摘 要：想要提升焦油瀝青的經濟性和利用價值就需要深入加工煤焦油瀝青。目前針狀焦以及通用級瀝青基 碳、煤焦油瀝青基球形活性炭的應用范圍比較廣，但是縮短加工時間和提高各項產品的品質是目前研究的困難點。 而且中間相瀝青的應用在一定程度上拓寬了傳統碳材料的使用范圍，從而大大提高了炭材料的性質和功能瀝青網sinoasphalt.com。

0 引言

炭素比較重要的一種原料就是針狀焦，主要就是用來生產特種炭素制品和極大功率的石墨電極。從原料上來說，針狀焦主要分為煤系針狀焦以及油系針狀焦，煤系針狀焦生產原料主要是煤焦油瀝青的針狀焦，油系針狀焦生產原料主要是石油成分組成的針狀焦。煤焦油瀝青作為原料生產針狀焦的過程中，反應體系需要有適當的氣體逸出量并且還要產生流動性較好的各向異性組織，而且需要長時間保持低黏度，在反應結束之后，需要采取減壓的方法，對物料進行氣流拉焦，從而使針狀焦產品的質量更好。想要實現嚴格控制針狀焦制備工藝的過程，就需要深入了解在加熱過程中的變化，以及瀝青原料的性質和結構。

1 煤焦油精制加工新技術

1.1 焦油蒸餾技術

目前國內比較常采用的蒸餾工藝方式就是一塔式、常壓以及切取兩混或三混餾分。煤焦油蒸餾裝置的特點就是：餾分塔塔頂的油汽采用空氣冷凝冷卻器，并且是減壓操作，從而可以大大節能，減壓出來的尾氣都會被送到管式爐中燃燒。出口焦油溫度是 330℃，采用方箱管式爐，餾分塔材質選擇的是抗腐蝕低碳合金鋼，采用的是連續脫水 - 脫輕油，餾分塔為減壓操作，塔底是軟化的軟瀝青。

1.2 工業萘蒸餾技術

如今，國內許多焦化廠生產的是不酸洗 95% 工業萘，但是只有回收喹啉類的廠家才能生產出來。而且生產工業萘的材料也不一樣，有萘油餾分、萘洗混合餾分以及酚萘洗三混餾分等三種。

工業萘蒸餾工藝分為常壓雙釜雙塔連續精餾、常壓單爐單塔連續精餾、常壓間歇釜式精餾以及減壓間歇釜式精餾等。但是從精餾塔的塔板數看出，剛開始是 50層，之后慢慢增加到 60 或者 70 層，而且精餾塔的塔型有很多種，比如說：浮閥塔、斜孔板塔、圓泡罩塔以及填料塔等等。但如今大多數的焦化廠采用比較多的是 70層的浮閥塔，采用的精餾工藝是以兩混或三混餾分為原材料的常壓雙爐雙塔連續精餾。而且雙塔連續以及常壓單爐工藝非常普遍，但是能耗最低的是寶鋼的常加壓單爐雙塔連續工藝，而且如今比較有發展前景的就是單爐單塔連續精餾工藝。

1.3 瀝青的利用與改質技術

道路瀝青、乳化瀝青、浸漬劑、黏結劑以及球形活性炭這些傳統的瀝青基產品都在各個行業發揮著重要作用。但是目前我們國家煤焦油瀝青主要是生產型煤粘結劑、筑路瀝青、瀝青焦、改質瀝青還有各種瀝青防腐漆等等。而且目前國外已經成功制造出超高功率電極用針狀焦以及宇宙飛船用碳素纖維的生產技術，這也是煤瀝青以后的發展方向。

1.3.1 瀝青延遲焦生產技術

在石化行業石油瀝青生產延遲焦的技術已經普遍被運用，但是瀝青延遲焦生產技術引進的時間比較短。瀝青焦一般采用的是延遲焦化法和室式焦爐法生產，而且德國研發了回轉爐法，但是目前還沒有工業化，但是由于室式焦爐法的污染比較嚴重，所以目前在我國已經被淘汰。

1.3.2 筑路瀝青生產技術

之前的筑路瀝青是用溫瀝青和蒽油進行融合，從而配制得到的。如今德國成功研發出了石油和焦油混合瀝青，用 70% 石油瀝青和 30% 煤瀝青融合到一塊產生的，這種瀝青的粘結劑組分的分布比較均勻，共溶性較好，可以制作出瀝青混凝土，從而用到建設高速公路上。用這種瀝青進行鋪路，會讓施工時路面凝固的比較快，在夏天路面也不容易變形等特點，而且石塊的粘性也更強，比較抗油腐蝕，從而讓路面比較堅固。這段時間以來，也慢慢研發出添加廢塑料和橡膠的改進版的煤系筑路瀝青，這也在一定程度上減少了筑路瀝青的成本。

2 改質瀝青生產技術

2.1 加壓熱聚處理法

加壓熱聚處理法就是把中溫瀝青融化放到方箱式加熱爐中，加熱到 430℃，然后放到反應釜當中，反應釜要保持 1.0~1.2MPa、420~430℃，然后把熱瀝青保溫五六個小時，進行熱聚合反應，再用泵將瀝青由釜底送往閃蒸塔，最后在用其他的油類調整軟化點。塔底改質瀝青自流至中間槽，然后放到冷卻器或者是置槽中冷卻成型。在閃蒸塔頂或者是反應器中冒出的氣體和油汽經過冷卻器冷凝出液體之后，自動流動到閃蒸油槽中，尾氣經過洗滌塔兩級洗滌后，最后會送到加熱爐當中。

