针状焦转型，需产学研用齐发力

我国每年石油炼制与基础化学品生产过程中的碳排放量占全国碳排放总量近6%，如何高价值利用石油中“过剩的碳资源”？发展高端碳材料是个可行答案。碳材料生产本身是一个降碳过程，其产品又可应用于废钢循环行业和新能源行业，可实现“双碳”目标与发展新质生产力的高度融合。其中，高端油系针状焦产品性能优异，能应用于锂电池制造等新兴应用场景，已成为石化企业“油转特”“油转材”的重要途径之一。

不过，当前我国针状焦产品向高端化转型还面临诸多瓶颈，亟须产学研用多方发力。

高品质针状焦需求爆发

高端油系针状焦是典型的碳材料，它是一种以低价值的催化裂化油浆为原料生产的人造石墨材料，有明显纤维状或针状纹理走向，因此得名“针状焦”。

针状焦具有低热膨胀系数、低硫、低灰分、低金属含量及易石墨化等一系列优点。根据针状焦产品的质量不同，锂离子电池石墨类负极材料用针状焦可以根据产品质量指标分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

作为锂离子电池的人造石墨负极优质原料，针状焦生产的负极具有比容量高、寿命长、安全性高的特点；作为制造高功率和超高功率电极的优质材料，用针状焦制成的石墨电极具有耐热冲击性能强、机械强度高、氧化性能好、电极消耗低及允许的电流密度大等优点。同时，针状焦还可用于核石墨等方面，在国防、冶金等行业中都有广泛应用。

随着新能源汽车、绿能储存和我国废钢循环利用等产业蓬勃发展，高品质针状焦的需求呈现爆发式增长。但由于生产难度高，高端针状焦在国内外都属于稀缺产品：国际市场主要被美国、日本公司把持，价格一路攀升；国内仅有少数企业能够稳定生产油系高端针状焦，产品长期供不应求。

产品高端化转型还面临挑战

我国针状焦产品向高端化、产业化转型时，面临以下挑战。

一是技术水平需不断提升。目前，石化行业部分技术面临国外技术封锁，主要体现在“造不出来”“市场不认”“质量不行”，需不断提高技术和创新水平，缩小差距。中石化石油化工科学研究院有限公司（以下简称“石科院”）通过攻关核心技术取得突破，使中国石化劣质油浆生产优质针状焦技术达到国内领先水平。中国石化茂名分公司采用该技术，利用旗下10万吨/年高端碳材料联合装置成功产出Ⅰ类针状焦产品，针状焦克容量大于等于355毫安时/克，石墨化度大于等于94.97%，最高值分别达到360毫安时/克和96.42%，达国内领先水平，打破了国外对高能量密度锂电池负极用优质针状焦产品垄断。但整体而言，我国针状焦产品在原料分类精制、生产过程控制、产品稳定性等方面距全球领先水平尚存差距。国内600毫米以上大规格超高功率石墨电极及电极接头用优质针状焦原料、负极材料能量密度大于355毫安时/克的优质针状焦原料严重依赖进口，每年大约需进口15万吨。

二是资源管理需不断优化。跨企业、跨产业链的资源管理调度对于企业数量庞大、企业地域分散的石化行业存在一定挑战，导致我国针状焦生产企业出现困境。这体现在，原料端“没饭吃”：我国催化裂化油浆常被炼厂用于生产低硫船燃，导致可用于生产针状焦的油浆原料供应短缺；生产端“吸收差”：用于生产的原料油浆多为劣质油浆，需要精制处理，过程中又会损失许多生产针状焦的理想组分。在产品端，企业缺乏权威的技术指标和石墨化定量评价方法，多依赖下游用户主观感受。

三是市场配套产业需完善。针状焦的下游产业是一片“蓝海”，随着技术革新与迭代速度加快，其对针状焦产品的生产工艺和需求标准也在变化。目前石化行业与上下游行业之间还没有非常行之有效的沟通机制和协调平台。

产学研用结合实现突破

在技术方面，对于劣质油浆原料，应开发高效催化油浆脱固技术，以及深入研究油浆加氢脱硫与芳烃饱和转化规律、催化剂级配方案设计、工艺技术优化等，实现杂质的高效脱除和有效芳烃的高选择性保留。还可研究针状焦影响石墨电极和负极材料应用性能的主要参数，制定针状焦结构组成、关键指标的快速评价方法，关联针状焦的颗粒强度、热膨胀系数、能量密度等性能，建立“原料—产品—应用”的全过程质量控制体系；研究建立针状焦结构与电极和负极材料应用性能的构效关系，固化生产工艺参数，实现装置运行和产品稳定。

在生产端，要优化资源配置与管理，以高质量国标、行标、团标凝聚业内共识。目前中国石化正在高端针状焦资源管理方面进行努力，集中炼厂中高芳烃资源，统一调度分配，保障高端针状焦生产。同时，应发挥自身炼油能力及研发生产队伍强的优势，建立科学的针状焦产品评价体系。

在销售端，要以市场为导向实现生产与应用融合，缩短产品从实验室到生产再到市场的周期。目前，石科院正引导形成针状焦生产—石墨电极/锂离子电池负极材料生产—终端企业应用全产业链信息共享机制，扩大用户群体、做大销售量；牵头研究制定落实负极材料品牌建设措施，建立与负极材料行业接轨、产业链配套融合的应用服务解决方案，为炼油转型材料产业效益最大化提供市场驱动力。

 （作者系中国石化高级专家、正高级工程师）