到一起、混捏后形成可塑性糊料的瀝青。這種可塑性糊料在適當溫度下易于成型制得生坯，黏結劑瀝青焙燒后殘留較多的焦炭并將炭質骨料及粉料結合成焙燒電極 。

1.煤焦油蒸餾與中溫瀝青

中溫瀝青是煤焦油蒸餾的殘余物，在過去很長一段時間，我國石墨電極生產是用中溫瀝青作為粘結劑的，仍然以中溫瀝青為主。從粘結劑的立場考慮，研究煤焦油蒸餾對中溫瀝青性能的影響是很有意義的。

2.煤焦油蒸餾前的準備

(1)焦油質量的均合

對于焦油加工廠來說，焦油最重要的性質是喹啉不溶物(QI)、水和灰分含量，因為它們會影響焦油蒸餾操作穩(wěn)定和蒸餾殘液瀝青的質量。

所有的焦油加工廠都不會加工一座焦爐(或一個焦化廠)產的焦油，不同來源的焦油在組成、比重、QI、水和灰分等方面均有較大差別。焦油QI含量波動大于1.5%，中溫瀝青QI含量波動在3%左右，對其應用和改質瀝青生產會帶來不利影響。焦油在加工前進行均質，是非常有意義的。

(2)焦油的脫水、脫渣

焦油在蒸餾前必須除去水分和所含的鹽類，因為它們對焦油蒸餾過程及產品的質量是有害的。

焦油中含有大量水時，灰分會增加。當焦油的水分達4%時，灰分波動于0.08～0.09之間，當含大量的水量，灰分可增加到0.12～0.14%，這使焦油不適合用于制取電極用粘結劑瀝青。

焦油中的鹽類不出去，會腐蝕蒸餾設備，焦油脫鹽是在焦油最終脫水之前加入8～12%的碳酸鈉溶液。加入的鈉在焦油蒸餾時完全殘留在瀝青中變成灰分，若除去0.1克/公斤焦油中的固定銨鹽，瀝青灰分約增加0.08%。瀝青中的鈉離子對炭素制品生產是不利的。

(3)煤焦油中含有少量的機械雜質，來源于煤煉焦時碳化室的耐火材料、煤粉、焦粒等。這部分機械雜質在焦油蒸餾時全部殘留的瀝青里，這部分固體物質在瀝青的組成中以QI形式存在，并稱為攜帶QI，對煤瀝青的應用是不利的。

3.間歇式焦油蒸餾

焦油間歇蒸餾有常壓蒸餾和減壓蒸餾兩種流程，為裝料、加熱、分餾和排放瀝青等操作依次周期性進行的蒸餾過程。

間歇蒸餾由于物料保溫時間長，生產的中溫瀝青樹脂含量高，瀝青產率也高，可達60%。問歇蒸餾結束后，可對蒸餾殘液(中溫瀝青)繼續(xù)進行加熱處理，直接得到軟化點為100～115℃的改質瀝青。

間歇焦油蒸餾一般不進行脫鹽操作，瀝青中鈉離子含量明顯降低。但是各周期所生產的中溫瀝青軟化點波動范圍相對大一些。由于間歇蒸餾存在各餾分質量不易控制、主要化工產品收率低、能耗高、加工能力低等缺點，限制發(fā)展。

4.連續(xù)式焦油蒸餾

連續(xù)式焦油蒸餾工藝流程有多種，國內外差異較大，不同工藝流程得到的煤瀝青質量也存在一定差異。

(1)國內連續(xù)式焦油蒸餾工藝也有多種方式，區(qū)別主要在于化工產品的提取和分離上，中溫瀝青的生產基本相同。

經靜止脫水后的焦油，用一段泵送至管式加熱爐對流段(或專用焦油加熱器)，在泵前加入8～12%的碳酸鈉溶液進行脫鹽，至此，焦油被加熱到120～130℃進入一次蒸發(fā)器進行最終脫水，塔頂蒸出的100～110℃輕油和水經冷凝冷卻后進入油水分離器進行油水分離。塔底脫水后的焦油流入無水焦油槽，由二段泵送至管式加熱爐的輻射段加熱至380～400℃后進入二次蒸發(fā)器，塔底排出中溫瀝青，其余組分進入下道工序提取后種化工產品。

