1、2 萬噸萬噸/年特種粘結劑項目建議書年特種粘結劑項目建議書1 項目背景項目背景1.1 項目名稱項目名稱特種粘結劑項目1.2 項目建設規模項目建設規模建設規模：2 萬噸/年1.3 項目建設地址項目建設地址黑龍江省七臺河新興煤化工循環經濟產業園區1.4 項目提出背景項目提出背景2011 年七臺河市焦炭產能達到 1000 萬噸，可以產生總量為 25 億立方米的剩余煤氣、45 萬噸煤焦油、12 萬噸粗苯。如果從黑龍江省范圍考慮，按黑龍江省焦炭產量 1500 萬噸計算，可以產生 37.5 億立方米剩余煤氣、67.5 萬噸煤焦油、18 萬噸粗苯。已經具備了向產品品種結構上深度開發的條件。 目前生產的多數是

2、化工的基礎原料， 是化工產品產業鏈的基礎產品，是精細化工產品的“糧食”。要改變現有“只賣原糧”的局面，向精細化工領域邁進。七臺河市煤化工產業下步發展要繼續以建立完善循環經濟體系為重點，按照“穩煤、控焦、興化”的總體發展思路，依托煤焦油、焦爐剩余煤氣、粗苯這三條線，整合資源、集中優勢，繼續尋求延伸產業鏈條，搞好資源綜合利用和延伸轉化，實現資源循環利用、綜合開發、高效增值，不斷擴大煤化工產業的整體規模，形成全市工業經濟加快發展新的增長極。新興煤化工產業園區位于七臺河市新興區轄區內，園區現有面積約 4.7 平方公里，一期增加 2.9 平方公里，達到 7.6 平方公里；二期將長興鄉馬鞍村整村搬遷至長興

3、村，增加 5.5平方公里，總體達到 13.1 平方公里；三期增加 8.7 平方公里，最終園區面積將達到 21.8 多平方公里， 新興煤化工產業園區是一個以煤焦化及下游產品為主體的產業園區。 園區功能齊備，水、電、路等基礎設施建設基本到位。生產電爐煉鋼用的高功率和超高功率電極、 煉鋁用優質陽極塊以及一般炭素電極等用的粘結劑大部分來自煤焦油，每生產 1t 石墨電極需要 0.250.4t 煤瀝青，而生產 1t 鋁用的陽極塊，煤瀝青占 30。由于受煤焦油加工和炭素生產技術裝備的限制，目前我國石墨電極生產仍采用中溫瀝青作粘結劑。中溫瀝青系焦油蒸餾二次蒸發未經任何處理的殘余物， 在生產過程中通過控制工藝參

4、數可以使 TI 值達到 15%，要控制到較高數值(20%)并且保持穩定是非常難的，因為瀝青中的TI 部分來源于煤焦油的原生 TI，我國焦爐型號多，加熱溫度差異較大，各地煉焦用煤性質差異也較大，因此煤焦油性質也不同。這就是我國中溫瀝青生產方法相同，而質量卻相差較大的原因。80 年代，一些發達國家在生產各種電極和陽極時不用中溫瀝青，而開始采用改質瀝青作粘結劑生產電極和煉鋁用的陽極塊。這種陽極塊具有電阻率小，導電性好、耗電低、不掉渣、壽命長、精制率高和環保效果好等優點。基于上述政策、資源條件行業發展背景，提出一系列煤焦油項目，2 萬噸/年特種粘結劑項目是其中之一。2 產品性質與用途概述產品性質與用途

5、概述2.1 產品的理化特性產品的理化特性粘結劑瀝青是普通煤瀝青經熱改質處理后，因組分發生變化（如高分子組分增多、芳香度提高）而形成的優質瀝青。煤瀝青在熱聚合過程中，一部分樹脂轉變為樹脂，而一部分樹脂又轉變為樹脂，其轉變程度隨熱處理強度的加深而增大。影響熱聚合程度的因素為溫度、壓力和時間。時間愈長，則熱聚合程度愈深，增大壓力可加速聚合反應的進行。經熱改質處理，改質瀝青 QI 含量可增至 6%16%，TI 含量增至 26%以上，樹脂含量增至 16%以上，結焦值增至 50%以上。煤瀝青粘結劑是生產炭素材料和炭素制品的主要原料之一， 在生產電極或其它炭素制品的過程中，煤瀝青粘結劑融化后與骨料一起混合、

