针状焦的原料性质分析

针状焦根据原料分类可分为煤系针状焦和石油系针状焦，石油系针状焦以热裂化渣油、催化裂化澄清油、润滑油精制抽出油、蒸汽裂化焦油、焦化蜡油、乙烯裂解渣油等为原料。煤系针状焦以煤焦油、 煤焦油沥青以及通过直接加氢裂化煤制得的液体产物以及几种原料的共炭化。

原料的预处理

上述原料中，大部分都是炼化工艺的“残渣”，里面难免含有大量的机械杂质和固体粉末，从而导致灰分较高（质量比一般超1%），而针状焦对原料灰分要求一般要求在100ppm以下，否则影响针状焦的机械强度。石油系原料一般通过过滤、离心分离、静电处理、沉降分离等方法尽可能降低油品种反应活性较大的胶质成分，并使灰分降到0.01%以下。煤焦油或煤焦油沥青中存在大量的一次QI，在制备针状焦之前一定要设法去除，因为一次QI会阻碍中间相小球的融并和长大，影响针状结构的形成。煤系原料一般通过沉降、过滤 ,离心分离、闪蒸、反溶剂法等方法除去一次QI。

原料中的杂原子

在各类原料中，由于石油或者煤中，难免存在杂原子。而针状焦理论是碳的集合体，杂原子越少，焦的性能肯定更优异。杂原子的存在增大了分子的偶极矩 ,使分子间的 π- π相互作用力退居次要地位，更为强大的极化作用力成为主要凝聚力，不仅显著增大了焦化过程的体系粘度 , 而且由于相邻分子间的相互作用，还会扰乱层片分子的平行堆砌。在压力下炭化时，多数生成各向同性的或细镶嵌的组织结构，煤系原料中硫和氮含量较高，在一些石油系原料中也有较高硫含量 ,杂原子可通过氢化精制、催化脱除或溶剂法除去。硫和氮大多会残留在焦炭中，结果会导致炭素制品石墨化时发生“气胀”，造成产品带有裂纹、成品率低，影响使用性能。

原料的组成

原料中要求以中线型连接的短侧链芳烃为主，,这样在炭化反应中脱氢生成的芳烃自由基以 sp2 杂化轨道相互联接，只在横向平面上有化学键结合，再通过大π键电子云合形成比较完整的石墨结构晶格。一般芳烃含量要超过50%，胶质和沥青质含量要低，因为这些分子本身就大，反应活性高，很容易提升体系粘度，不利于针状结构形成。原料中需要含有一定数量的环烷结构和脂肪族短侧链，这有利于中间相的形成，同时降低体系粘度，稳定自由基的反应活性。较多的长链蜡质成分，不利于中间相的稳定，因为长链反应太快，主要以分解反应为主，不利于聚合。

流动性好的各向异性组织的产生、适当气体的逸出、体系保持较长时间的低粘度是决定针状焦质量的重要因素。单一原料的组成与结构不一定能满足这些因素，通过添加另一种原料共炭化来改善反应体系的组成与结构，通过共炭化来控制反应体系的炭化速度、粘度变化和气体的逸出而产生较高质量针状焦。