這種工藝制取的中溫瀝青與間歇式蒸餾相比，由于在高溫下停留時間短(約15分鐘)，其甲苯不溶物含量低；由于最終脫水前加入碳酸鈉脫鹽，不同程度含有鈉離子。其優(yōu)點是軟化點容易控制(可以控制在5℃范圍內)，為改質瀝青生產的穩(wěn)定打下了基礎，是國內普遍采用的一種工藝。

(2)國外工業(yè)發(fā)達國家連續(xù)蒸餾流程比較完善，主要在節(jié)能、環(huán)保方面不斷改進。

有以下幾種流程對瀝青質量起到了改進作用。

a、逐漸加熱焦油的連續(xù)蒸餾，采用這種工藝的主要有呂特式焦油連續(xù)蒸餾和考伯斯式焦油連續(xù)蒸餾。

b、帶瀝青循環(huán)的焦油蒸餾，這種焦油蒸餾工藝在美國、法國和英國都有裝置在運行。

c、煤焦油的改質處理生產優(yōu)質瀝青，典型的方法是切里-特(CHERRY--T流程)法。這幾種焦油蒸餾方法除具節(jié)能等特點外，還具有瀝青在較高溫度下保溫時間長，能生產B-樹脂含量高的粘結劑瀝青。以CHERRY--T法為例，焦油在0.9Mpa壓力400℃溫度下保溫5h，使不穩(wěn)定組分發(fā)生聚合可以得到B-樹脂含量24%左右的優(yōu)質粘結劑瀝青。

d、切取瀝青后加堿工藝，法國IRH公司焦油蒸餾技術。這種工藝是加堿脫鹽在切取瀝青以后進行，因此瀝青不會在生產過程當中增加鈉離子，有利于提高瀝青的質量 。

1.控制鈉離子在瀝青中的含量

煤瀝青中鈉離子主要來源于煤焦油蒸餾加入的碳酸鈉，焦油蒸餾加堿量與焦油中固定銨鹽含量成正比，而焦油中固定銨鹽含量隨焦油中水分增加而增加。主要有以下幾種控制方法。

(1)焦油蒸餾前靜置脫水時，采用藥劑脫水工藝，降低進入蒸餾系統(tǒng)焦油的水含量，降低焦油固定銨鹽含量，同時也減少了碳酸鈉的加入量。

(2)蒸餾前，焦油用超級離心機進行脫水、脫渣處理，可降低焦油進入蒸餾系統(tǒng)中的含水量。

(3)引進先進技術，山西焦化廠引進法國焦油蒸餾工藝，加堿是在焦油蒸餾切取瀝青以后進行的。

2.控制粘結劑瀝青的機械雜質

瀝青中機械雜質對炭素制品的生產不利。國家對環(huán)境的需求越來越嚴格，各煉焦廠采用無煙裝煤，使一部分煤塵、焦粉混入煤焦油，如果焦油蒸餾前不除去，將進入瀝青當中。就煤瀝青質量指標和檢驗方法來看，瀝青中的QI中包括機械雜質，具體數(shù)值體現(xiàn)不出來。工業(yè)發(fā)達國家煤焦油蒸餾前普遍采用超級離心機進行脫渣，除去焦油中的機械雜質。我國已有多家焦油加工廠采用了這種脫渣技術，并在國內逐漸推廣應用，焦油進行脫渣處理后，明顯減少了煤瀝青中得機械雜質，使其內在質量明顯提高。

3.開發(fā)新產品提高瀝青的內在質量

隨著炭索生產技術裝備水平的提高，炭素制品質量的提高和種類的增加，對煤瀝青的質量提出了更高的要求。煤瀝青的出口，也要求生產高質量的粘結劑瀝青。煤瀝青生產企業(yè)在瀝青產品的開發(fā)，質量指標的完善等方面做了很多工作。

(1)滿足用戶需要，開發(fā)特種瀝青。

我國石墨電極生產廠家很多，各廠技術裝備水平差距很大，對粘結劑瀝青的要求不同。針對這種市場需求，相繼開發(fā)了特種中溫瀝青和特種瀝青等。

(2)煤瀝青的指標不斷完善。

炭素制品性能的不斷提高，要求粘結劑瀝青質量不斷完善，對粘結劑瀝青的粘度、蒸餾程等指標提出要求。煤瀝青生產企業(yè)在工藝控制上積極去改善粘結劑的這些性能，并完善化驗手段，煤瀝青的內在質量不斷提高 。

改質瀝青用途

改質瀝青用于電解鋁行業(yè)生產預焙陽極塊，制造高功率電極棒，也可作為電極黏結劑。

改質瀝青包裝

編織袋裝、散裝 。