1、2 万吨/ 年针状焦项目1.1 概述针状焦是 20 世纪 70 年代炭素材料中大力发展的一个优质品种，是人造石墨之一，具有低热膨胀系数、低空隙度、低硫、低灰分、低金属含量、高导电率及易石墨化等一系列优点。其石墨化制品化学稳定性好，耐腐蚀、导热率高、低温和高温时机械强度良好，主要用于生产电炉炼钢用的高功率（HP）和超高功率（UHP）石墨电极和特种炭素制品，也是电刷、电池和炼钢增碳剂、高温优质耐火炉料的新型材料。冶金行业是石墨电极的最大用户，此外黄磷生产等也消耗一定量的石墨电极。采用高功率或超高功率电炉炼钢，可使冶炼时间缩短 3050%，节电 1020%以上，经济效益十分明显。目前国内虽有针状焦的
2、生产，但产品基本用于 HP 石墨电极的生产，但不能满足 UHP 石墨电极的生产需要，生产 UHP 石墨电极所需的针状焦主要依靠进口， ，这在一定程度上导致了我国石墨电极产品结构的不合理，超高功率石墨电极供不应求，而普通功率石墨电极严重过剩。从世界石墨电极的发展趋势来看，以超高功率电极的发展为主，普通电极将逐渐减少，直至被淘汰。因此，建设优质针状焦的生产装置，满足国内超高功率电极发展的需求，有着十分重要的意义。1.2 市场分析及预测1.2.1 国外市场分析目前全球针状焦总产能约为 100 万吨/年（包括中国） ，2006 年世界针状焦产量约为 85 万吨，主要集中在美国和日本，主要生产公司及其生
3、产能力见下表。国外针状焦主要生产企业及其生产能力企业名称 设计能力(万 t/a) 产品类别ConocoINC(英国 HUMBER 工厂) 23 油系ConocoINC（美国休斯敦工厂） 14 油系美国碳/石墨集团海波针状焦公司 14 油系日本兴亚株式会社（KOA） 8 油系日本水岛制油所 7 油系日本新日铁化学株式会社 14 煤系三菱化学株式会社 6 煤系合计 86由于受生产针状焦原料和针状焦特殊生产技术的限制，迄今世界针状焦生产技术只有上述几个公司掌握。美国大陆油公司（Conoco）是针状焦的主要供应商。国外针状焦主要用于生产电炉炼钢用高功率和超高功率石墨电极。石墨电极只有美国、日本、德国、
4、中国和印度等少数几个国家生产，但是基本上每个国家都需要使用这种产品，因此石墨电极生产国都有很大一部分产品用于出口，美国、日本和中国是主要的出口国家。自 1994 年以来，世界电炉钢产量每年增加 1000 万吨，2004年达到 3.56 亿吨，约占世界钢产量的 34%。美国是全球电炉钢产量最大的国家，2004 年产量为 5300 万吨，我国排第二，产量为4400 万吨，日本 3000 万吨，韩国 2100 万吨，意大利 1800 万吨，土耳其 1500 万吨。20 世纪 80 年代中期，工业发达国家已基本淘汰了普通功率电炉，美、日、英、德国及意大利等国，超高功率电炉占到 50%以上，目前基本全部
5、采用超高功率电炉。近年世界主要产钢国的电炉钢比例如下：近年世界主要产钢国的电炉钢比例 单位: %年份 世界 日本 美国 韩国 德国 印度 中国2000 33.7 28.8 47.0 42.8 28.7 32.1 15.92001 35.1 27.6 47.4 43.6 29.3 42.5 15.82002 33.9 27.1 50.4 45.2 29.3 42.7 16.72003 34.0 26.4 48.9 44.8 30.0 45.6 17.62004 33.2 26.4 53.6 43.9 30.7 43.9 15.22005 31.7 25.6 55.0 44.1 30.7 44.9
6、 11.72006 32.0 26.0 56.9 45.7 31.1 50.5 10.52006 年全球钢产量达到 12.39 亿吨，电炉钢已占钢产量32%，约为 4.34 亿吨。消耗石墨电极约 96 万吨（2005 年吨钢耗石墨电极量为 2.2 千克） ，消费针状焦约 85 万吨。从世界炼钢技术发展趋势来看，今后电炉钢的产量及采用超高功率电极的比例还将有一定增长，世界钢铁工业对石墨电极的需求量还将会增加。预计 2010 年世界电炉钢产量将达 5 亿吨左右，占到全球钢产量的 35%，对石墨电极的需求量的需求量将达到 120 万吨，需求针状焦约 100 万吨。1.2.2 国内市场分析1.2.2.