2.2 氧化、熱聚法

氧化、熱聚法采用的是間歇式加熱蒸餾反應釜，先把溫瀝青放入反應釜底部，然后壓縮里面的空氣，進行加熱氧化。在這個氧化的過程中，會分解出其他的物質，進過蒸餾柱和冷卻器，然后進行回收，蒸餾反應釜里的溫度一般就在 350℃左右。采用氧化、熱聚法可以在一定程度上提高瀝青的軟化點，從而制作出硬瀝青，但是卻不容易得到質量比較好的電極瀝青。

2.3 針狀焦的生產技術

由于原料不一樣，針狀焦分為煤系和石油系兩種。煤系針狀焦是由日本兩家公司研發成功的，并且實現了工業化生產，石油系針狀焦是美國的石油公司研發成功并且實現了工業化。煤系針狀焦雖然制取的方法有許多，但是目前能工業化生產的只有日本，采用的是溶劑法。

2.4 呂特格熱聚合法

呂特格熱聚合法的原料是中溫瀝青，需要先把普通的中溫瀝青不斷的加入到反應釜當中，然后不斷進行攪拌讓它進行熱聚合反應，從而形成電極瀝青。而蒸餾出來的揮發氣體進行冷卻凝結后進入儲槽，電極瀝青也會不斷的進入產品瀝青槽。而且那些沒有冷卻凝結的氣體，每噸的中溫瀝青也可以當成燃料使用。改變加熱溫度和反應釜內的反應時間可以調整電極瀝青規格，添加調整塔頂餾出物或一蒽油可以改變電極瀝青的軟化點。能夠得到的普通等級電極瀝青的質量指標為：軟化點（Hg法）80~90℃、β 樹脂＞ 19%、BI 為 25%~35%、QI 為6%~14%、灰分 0.3%。

3 改善煉焦用煤的瀝青

瀝青是合成碳和天然碳的粘合劑，主要是用來電解鋁用電極、制造煤磚或者是電化石墨。在很多年之前，煤磚的粘合劑就是煤焦油瀝青，但是需求量也在慢慢減少，全世界的需求量大幅度下降。煤焦油瀝青適量的加入到煉焦用煤中在工業上來說是非常有意義的，在還原鐵礦石中對采用的冶金焦有著很高的要求，尤其是在機械強度方面。而且，對于煉焦用煤的性質也有著一些要求，主要就是煉焦用煤的收縮能力、軟化性質、粘結能力以及氣體析出性質。理想的煉焦用煤需要具有足夠塑性組分的肥煤，這樣的煤在歐洲是非常多的，但是從世界角度來看，隨著鋼鐵生產的發展會慢慢感覺到比較缺少。

英國的研究協會在氣焰煤當中加入了煤焦油瀝青，從而得到了很好的效果，而且在里面還加入了低溫焦和焦粉為了得到瘦化的效果。米格轉鼓強度是冶金焦比較重要的一個質量標準，英國氣焰煤在不放添加劑單獨進行使用時得到的焦炭的米格轉鼓強度為 50-5%，加入煤焦油瀝青和瘦化劑之后得到焦炭的米格轉鼓強度有很大的提高。瀝青在煉焦配煤中起著不同的作用，比如說在溫度較高的時候瀝青可以溶解一些煤，而且瀝青有熱反應性能，就是當溫度在 500℃之上時，可以形成一種結合起來非常牢固的焦炭結構，而且還有粘合劑性質，因為瀝青芳烴對煤的親合力比較強，所以進一步提高了粘合劑的作用。

由于在煉焦爐炭化室當中，溫度不斷的提高，瀝青也會浸濕煤粒，從而讓煤粒開始溶解，所以在之后結焦的過程中，因為缺少產生塑性變形的區域它就還會起到塑性組分的作用，而且還會和瘦化劑一起融合到焦炭結構里面去。要是采用高揮發分煤，那么在煉焦時就可以產生煤焦油，這樣就正好可以滿足煉焦配煤中添加劑的需求。在一些地方因為瀝青的生產量和煉焦配煤添加劑的瀝青是可以進行平衡、配合的，所以這對于工業也是比較有利的。

4 技術展望

國外開始探究煤瀝青基炭素材料的時間比較早，所以如今針狀焦、黏結劑、球形活性炭和浸漬劑等的制作工藝已經比較成熟了。目前，因為中間相瀝青的性能比較好，所以有許多的研究人員去進行實驗研究，去探索中間相瀝青出現變化的理由與道理。中間相瀝青中可以制作出針狀焦、活性炭以及黏結劑這些炭素材料擁有其他普通改質瀝青沒有的特點，這些特點也讓越來越多的研究人員去研究。研究中間相瀝青的積極狀態還會保持很長一段時間。煤瀝青深加工產業的支撐就是需要開發通用級瀝青基碳纖維材料，通用級瀝青基碳纖維可以用在衣服、球桿等人民生活領域，這個需要的范圍比較廣，而且原料的成本比較低，來源也比較豐富，可以在一定程度上讓傳統的瀝青基產品在國內有非常大的前景。特別是球形活性炭，現在的市場需求比較大，但是很多高質量的球形活性炭還是主要依靠進口。

5 結論

由于瀝青的成分比較復雜，區分煤焦油瀝青成分的主要方法就是采取抽提溶劑。因為不一樣的制作目的得瀝青原料對于其他成分之間的含量也是不一樣的，一般情況下，采用的就是真空閃蒸法和氧化法、熱聚合法來對原料進行改質，從而能夠得到符合需求的瀝青。而且目前炭材料在軍事以及電力等方面有著非常重要的位置，因為現在的需求量比較大，所以發展前景也比較好。炭素的材料是以煤焦油瀝青為主，這樣可以更好地解決很多比較便宜的煤焦油瀝青利用問題，從而更進一步促進國民經濟的發展。