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石油焦

石油焦(PETroleum coke)是原油经蒸馏将轻重质油分离后,重质油再经热裂的过程,转化而成的产品,从外观上看,焦炭为形状不规则,大小不一的黑色块状(或颗粒),有金属光泽,焦炭的颗粒具多孔隙结构,主要的元素组成为碳,占有80wt%(WT是Weight的英文缩写就是重量百分含量的意思。5WT%相当于50000PPM((PPM是以百万计含量。)))以上,其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素。石油焦具有其特有的物理、化学性质及机械性质,本身是发热部份的不挥发性碳,挥发物和矿物杂质(硫、金属化合物、水、灰等)这些指标决定焦炭的化学性质。

渣油经延迟焦化加工制得的一种焦炭。本质是一种部分石墨化的炭素形态。色黑多孔,呈堆积颗粒状,不能熔融元素组成主要为碳,间或含有少量的氢、氮、硫、氧和某些金属元素,有时还带有水分。广泛用于冶金、化工等工业作为电极或生产化工产品的原料。

石油焦的形态随制程、操作条件及进料性质的不同而有所差异。从石油焦工场所生产的石油焦均称为生焦(green cokes),含一些未碳化的碳烃化合物的挥发份,生焦就可当做燃料级的石油焦,如果要做炼铝的阳极或炼钢用的电极,则需再经高温煅烧,使其完成碳化,降低挥发份至最少程度。大部份石油焦工场所生产的焦外观为黑褐色多孔固体不规则块状,此种焦又称为海绵焦(sponge coke)。第二种品质较佳的石油焦叫做针状焦(needle coke),由于其具较低的电阻及热膨胀系数,因此更适合做电极。第三种坚硬的石油焦叫做球状焦(shot coke),这种焦形如弹丸,表面积少,不易焦化,故用途不多。

石油焦物理化学性质的指标有灰分、硫分、挥发分、真密度、孔隙率、电阻率、热膨胀系数和机械性能等。

石油焦是以原油经蒸馏后的重油或其它重油为原料,以高流速通过500℃±1℃加热炉的炉管,使裂解和缩合反应在焦炭塔内进行,再经生焦到一定时间冷焦、除焦生产出石油焦。

根据石油焦指标划分标准来看,石油焦的形态随制程、操作条件及进料性质的不同而有所差异。从石油焦工厂所生产的石油焦均称为生焦(green cokes),生焦需再经高温锻烧,使其完成碳化,降低挥发份至最少程度。

大部份石油焦工厂所生产的焦外观为黑褐色多孔固体不规则块状,此种焦又称为海绵焦(sponge coke)。第二种品质较佳的石油焦叫 做针状焦(neEDLecoke)与海绵焦比,由于其具较低的电阻及热膨胀系数,因此更适合做电极。有时另一种坚硬石油焦亦会产生,称之为球状焦(shot coke)。这种焦形如弹丸,表面积少,不易焦化,故用途 不多。

石油焦具有其特有的物理、化学性质及机械性质,本身是发热部份的不挥发性碳,挥发物和矿物杂质(硫、金属化合物、水、灰等)这些指针决定焦炭的化学性质。物理性质中孔隙度及密度,决定焦炭的反应能力和热物理性质。机械性质有硬度、耐磨性、强度及其它机械特性,颗粒组成及其它加工和运输、堆放、贮存等性质影响的情形。

石油焦通常有下列四种分类方法:

按加工方法

可分为 生焦和熟焦。

前者由延迟焦化装置的焦炭塔得到,又称原焦,含较多的挥发分,强度差;后者是生焦经煅烧(1300℃)处理得到,又称煅烧焦。

按硫含量的高低

可分为高硫焦(硫的质量含量高于4%)、中硫焦 (硫含量2%~4%)和低硫焦(硫含量低于 2%)。

焦炭的硫含量主要取决于原料油的含硫量。硫含量增高,焦炭质量降低,其用途亦随之而改变。

按显微结构形态的不同

可分为海绵焦和针状焦。前者多孔如海绵状,又称普通焦。后者致密如纤维状,又称优质焦;

在性质上与海绵焦有显著的差别,具有高密度、高纯度、高强度、低硫量、低烧蚀量、低热膨胀系数及良好的抗热震性能等特点;在导热、导电、导磁和光学上都有明显的各向异性;孔大而少,略呈椭圆形,破裂面有清晰的纹理结构,触摸有润滑感。针状焦主要是以芳烃含量高、非烃杂质含量较少的渣油制得。