7、1 我国针状焦生产现状我国针状焦现有生产能力约为 20 万吨/年，煤系和油系产品都有，全部采用国内技术，由于生产原料短缺，装置开工不足，2007年产量约为 6 万吨左右。生产的针状焦已经用于炼钢工业 HP 石墨电极的生产，但还不能满足 UHP 石墨电极的生产需要，生产 UHP石墨电极所需的针状焦仍然全部依靠进口，我国针状焦主要生产企业见下表。我国针状焦生产企业序号 企业名称 生产规模（万 t/a） 产品类型1 锦州石化公司 4 油系2 山西宏特煤化工有限公司 5 煤系3 鞍山沿海化工厂 2 煤系（改质法）4 山东海化集团 2 油系5 山东兖矿科蓝煤焦化公司 2 煤系（溶剂法）6 安庆石油化工总
8、厂 2 油系石油化工科学研究院在完成了试验室试验、小试、中试的基础上，在安庆石化总厂和锦州石化建设 1000 吨中试装置，1994 年，安庆石化总厂建成一套 20 万吨年的针状焦生产装置，生产 2 万吨高功率炼钢电极用针状焦。1995 年在锦州石化分公司建成一套10 万吨年的针状焦生产装置，年产超高功率炼钢电极用针状焦 4万吨，其产品的主要指标如热膨胀系数、硫含量、灰分和真密度等已达到国外优质针状焦（可用于生产超高功率电极）水平，但质量还不稳定，尤其在强度和粒度分布等方面，与国外优质针状焦相比，仍有一定的差距，而且由于生产原料短缺，装置开工不足，造成产品成本偏高，2006 年年前，仅生产 1
9、万吨左右的普通针状焦，2006 年，锦州石化公司针状焦生产技术取得突破性进展，产量达 4 万吨，目前所生产的针状焦性能已比较稳定。山西宏特煤化工有限公司以生产经营煤化工产品为主，是集生产、销售、科研于一体的现代化大型煤化工综合加工企业，已建成了我国第一套 5 万吨/ 年的煤系针状焦工业化装置。鞍山沿海化工厂 2 万吨 /年煤系针状焦生产装置建于 1992 年，经 4 年生产调试，产出 4000 余吨针状焦，由于技术问题，98 年末装置停止运行。99 年在中试装置上进行了为期两年的技术攻关，产品质量有了明显改进。中钢集团鞍山热能研究院采用自主研发技术的 8 万吨/ 年针状焦项目正在建设，中试装置
10、已经顺利投产，产品达到国际先进水品，预期今年年底投产。1.2.2.2 针状焦消费情况针状焦是生产超高功率的主要原料，也是生产高功率电极提高性能必须添加的小比例原料。近几年，我国 HP 和 UHP 的生产发展很快，2002 年我国 HP 石墨电极产量为 8.5 吨，UHP 石墨电极产量为 2.34 吨，合计约为 10.84 万吨，约占石墨电极总产量的 43%； 2007 年我国炼钢用石墨电极产量达 49 万吨，普通功率电极产量17.5 万吨， HP 电极和 UHP 电极产量合计约 31.5 万吨，HP 石墨电极产量为 19.5 吨，年均增长速度达到 18%；UHP 石墨电极产量为12.0 吨，年
11、均增长速度达到 38.7%。石墨电极出口量为约 18 万吨，同比增速达到 33。其中，高功率、超高功率石墨电极出口量分别为 8.5 万吨和 4 万吨，占产量的比重分别为 43.6%和 33.3%。下表列出了近 4 年我国今年来 HP 和 UHP 的产量以及所消耗的针状焦量，20022007 年平均消费增长率约为 24%。我国 HP 和 UHP 消费针状焦情况 (万吨)年份 HP 和 UHP 产量 针状焦消费量2002 10.84 (UHP2.34) 3.52003 12.85 (UHP4.88) 5.42004 14.84 (UHP5.56) 6.32005 23.0 (UHP6.85) 8.
