我國每年石油煉制與基礎(chǔ)化學(xué)品生產(chǎn)過程中的碳排放量占全國碳排放總量近6%，如何高價值利用石油中“過剩的碳資源”？發(fā)展高端碳材料是個可行答案。碳材料生產(chǎn)本身是一個降碳過程，其產(chǎn)品又可應(yīng)用于廢鋼循環(huán)行業(yè)和新能源行業(yè)，可實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)與發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的高度融合。其中，高端油系針狀焦產(chǎn)品性能優(yōu)異，能應(yīng)用于鋰電池制造等新興應(yīng)用場景，已成為石化企業(yè)“油轉(zhuǎn)特”“油轉(zhuǎn)材”的重要途徑之一。

不過，當(dāng)前我國針狀焦產(chǎn)品向高端化轉(zhuǎn)型還面臨諸多瓶頸，亟須產(chǎn)學(xué)研用多方發(fā)力。

高品質(zhì)針狀焦需求爆發(fā)

高端油系針狀焦是典型的碳材料，它是一種以低價值的催化裂化油漿為原料生產(chǎn)的人造石墨材料，有明顯纖維狀或針狀紋理走向，因此得名“針狀焦”。

針狀焦具有低熱膨脹系數(shù)、低硫、低灰分、低金屬含量及易石墨化等一系列優(yōu)點。根據(jù)針狀焦產(chǎn)品的質(zhì)量不同，鋰離子電池石墨類負(fù)極材料用針狀焦可以根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。

作為鋰離子電池的人造石墨負(fù)極優(yōu)質(zhì)原料，針狀焦生產(chǎn)的負(fù)極具有比容量高、壽命長、安全性高的特點；作為制造高功率和超高功率電極的優(yōu)質(zhì)材料，用針狀焦制成的石墨電極具有耐熱沖擊性能強、機械強度高、氧化性能好、電極消耗低及允許的電流密度大等優(yōu)點。同時，針狀焦還可用于核石墨等方面，在國防、冶金等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。

隨著新能源汽車、綠能儲存和我國廢鋼循環(huán)利用等產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，高品質(zhì)針狀焦的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。但由于生產(chǎn)難度高，高端針狀焦在國內(nèi)外都屬于稀缺產(chǎn)品：國際市場主要被美國、日本公司把持，價格一路攀升；國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)能夠穩(wěn)定生產(chǎn)油系高端針狀焦，產(chǎn)品長期供不應(yīng)求。

產(chǎn)品高端化轉(zhuǎn)型還面臨挑戰(zhàn)

我國針狀焦產(chǎn)品向高端化、產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型時，面臨以下挑戰(zhàn)。

一是技術(shù)水平需不斷提升。目前，石化行業(yè)部分技術(shù)面臨國外技術(shù)封鎖，主要體現(xiàn)在“造不出來”“市場不認(rèn)”“質(zhì)量不行”，需不斷提高技術(shù)和創(chuàng)新水平，縮小差距。中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司（以下簡稱“石科院”）通過攻關(guān)核心技術(shù)取得突破，使中國石化劣質(zhì)油漿生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)針狀焦技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。中國石化茂名分公司采用該技術(shù)，利用旗下10萬噸/年高端碳材料聯(lián)合裝置成功產(chǎn)出Ⅰ類針狀焦產(chǎn)品，針狀焦克容量大于等于355毫安時/克，石墨化度大于等于94.97%，最高值分別達(dá)到360毫安時/克和96.42%，達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平，打破了國外對高能量密度鋰電池負(fù)極用優(yōu)質(zhì)針狀焦產(chǎn)品壟斷。但整體而言，我國針狀焦產(chǎn)品在原料分類精制、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品穩(wěn)定性等方面距全球領(lǐng)先水平尚存差距。國內(nèi)600毫米以上大規(guī)格超高功率石墨電極及電極接頭用優(yōu)質(zhì)針狀焦原料、負(fù)極材料能量密度大于355毫安時/克的優(yōu)質(zhì)針狀焦原料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，每年大約需進(jìn)口15萬噸。