6、成型、共炭化和石墨化，制成炭素材料和炭素制品。作為炭素材料和炭素制品使用的煤瀝青粘結劑， 應該具有很好的粘性， 炭化后有較高的致密性，滿足炭素材料和炭素制品最終產品質量的要求。特別是高功率(HP)、超高功率(UHP)電極以及新型炭素材料問世以來，以中溫煤瀝青、高溫煤瀝青為代表的傳統煤瀝青粘結劑，不能完全滿足生產優質炭素制品的質量要求。軟化點(SP)低于 120；喹啉不溶物(QI)不大于 612%；樹脂含量大于 20%；結焦值大于 50%的煤瀝青粘結劑，才能夠滿足高功率電極(HP)、超高功率(UHP)電極以及新型炭素材料生產的要求。表 1 列出國內現行改質瀝青質量標準 YB/T 5194-200

7、3。指標名稱一級品二級品軟化點（環球法）溫度/108114105120甲苯不溶物（抽提法）含量/%28322634喹啉不溶物含量/%812 或 610615樹脂含量/% 不小于1816結焦值/% 不小于5654灰分/% 不大于0.250.30水分/% 不大于55表 1 改質瀝青質量標準2.2 產品的用途產品的用途在 19 世紀末期和 20 世紀初期， 炭材料生產用粘結劑的選擇主要集中在煤焦油， 煤焦油作粘結劑持續了很長時期，一直到 20 年代才開始大量采用煤瀝青粘結，開始只是把少量煤瀝青加到煤焦油中，以后瀝青含量逐漸增加而引起專門生產軟化點為 4050的軟瀝青；軟瀝青使用時間不長，40 年代初

8、，又開始采用中溫瀝青，其很快取代了其它形式的粘結劑。1941 年挪威 ELKEM 公司在 soderberg 自焙陽極生產專利中提出了中溫瀝青作粘結劑，并規定了粘結劑瀝青的質量要求。1953 年美國大湖炭素公司采用中溫瀝青作粘結劑生產炭材料，1955 年挪威和日木也相繼采用中溫瀝青(軟化點為 80900)作粘結劑生產炭材料。改質瀝青作為粘結劑生產炭材料時有如下特點：（1）結焦殘炭值高，焙燒時可生成更多的粘結焦，制品的機械強度高。（2）軟化溫度高，解決了夏天運輸和遠距離運輸問題。（3）瀝青脫水后磨粉使用，粉狀瀝青直接加入混凝鍋中，也可熔化成液體后使用。（4）混凝成型過程中，瀝青逸出的煙氣較少，可

9、減少環境污染。（5）使用改質瀝青時，輸送瀝青的管道溫度及混凝溫度、壓型下料、料室和壓型嘴溫度都要相應提高，其熔化溫度也高于中溫瀝青。（6）改質瀝青含有較多的 p 樹脂和次生 QI，具有較高的熱穩定性，有利于提高炭材料的質量。由于粘結劑瀝青具有以上優異特性，被廣泛應用于炭材料領域，特別是高功率(HP)、超高功率(UHP)電極以及新型炭素材料。3 國內粘結劑瀝青生產狀況、市場簡要分析國內粘結劑瀝青生產狀況、市場簡要分析3.1 國內生產狀況國內生產狀況隨著我國炭材料行業生產用粘結瀝青品種更新換代的要求，近二十多年來，鞍鋼化工總廠、石家莊德利化工、水鋼焦化廠、北京焦化廠、酒鋼焦化廠、宣鋼焦化廠、武鋼焦