12、22006 25.2 (UHP8.92) 10.72007 31.5 (UHP12.0) 13.42007 年国内共生产高功率、超高功率电极分别为 19.5 万吨和12 万吨，消费针状焦约 13.4 万吨，2002-2007 年平均消费增长率达到 30%。我国炭素工业通过科技创新和技术改造，产品结构不断优化，优质高档电极超高功率石墨电极的增长率比高石墨电极整体增长率高出 20%，在石墨电极中所占比重又有所提高，既适应了炼钢电炉大型化的要求，又适应了原材料涨价的形势。目前我国10000KVA 及以上大型直流石墨化机组已投入生产约 50 台套。吉林炭素、海龙科技、南通炭素、上海炭素、八三炭素、河南
13、三力炭素、抚顺炭素、辽阳炭素、广汉士达炭素、长城长电极、晋能炭素、开封炭素等一大批企业的主要生产技术装备已经达到或接近国际水平。同时，他们不断采用先进技术、改进工艺、努力提高产品质量和服务水平，使我国石墨电极炼钢单耗已达到或接近国际水平。目前我国石墨电极总消费量约为 33 万吨， 其中国内自供为31 万吨，进口超高功率石墨电极 2 万吨，近年电极消费总量略有增长，其中普通功率石墨用量下降，高功率石墨电极保持不变，超高功率石墨电极大幅度增长。我国生产超高功率电极用的针状焦大部分依靠进口，2007 年进口针状焦约 8 万吨。如：近几年，湖南银光炭素有限公司一直进口煤系针状焦等和锦化产针状焦为主要原
14、料，以抚顺二厂优质石油焦为辅助原料生产超高功率石墨电极。1.2.3 针状焦需求预测针状焦主要用于生产超高功率电极，占市场消费量的 80%左右。目前我国超高功率电极基本用于电炉钢的生产。2007 年国内共生产高功率、超高功率电极分别为 19.5 万吨和 12 万吨，消费针状焦约 13.4 万吨。从国际市场来看，除我国外，主要生产国有美国（含美国跨国公司下设的国外生产企业） 、德国（含德国跨国公司下设的国外生产企业）以及日本。全球石墨电极的总产量达到约 120 万吨，这三国石墨电极产量约占世界总产量的 50以上，其中绝大部分是中高端产品。据有关资料分析，预计 2007 年世界钢产量将接近 13.4
15、3 亿吨，2008 年粗钢产量将突破 14 亿吨，到 2010 年，世界钢产量将继续稳中有升，电炉钢产量及所占比例也随之上升，世界电炉钢产量将达到 5 亿吨。全球电炉钢产量将会从占全球总产量的 25提升到 35。电极需求量也将随着电炉钢产量高速增长，而发达国家特别是美、日、德等国的主要炭素生产企业最近几年由于环保和成本原因已逐渐削减产量或关闭多余的生产能力，使国际炭素产品产生一定的供需缺口。我国是世界石墨电极生产和出口大国，石墨电极出口到世界 80多个国家和地区。近十年，我国石墨电极出口量平均增速为20%。2004 年我国出口石墨电极 10.88 万吨，占到当年产量的近30%，其中高功率、超高
16、功率电极出口 8.57 万吨。2005 年出口石墨电极量约 12.69 万吨，绝大部分是高功率、超高功率电极。2007年石墨电极的出口量达 18 万吨，高功率、超高功率石墨电极出口量分别为 8.5 万吨和 4 万吨，占产量的比重分别为 43.6%和 33.3%。随着我国炭素企业的产品质量以及在国际市场上的评价和信誉越来越高，预计我国炭素企业在国际市场的市场份额将会不断增长。国内市场来看，自 1996 年起至今我国钢铁产量一直雄居全球之冠，2003 年钢产量达到 2.2 亿吨，再次超过排居第二的日本和第三的美国钢产量之和。2007 年中国粗钢产量为 4.89 亿吨， 20012007 年间，年均
17、增长率达 21.4%。在钢产量增长的同时，电炉炼钢产量也在增长，20012007 年产量年均增长率在 13%，但由于电炉钢生产成本相对较高和受我国电力供应短缺的制约，我国转炉钢发展非常快而电炉钢发展速度比较缓慢，近几年电炉钢产钢产量的比例是在下降的。下表列出了 20012007 年我国电炉钢产量及占钢产量的比重。20012007 年我国电炉钢产量及占钢产量比重年份 钢产量（万吨） 电炉钢产量（万吨）电炉钢/钢产量（%）2001 15266 2400 15.72002 18225 3049 16.72003 22011 3906 17.72004 27200 4000 14.72005 3557
