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。

简介
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。

性状
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）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。

加工工艺
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。

分类
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。

(1)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。

(2)海绵焦:含硫高,含水率高,表面粗糙,价格高。

(3)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。

(4)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。

质量指标
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
指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
指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,中石化与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%
用途
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，目前用焦粉做燃料的主要是些玻璃厂、水煤浆厂等。

附：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
石油焦是黑色或暗灰色坚硬固体石油产品，带有金属光泽，呈多孔性，是由微小石墨结晶形成粒状、柱状或针状构成的炭体物。

石油焦组分是碳氢化合物，含碳90－97%，含氢1.5－8%，还含有氮、氯、硫及重金属化合物。

性质形态
石油焦是延迟焦化装置的原料油在高温下裂解生产轻质油品时的副产物。

石油焦的产量约为原料油的25-30%。

其低位发热量约为煤的1.5-2倍，灰分含量不大于0.5%，挥发分约为11%左右，品质接近于无烟煤。

质量标准
延迟石油焦是指延迟焦化装置生产的生焦，也称普通焦，目前还没有相应的国家标准。

现国内生产企业主要依据原中国石化总公司制定的行业标准SH0527－92 生产（详见附表）。

该标准主要根据石油焦硫含量分类，其中一级品、1 号焦适用于炼钢工业中制作普通功率石墨电极，也适用于炼铝业作铝用碳素；2 号焦用作炼铝工业中电解槽 (炉 )所用的电极糊和生产电极，3 号焦用作生产碳化硅 (研磨材料 )及碳化钙 (电石)，以及其它碳素制品，亦用于制造炼铝电解槽的阳极底块及用于高炉碳素衬砖或炉底构筑。

主要用途
石油焦的主要用途是电解铝所用的预焙阳极和阳极糊、碳素行业生产增炭剂、石墨电极、冶炼工业硅以及燃料等。

分类区别
根据石油焦结构和外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵焦、弹丸焦和粉焦4种：
（1）针状焦，具有明显的针状结构和纤维纹理，主要用作炼钢中的高功率和超高功率石墨电极。

由于针状焦在硫含量、灰分、挥发分和真密度等方面有严格质量指标要求，所以对针状焦的生产工艺和原料都有特殊的要求。

（2）海绵焦，化学反应性高，杂质含量低，主要用于炼铝工业及炭素行业。

（3）弹丸焦或球状焦：形状呈圆球形，直径0.6-30mm，一般是由高硫、高沥青质渣油生产，只能用作发电、水泥等工业燃料。

（4）粉焦：经流态化焦化工艺生产，其颗粒细（直径0.1-0.4mm），挥发分高，热胀系数高，不能直接用于电极制备和炭素行业。

根据硫含量的不同，可分为高硫焦（硫含量3%以上）和低硫焦（硫含量3%以下）。

低硫焦可作为供铝厂使用的阳极糊和预焙阳极以及供钢铁厂使用的石墨电极。

其中高品质的低硫焦（硫含量小于0.5%）可用于生产石墨电极和增炭剂。

一般品质的低硫焦（硫含量小于1.5%）常用于生产预焙阳极。

而低品质石油焦主要用于冶炼工业硅和生产阳极糊。

高硫焦则一般用作水泥厂和发电厂的燃料。

煅烧石油焦（Calcined Petroleum Coke）：
在炼钢用的石墨电极或制铝、制镁用的阳极糊（融熔电极）时，为使石油焦（生焦）适应要求，必须对生焦进行煅烧。

煅烧温度一般在1300℃左右，目的是将石油焦挥发分尽量除掉。

这样可减少石油焦再制品的氢含量，使石油焦的石墨化程度提高，从而提高石墨电极的高温强度和耐热性能，并改善了石墨电极的电导率。

煅烧焦主要用于生产石墨电极、炭糊制品、金刚沙、食品级磷工业、冶金工业及电石等，其中应用最广泛的是石墨电极。

生焦不经锻烧可直接用于碳化钙作电石主料，生产碳化硅和碳化硼作研磨材料。

也可直接作为冶金工业鼓风炉用焦炭或高炉墙衬炭砖，也可作铸造工艺用致密焦等。