10、化廠、太鋼焦化廠、攀鋼焦化廠、昆鋼焦化廠、黑龍江焦化廠、天津煤化公司、貴陽煤氣公司、兗礦科藍煤焦化有限公司和沿海化工鞍山有限公司等企業已先后開始生產各種類型改質瀝青，從而為炭材料生產提供優質粘結劑瀝青。國外改質瀝青生產歷史比較長，技術較先進，國內自 80 年代初，由于貴州鋁廠和青銅峽鋁廠引進鋁用炭素生產線， 需要質量好和軟化點高的改質瀝青后， 迫使國內焦化企業開始研制生產改質瀝青。水城鋼鐵公司與貴陽鋁鎂設計院合作從 1980 年 4 月開始進行熱聚法改質瀝青的生產試驗。1981 年 2 月轉入半工業生產，所得改質瀝青的性能基本上符合日本鋁業株式會社提供的標準， 滿足了貴州鋁廠的需求， 是我國最

11、早生產改質瀝青粘結劑的廠家。該廠是以中溫瀝青為原料的間歇式加壓熱聚法生產，本法是將熔融的中溫瀝青輸入密閉釜中，緩慢加熱到規定的溫度，在一定的壓力保持一段時間后出釜，系間歇作業，在熱聚合過程中溫度為 400，氣壓 0.8MPa1.0MPa，時間為 48h 為反應條件。太原鋼鐵公司從 1982 年 7 月開始研制改質瀝青，它是以焦油為原料的常壓間歇式蒸餾的熱聚法生產， 這種生產工藝是太原鋼鐵公司焦化廠根據自己擁有的焦油間歇式常壓蒸餾裝置特點而研制出來的，其特點是延長終釜時間，提高終釜溫度下進行的熱聚合，所得改質瀝青軟化點都在 120左右，再采用回配的方法降低軟化點，使產品完全符合一級品標準。目前國

12、內廠家主要有石家莊德利化工、水鋼集團、鞍鋼化工總廠、宣鋼焦化廠、武鋼焦化廠、河北東旭化工、山西太興集團、濟寧碳素集團、山西焦化集團、攀鋼集團煤化工廠和黑龍江黑化股份等，規模從 2 萬到 20 萬噸/年。部分廠家生產的粘結劑瀝青指標對比如表2：廠家軟化點()BI%QI%樹脂固定碳灰分貴陽鋁廠1001153537912235790.3石家莊德利化工10011428348142254=18=540.3鞍鋼化工總廠105125=25515=204565=18=540.3山西太興集團1001152834814=18=540.3濟寧碳素集團1001152834814=18=540.3山西焦化集團10011

13、52834814=18=540.3表 2 國內部分廠家粘結劑瀝青質量指標3.2 粘結劑瀝青市場簡要分析粘結劑瀝青市場簡要分析盡管煤瀝青是污染性嚴重的多環芳烴有機物質， 但炭材料生產還是依賴煤瀝青作為粘結劑和浸漬劑(美國等也采用特有的石油瀝青作為浸漬劑)，這是由于煤瀝青具有獨特的“強粘結能力、富碳低灰、熱塑性、固態(類似玻璃態)與液態的可逆轉化、與固體炭質物料極好的配伍性和親和力、較高的結焦殘炭值、炭化產物粘結焦的易石墨化性、良好的滲透浸潤性、價廉且易選擇性”，因此，在炭材料生產中 煤瀝青所具有的獨特功能是不可替代的。炭材料工業一直采用的中溫瀝青粘結劑軟化點偏低（7595），樹脂含量較少，粘結性

14、能不夠理想，而且炭化后結焦值一般低于 50%，用于生產普通質量炭材料產品還可以，但用于生產需要高強度和高密度的高檔炭材料產品 （如高功率和超高功率石墨電極、 大規格優質預焙陽極、微孔炭磚等）就顯得不能適應，這些產品的生產需要粘結性能較好和結焦較高的優質煤瀝青作為粘結劑。此外，中溫瀝青由于軟化點低，容易熔融和結塊，高溫季度運輸及裝卸比較困難，隨著炭材料質量的不斷提高，對粘結劑瀝青的質量也越來越重視，因此現代炭材料工業提出了粘結劑中溫瀝青更新換代的要求， 在中溫瀝青基礎上經過適當加工生產的優質瀝青粘結劑日益受到青睞，20 世紀 70 年代以后，歐美、日本等國家大量生產改質瀝青取代中溫瀝青， 以滿足