二是資源管理需不斷優(yōu)化。跨企業(yè)、跨產(chǎn)業(yè)鏈的資源管理調(diào)度對于企業(yè)數(shù)量龐大、企業(yè)地域分散的石化行業(yè)存在一定挑戰(zhàn)，導(dǎo)致我國針狀焦生產(chǎn)企業(yè)出現(xiàn)困境。這體現(xiàn)在，原料端“沒飯吃”：我國催化裂化油漿常被煉廠用于生產(chǎn)低硫船燃，導(dǎo)致可用于生產(chǎn)針狀焦的油漿原料供應(yīng)短缺；生產(chǎn)端“吸收差”：用于生產(chǎn)的原料油漿多為劣質(zhì)油漿，需要精制處理，過程中又會損失許多生產(chǎn)針狀焦的理想組分。在產(chǎn)品端，企業(yè)缺乏權(quán)威的技術(shù)指標(biāo)和石墨化定量評價方法，多依賴下游用戶主觀感受。

三是市場配套產(chǎn)業(yè)需完善。針狀焦的下游產(chǎn)業(yè)是一片“藍(lán)?！保S著技術(shù)革新與迭代速度加快，其對針狀焦產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和需求標(biāo)準(zhǔn)也在變化。目前石化行業(yè)與上下游行業(yè)之間還沒有非常行之有效的溝通機制和協(xié)調(diào)平臺。

產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合實現(xiàn)突破

在技術(shù)方面，對于劣質(zhì)油漿原料，應(yīng)開發(fā)高效催化油漿脫固技術(shù)，以及深入研究油漿加氫脫硫與芳烴飽和轉(zhuǎn)化規(guī)律、催化劑級配方案設(shè)計、工藝技術(shù)優(yōu)化等，實現(xiàn)雜質(zhì)的高效脫除和有效芳烴的高選擇性保留。還可研究針狀焦影響石墨電極和負(fù)極材料應(yīng)用性能的主要參數(shù)，制定針狀焦結(jié)構(gòu)組成、關(guān)鍵指標(biāo)的快速評價方法，關(guān)聯(lián)針狀焦的顆粒強度、熱膨脹系數(shù)、能量密度等性能，建立“原料—產(chǎn)品—應(yīng)用”的全過程質(zhì)量控制體系；研究建立針狀焦結(jié)構(gòu)與電極和負(fù)極材料應(yīng)用性能的構(gòu)效關(guān)系，固化生產(chǎn)工藝參數(shù)，實現(xiàn)裝置運行和產(chǎn)品穩(wěn)定。

在生產(chǎn)端，要優(yōu)化資源配置與管理，以高質(zhì)量國標(biāo)、行標(biāo)、團標(biāo)凝聚業(yè)內(nèi)共識。目前中國石化正在高端針狀焦資源管理方面進(jìn)行努力，集中煉廠中高芳烴資源，統(tǒng)一調(diào)度分配，保障高端針狀焦生產(chǎn)。同時，應(yīng)發(fā)揮自身煉油能力及研發(fā)生產(chǎn)隊伍強的優(yōu)勢，建立科學(xué)的針狀焦產(chǎn)品評價體系。

在銷售端，要以市場為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)與應(yīng)用融合，縮短產(chǎn)品從實驗室到生產(chǎn)再到市場的周期。目前，石科院正引導(dǎo)形成針狀焦生產(chǎn)—石墨電極/鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)—終端企業(yè)應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈信息共享機制，擴大用戶群體、做大銷售量；牽頭研究制定落實負(fù)極材料品牌建設(shè)措施，建立與負(fù)極材料行業(yè)接軌、產(chǎn)業(yè)鏈配套融合的應(yīng)用服務(wù)解決方案，為煉油轉(zhuǎn)型材料產(chǎn)業(yè)效益最大化提供市場驅(qū)動力。

 （作者系中國石化高級專家、正高級工程師）