按照不同的形态

可分为针状焦、弹丸焦或球状焦、海绵焦、粉焦四种。

⑴针状焦:具有明显的针状结构和纤维纹理,主要作用炼钢中的高功率和超高功率石墨电极。

⑵海绵焦:含硫高,含水率高,表面粗糙,价格高。

⑶弹丸焦或球状焦:形状呈圆球形,直径0.6~30mm,因表面光滑所以含水率较低.一般是由高硫高沥青质渣油生产,只能用于发电,水泥等工业燃料。

⑷粉焦:径流态化焦化工艺生产,其颗粒在(直径0.1~0.4mm)挥发份高热膨胀系数高,不能直接用于电极制备和碳素行业。

石油焦的质量很大程度上取决于原料的性质及其加工条件。主要的质量指标有:

纯度

指石油焦中硫及灰分等的含量。高硫焦炭会导致制品在石墨化时发生气胀,造成炭素制品裂缝。高灰分会阻碍结构的结晶,影响炭素制品的使用性能。

结晶度

焦炭的结构和中间相小球体的大小。小的小球体形成的焦炭,结构多孔如海绵状,大的小球体形成的焦炭,结构致密如纤维状或针状,其质量较海绵焦优异。在质量指标中,真密度粗略地代表了这种性能,真密度高表示结晶度好。

抗热震性

焦炭制品在承受突然升至高温或从高温急剧冷却的热冲击时的抗破裂性能。针状焦的制品有好的抗热震性,因而有较高的使用价值。热膨胀系数代表这种性能。热膨胀系数愈低,则抗热震性愈好。

颗粒度

反应焦炭中所含粉末焦和块状颗粒焦(可用焦)的相对含量。粉末焦大多数是在除焦和贮运过程中受挤压摩擦等机械作用破碎而成,所以其量大小也是一种机械强度的表现。生焦经煅烧成熟焦后可以防止破碎。颗粒焦多、粉末焦少的焦炭,使用价值较高。

石油焦质量标准SH/T0517-1992,中石化于2011年1月1日出台4A和4B指标。

元素 一级品 1A 1B 2A 2B 3A 3B

硫含量不大于 0.5% 0.5% 0.8% 1.0% 1.5% 2.0% 3.0%

挥发份不大于 12% 12% 14% 14% 17% 18% 20%

灰份不大于 0.3% 0.3% 0.5% 0.5% 0.5% 0.8% 12%

水份 3% 3% 3% 3% 3% 3% 3%

真密度不大于 2.08% 2.13% 2.13%

粉焦量 25%

硅含量 0.08%

钒含量 0.15%

铁含量 0.08%

石油焦可视其质量而用于制石墨、冶炼和化工等工业。低硫、优质的熟焦例如针状焦,主要用于制造超高功率石墨电极和某些特种炭素制品;在炼钢工业中针状焦是发展电炉炼钢新技术的重要材料。中硫、普通的熟焦,大量用于炼铝。高硫、普通的生焦,则用于化工生产,如制造电石、碳化硅等,也有作为金属铸造等用的燃料。中国生产的石油焦,大部分属于低硫焦,主要用于炼铝和制造石墨。另主要用于制取炭素制品,如石墨电极、阳极弧,提供炼钢、有色金属、炼铝之用;制取炭化硅制品,如各种砂轮、砂皮、砂纸等;制取商品电石供制作合成纤维、乙炔等产品;也可做为燃料,但做燃料用时需用分级式冲击磨来进行超微粉碎,通过JZC-1250设备制成焦粉后才能进行燃烧,用焦粉做燃料的主要是些玻璃厂、水煤浆厂等。

石油焦与煤的对比

石油焦与煤的对比

元素 石油焦 煤

热值Btu/ib 13.000~15.000 10.000~13.000

挥发物WT% 4~8 6~40

硫份WT% 2.5~5.5+ 0.7~4

灰份WT% 0.3~0.5 3~19

水份WT% 8 1.5~5

碳含量WT% 82~97 49~79

密度g/cm3 1.2~1.8 1.36

硬度(HGI) 35~80 60~7

石油焦残极生产过程:

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