15、現代炭材料工業的需要， 采用改質瀝青作為炭材料生產用粘結劑已是必然趨勢。我國自從貴州鋁廠引進預焙陽極生產項日要求使用改質瀝青開始， 近十多年來全國已有十余家焦化企業試制生產改質瀝青， 目前改質瀝青己在部分鋁用炭素生產企業推廣使用， 冶金炭素生產企業正準備采用改質瀝青粘結劑。吉炭-尤卡炭素股份有限公司的成立，快速推動我國超高功率電極技術的發展。國內各炭素廠應進行技術改造， 采用短流程工藝生產 HP、 UHP 石墨電極， 同時提高了產量和質量。另外，我國與美國合資的另一個 UHP 石墨電極生產企業河南開封炭素廠建成，標志著我國 HP、UHP 石墨電極短流程生產工藝將逐漸推廣。我國正在開發直徑 60

16、0mm 及以上的大直徑 UHP 石墨電極，也需要優質的、專用的粘結劑瀝青。2008 年我國石墨電極產量為 58.66 萬噸，同比增長 16.81%，其中超高功率電極產量 15.4 萬噸，同比增長 26.19%；高功率電極產量 24.02 萬噸，同比增長 13.13%；普通石墨電極產量 19.24 萬噸，同比增長 7.77%。 2008 年超高功率電極占石墨電極產量的 26.25%。2009 年我國石墨電極產量為 48.11 萬噸，其中超高功率石墨電極產量 13.41 萬噸，高功率石墨電極產量 19.67 萬噸，普通功率石墨電極產量 5.04 萬噸。2009 年超高功率電極占石墨電極產量的 27

17、.86%，較 2008 年提高了 1.6 個百分點。超高功率電極在石墨電極產量中的比重增加，是我國電爐煉鋼大型化需求的結果。目前中國炭素企業已超過 400 家。年生產石墨電極能力約 70 萬噸，是世界上最大的石墨電極生產國之一，特別是超高功率大規格石墨電極需求量逐年遞增，產品供不應求。每噸石墨電極約消耗粘結劑瀝青 0.2 噸，僅此一項年消耗粘結劑瀝青就達到 14 萬噸，另一方面，隨其他 C/C 復合材料的發展，對特種粘結劑的需求量呈上升階段。因此，本項目市場前景十分廣闊。4 工藝技術方案簡介工藝技術方案簡介4.1 粘結劑瀝青工藝技術方案簡介粘結劑瀝青工藝技術方案簡介煤瀝青改質處理方法包括化學催

18、化法、真空閃蒸法、空氣氧化法和高溫熱聚法等，目前煤瀝青改質處理的工業化方法主要為高溫熱聚法 （包括加壓熱聚法、 常壓連續熱聚法和常壓間歇熱聚法）和真空閃蒸法（減壓蒸餾法）。4.1.1 高溫熱聚法高溫熱聚法高溫熱聚法按壓力分為常壓法和加壓法， 按工藝操作分為間歇流程和連續流程， 其原理都是使瀝青在聚合釜內， 于一定溫度和壓力下保持一定的聚合時間， 使瀝青的各項指標達到粘結劑質量要求，這種方法瀝青改質幅度大，操作簡便，日前被國內外廣為采用。熱聚法瀝青改質常采用釜式連續流程，反應釜可以常壓操作，也可以加壓操作。常壓操作時，熱瀝青由煤焦油蒸餾裝置的二段蒸發器自流入反應釜，在釜中加熱到 360420，得

19、到改質瀝青，改質瀝青自流入改質瀝青中間槽，再經冷卻器送入瀝青高置槽，經自然冷卻至 150180后放至瀝青冷卻成型機制成產品，由反應釜頂排出的油汽在冷凝冷卻器中形成閃蒸油和未冷凝的尾氣。 采用加壓操作時， 熱瀝青經中溫瀝青中間槽， 用泵壓送入反應釜，釜內壓力維持在 0.5MPa1.0MPa，如需調整改質瀝青的軟化點，可用瀝青泵將反應釜內的改質瀝青送往閃蒸塔。當需提高軟化點時，可啟動真空泵調整閃蒸塔頂真空度，進一步蒸發出改質瀝青中的油分；需降低軟化點時，則可往閃蒸塔中噴入閃蒸油。國外采用的幾種典型高溫熱聚法如下：（1）切里-特（Cherry-T）法這種方法是比較有代表性的熱聚法，60 年代后期，美