18、9 4179 11.72006 41880 4355 10.42007 48900 5000（E ） 10.2我国现有 75 吨以上的电炉 50 多台，最大的 160 吨，电炉钢总产量在 4000 多万吨。年需要大规格超高功率电极 6 万吨左右，国内进口大规格超高功率电极从 2000 年开始，每年在 2 万吨左右。目前我国电炉钢生产中，普通功率、高功率和超高功率电炉钢约各占 1/3。随着钢铁工业调整产品结构力度的加大，电炉钢、特别是大吨位的电炉钢生产，急需大规格超高功率石墨电极。采用高功率或超高功率电炉炼钢，可使冶炼时间缩短 3050%，节电 1020%以上，电极消耗也大大降低，经济效益十分明
19、显。我国针状焦的市场需求有赖于我国高功率特别是超高功率电炉钢的发展。发达国家因炭素制品的高耗能、高污染，严格限制其发展，正在缩减生产规模，而我国具有生产煤系和油系针状焦的原料优势，随着我国针状焦生产的发展，预计今后 7 年内将是我国 UHP 电极生产高速发展期，也是我国大量向国际市场出口高功率和超高功率电极的时期。20082015 年，石墨电极出口年均增长率若能达到8%， 2010 年和 2015 年石墨电极出口量将分别达到 23 万吨和 33.3万吨。按照我国电炉炼钢发展趋势，2010 年和 2015 年我国石墨电极生产（包括国内市场加出口）需求针状焦将分别达到 20 万吨和30 万吨，可见
20、我国针状焦有着良好的市场发展前景。1.2.4 国内外产品价格分析2005 年初进口针状焦价格为 700 美元/吨，目前增至 1600 美元/ 吨左右（到岸价） ，主要是 UHP 石墨电极用优质针状焦。国内山西宏特针状焦近期连续提价，目前价格在 12500 元/吨，本项目产品价格按 11000 元/吨。1.3 产品方案及生产规模产品方案及生产规模项目 产品名称 生产规模主产品 针状焦 2 万 t/a炭黑油 5 万 t/a燃料油 0.5 万 t/a联产品焦化煤气 525 万立方米 /年1.4 工艺技术方案1.4.1 原料路线的选择根据原料路线的不同，针状焦分为油系和煤系两种，其生产方法也有一定差异
21、。油系针状焦生产方法是美国在 20 世纪 50 年代后期开发的，以热裂化渣油和催化裂化澄清油等石油加工厂重质馏分油为原料，经延迟焦化和煅烧等工艺过程制得成品油系针状焦。煤系针状焦生产方法是 1979 年由日本新日铁和三菱化成公司开发的，该法以煤炼焦副产品煤焦油沥青为原料，经原料预处理、延迟焦化和煅烧 3 个工艺过程制得成品煤系针状焦。本项目可从规划中的煤焦油加工项目得到煤沥青原料，故选择以煤沥青为原料生产煤系针状焦的路线。1.4.2 工艺技术的对比及选择煤系针状焦与油系针状焦生产工艺上的区别主要在于原料预处理。煤焦油沥青主要成分是芳香烃，但其中含有一定量的喹啉不溶物（QI） ，它不仅是煤焦油蒸
22、馏时某些高分子树脂状物质受热聚合生成的无定形碳，还有从炼焦炉炭化室随煤气带来的煤粉和焦粉。它们附着在中间相周围，阻碍球状晶体的长大、融并，焦化后也不能得到纤维结构良好的针状焦组织。因此，需对煤沥青原料进行预处理。首先除去其中防碍小球体生长的喹啉不溶物，然后再进行组分调制，以获得满足针状焦生产需要的原料，这是用煤沥青生产针状焦的必要条件。原料预处理主要方法有：蒸馏法、离心法、溶剂法、改质法等。蒸馏法美国专利技术，用真空分离器从煤焦油沥青中分离出残渣，包括分离 QI。其技术核心是通过真空蒸馏切取一段适合于生产针状焦的原料。工艺比较简单，但针状焦原料（精料）收率低。离心法美国专利技术，用离心机或过滤
