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天元企业中低温煤焦油制取高端碳材料(针状焦)取得新突破
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天元化工有限企业自2018年起一直致力于国内市场高端碳材料的研发,历时3年,经过不断探索和实验,目前在“中低温煤焦油制取高端碳材料(针状焦)”领域取得了突破性进展。

 

 

因势而动,谋局布子

面对碳素制品市场供需情况出现的新机遇,高端产品如超高功率、高功率石墨电极及电动汽车负极材料等均呈现快速增长、供不应求的局面。天元企业审时度势,充分利用中低温煤焦油的特性生产深加工产品——针状焦或其它碳素材料,打造了“不断延伸煤焦油深加工产业链”的发展棋局,开启了企业由单一煤焦油深加工产品向差异化、高端化和高附加值转型升级的破局之路。

2017年底,天元企业技术人员多次奔赴上海、辽宁、山西、山东等地,对中低温煤焦油制取高端碳材料(针状焦)市场进行深度调研。调研发现,国内生产针状焦企业是以山西宏特煤化工有限企业为代表,其煤系针状焦真密度大、导电率高的特点更加优于石油系针状焦,具有非常可观的市场经济效益。

目前,中低温煤焦油在榆林的产能约1000万吨/年,但以中低温煤焦油为原料制取针状焦项目在国内却是空白。究其原因,是中低温煤焦油芳烃相对含量较低,分子分布范围大,芳烃中三环四环含量低,所以开发以中低温煤焦油为原料制备碳材料针状焦的工艺技术难度极大。

 

 

动须相应,妙手开局

因势而谋,应势而为,天元企业从2018年开始,通过分析试验,探究中低温煤焦油其作为煤系针状焦原料的可行性。对比分析目前实现产业化的煤系针状焦生产工艺,结合企业现有中温煤焦油深加工技术,一条技术先进、运行可靠、产品质量稳定的、符合企业生产实际的中低温煤焦油生产针状焦工艺路线的科技创新棋局徐徐展开。

面对科技创新这盘棋,天元企业没有选择寻常之道,而是将眼光投射长远,选择了从0到1的突破之路。2019年该技术立项,以中低温煤焦油沥青为原料,充分运用胶体形成理论和沥青炭化动力学理论常识,探索了一条适合中低温煤焦油生产优质针状焦和负极材料的创新发展之路。

 

 

落子从容,掷地有声

先手棋已然下定,行军图跃然纸上,中低温煤焦油中制取高端碳材料(针状焦)小试、中试的棋路稳健打开。

针对中低温煤焦油的特殊性质,天元企业技术人员集思广益、思如泉涌,迸发出无数的科技创新弈棋智慧,通过优化原料预处理工艺,生产出喹啉不溶物含量合格且分子组成合理的优质的针状焦原料——精制沥青,所得到的焦化原料精制沥青喹啉不溶物远低于设计值(<0.1%)。同时,采用延迟焦化小试和中试装置,在精制沥青制备的基础上完成制备针状焦工艺条件的优化;通过考察焦化温度、焦化时间、升温速率和焦化压力等工艺条件对生焦显微结构的影响,最终获得广域型致密度较好、产品外观带有银灰色金属光泽的针状焦生焦。

2020年,通过复配溶剂萃取,脱除原料杂质,制取出合格的针状焦原料(精制沥青),其指标优于设计值。

 

 

聚变鼎新,博弈方圆

重器在手,方能举棋若定,稳持弈胜之道。2021年,在精制沥青制备的基础上完成制备针状焦工艺条件的选择,探索出煤焦油沥青在溶剂中胶体的形成和破坏机理,以及精制沥青焦化反应条件等,并在技术研发中心通过小试和生产装置中试,解决了温度、压力、升温速率等影响因素,得到了产品外观带有银灰色金属光泽的焦体。

通过偏光显微镜、扫描电镜分析检测,产品微观呈各向异性度好且为广域流线型的多孔结构,该产品具备热膨胀系数低、导电率高和易石墨化等特点,产出品质远高出预期效果,完全可以用作高功率和超高功率石墨电极的生产基料。填补了中低温煤焦油制取针状焦项目在国内技术领域的空白。

该项基础研究成果,为天元企业“预处理装置扩能升级项目”提供了设计基础数据。至此,该技术申请发明专利5件,申请实用新型专利1件。

科技赋能孕生机,棋盘经纬显智慧。天元企业将继续开拓创新,主动担当作为,用一流的科创标杆成果,笃行赶超之路,坚定迈出创建对中间相的炭纤维和中间相树脂方面研究的新步伐,提高企业在行业中的影响力。(慕慧 刘宁 郝祥利)

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