20、國、日本等國研究開發這種工藝，在焦油蒸餾過程中直接對瀝青進行改質，生產粘結劑瀝青。原料焦油在脫水塔脫水后，再進入低壓脫水塔，脫除殘余水和輕油，而后經管式爐加熱到 400左右，再送到反應器，反應器設有攪拌器，物料在 0.9MPa 壓力及 400條件下保溫 5h，使不穩定組分發生聚合縮合，然后閃蒸直接得到改質瀝青。閃蒸塔內的餾分油汽經該塔頂部的精餾段分成閃蒸油和重油， 閃蒸油經冷凝冷卻， 油水分離后一部分用于塔頂回流， 重油則由精餾塔底部側線引出。 該過程的油類產品收率為 39%，其余 60%為改質瀝青。閃蒸塔出來的餾分油汽也可全部由塔頂進入二段反應器，二段反應溫度為 450， 物料停留時間 10

21、h。 由二次反應器底部排出來的瀝青， 其軟化點為 7090，甲苯不溶物 23%31%，喹啉不溶物 02%，是優質浸漬劑瀝青。（2）西歐傳統熱聚法（杜伊斯堡）熱瀝青連續進入反應器，390400溫度下進行熱聚合，瀝青在反應器中停留 68h，使瀝青得到改質， 用二蒽油作為調節液對改質瀝青軟化點進行調節， 高低軟化點改質瀝青均可生產，能滿足不同用戶需要。（3）管式爐為熱源熱聚法（比利時）該法適用于大批量電極瀝青生產， 瀝青與產品換熱后與循環瀝青同時進人加熱爐， 加熱370390后進入反應器，瀝青在反應器里停留 810h。反應器底部液相一部分作為循環瀝青，一部分進入閃蒸塔，分離出閃蒸油后，產品改質瀝青由

22、底部排出。其特點是可以通過改變循環瀝青量，靈活地調整聚合程度。4.1.2 真空閃蒸法真空閃蒸法中溫瀝青由二次蒸發器進入真空閃蒸器，在真空條件下（絕對壓力 8010.6kPa），控制溫度在 350左右進行熱聚合。真空閃蒸法實質上也是熱聚法的一種，與其他熱聚合法相比，聚合溫度低且處于真空條件下，不利于甲苯不溶物的聚合，過程伴有部分屈油（中溫瀝青輕組分）閃蒸，造成 TI 的濃縮，軟化點升高。這種方法是鞍鋼 1981 年 8 月與澳大利亞簽訂硬質瀝青補償貿易合同時引進的。4.1.3 空氣氧化法空氣氧化法中溫瀝青由二次蒸發器直接進入聚合釜內，控制溫度在 360左右，通入空氣或氧氣，進行氧化聚合，對提高瀝

23、青軟化點特別有效。缺點是：改質瀝青質量難控制，工藝參數稍有波動，產品質量指標變化就很大。另外，由于向聚合釜內通入空氣或氧氣，有大量不凝氣攜帶瀝青煙排入大氣，操作環境十分惡劣，目前很少采用這種方法。4.2 建議工藝方案流程建議工藝方案流程本項目推薦采用溶劑萃取分離法制備粘結劑瀝青。 具體操作為： 將煤油與洗油的最佳比例為 0.60:1 配成溶劑，中溫瀝青加熱到 50120后，與經預先混合并預熱后的混合溶劑按比例 0.60:3.5 分別由泵送入靜態混合器，通過靜態混合器混合后再流入攪拌釜。經過攪拌、靜止、分層后，攪拌釜下層即重相的中溫煤瀝青與溶劑的混合物料由泵送入溶劑回收塔，經溶劑回收塔回收溶劑并制取軟化點 82110的煤瀝青粘結劑。在常壓和溫度不高于 160的條件下，軟化點 82110煤瀝青粘結劑與軟化點 112配合煤瀝青在混合釜攪拌混合，制取軟化點 95110的煤瀝青粘結劑。溶劑萃取分離法工藝流程圖如下：95110粘結劑瀝青圖 1 溶劑沉降法生產浸漬劑瀝青工藝流