23、机等机械设备除去 QI 的方法。煤焦油沥青在适宜的温度和粘度下进入离心机，将脱除了 QI 的离心液和富含 QI 的残渣分离，离心液作为针状焦的原料（精料） 。该技术大大提高了针状焦原料的收率，但针状焦质量一般，工艺适中，投资大。溶剂法美国、日本、波兰、中国等有不少专利介绍，用脂肪烃和芳香烃按一定比例制备成混合溶剂，以混合溶剂处理煤沥青除去 QI。在日本，用溶剂法生产煤系针状焦的有新日铁和三菱化成两套装置，生产能力分别为 14 万 t/a 和 6 万 t/a。用该技术处理后得到的针状焦原料（精料）收率高，针状焦产品质量好，但工艺复杂，投资也高。改质法中国专利，将混合煤焦油系原料油送到特定闪蒸塔内
24、，在一定温度和真空度下闪蒸出闪蒸油，闪蒸油进入专用聚合釜进行聚合，获得针状焦原料缩聚沥青（精料） 。该工艺针状焦原料（精料）收率适中，工艺较简单。在这四种原料预处理工艺中，真正实现工业化生产的有溶剂法和改质法，生产装置运行正常并能生产出优质针状焦，国内这两种方法都有采用。如采用改质法原料处理工艺生产煤系针状焦，其工艺具有如下优点：经过闪蒸、缩聚处理的原料中杂质含量低，针状焦质量好。不需要溶剂，节约了建设投资和运转费用。采用罐式炉煅烧工艺，煅烧损失比回转窑煅烧损失少 5%以上。罐式炉操作简单可靠，维修量少，大修周期比回转窑长 57年。根据以上分析，建议本项目采用改质法进行原料预处理，罐式炉煅烧的
25、工艺技术。1.4.3 推荐工艺技术简介将混合煤焦油系原料油送到特定闪蒸塔内，在一定温度和真空度下闪蒸出闪蒸油，闪蒸油进入专用聚合釜进行聚合，获得针状焦原料缩聚沥青（精料） 。将精制沥青在加热炉内快速加热到反应温度后，立即送入焦化塔，利用其自身显热，使沥青裂解和缩合，生产出延迟焦(俗称生焦)。将延迟焦化得到的延迟焦(仍含有 810%的挥发分 )经 1450左右高温煅烧，使挥发分降低到 1%以下，同时还可以改善焦炭真密度，得到合格的针状焦产品。1.5 主要原材料及燃料动力消耗1.5.1 原材料消耗主要原、辅助材料消耗项目 单位 单耗（/t） 年用量（/a）沥青 t 2.5 50000脱晶蒽油 t
26、0.9 18000闪蒸油 t 0.15 3000酚渣油 t 0.029 580洗油 t 0.0015 301.5.2 公用工程消耗公用工程消耗项目 单位 单耗（/t） 时耗（/h） 年耗（/a）新鲜水 m3 4.36 12.1 87120循环水 m3 45.3 125.8 905923.2软水 m3 5.35 14.9 106920电 kWh 422.5 1173.6 8450000蒸汽0.5MPa0.9MPa3.5MPattt3.171.460.118.84.10.3163360292002218氮气 m3 2.16 6 43200压缩空气 m3 71.3 198.1 1426000焦炉煤气
27、 m3 330 916. 7 6600000副产蒸汽0.9 MPa t2.97 8.3 59400操作时间按 7200 小时计算。1.6 装置占地及定员本项目装置占地约 6000 平方米，装置生产定员约 60 人。1.7 主要 “三废”排放量及处理方式针状焦生产过程中排放出少量废气，可经水洗后达标排放。1.8 投资估算及静态经济效益指标经估算，本项目建设投资约 14500 万元，总投资为 17000 万元。初步测算，项目主要经济技术指标如下表所示：投资估算及静态经济效益序号 评 价 项 目 单位 评 价 指 标1 总投资 万元 17000 2 建设投资 万元 145003 年销售收入 万元 3
28、4000 4 年总成本 万元 27000 5 年利税总额 万元 70006 年利润额 万元 49007 投资利税率 % 41.28 投资利润率 % 28.89 投资回收期(税后) 年 4.5 (包括建设 1 期)1.9 研究结论及建议UHP 石墨电极是我国今后石墨电极的发展方向，具有较大的市场发展前景。但由于国内针状焦生产技术不够先进，针状焦产品质量不能满足生产 UHP 电极的需要，国家发改委已将针状焦列入2007 年外商投资产业指导目录 。本项目投资项目效益较好，针状焦的生产技术是关键，若引进国外针状焦生产技术，可考虑日本新日铁公司、日本三菱化成公司等，以保证产品质量满足生产 UHP 电极的需求。
