石油焦质量和发展前景

前言

石油焦是由延迟焦化装置生产的黑色固体或粉末。根据石油焦的结构和外观，又分为针状焦、海绵焦和弹丸焦。针状焦具有明显的针状结构和纤维纹理，对生产工艺和原料都有特殊要求，主要用于生产电炉炼钢的高功率石墨电极。海绵焦化学反应性高、杂质含量低，主要用于炼铝工业以及炭素行业。弹丸焦一般是由高硫、高沥青质的渣油生产，只能作为燃料用于发电、水泥等工业。

随着原油变重、重质燃料油市场缩小以及环保对汽油、柴油质量要求的提高，焦化已成为重要的渣油加工手段，随之而来的是越来越多的石油焦投放到市场。截至2002年在我国共有31套延迟焦化装置，焦化总加工能力已超过2300万吨/年，生产延迟石油焦500多万吨，石油焦质量和市场的波动将直接影响石化企业的效益及经营策略。

我国加入WTO后受经济全球化的影响，国际石油焦市场的变化也会直接影响国内石油焦市场。分析石油焦生产与市场需求的现状及发展趋势，为企业延迟焦化生产及石油焦质量控制，预测石油焦市场风险，调整产品结构提供科学依据。

2 石油焦的生产与应用

2.1 石油焦生产

自从1929年美国Standard oil建成第一套延迟焦化装置以来，延迟焦化的技术革新就从未停止过，除焦系统对环境的污染得到了较大的改善。延迟焦化工艺由于技术成熟、重油转化率高、生产成本低等优点已被许多炼油企业广泛用于重油深加工。2002年世界延迟焦化能力已达到1.5亿吨/年（如表1所示）。延迟焦化能力在2001年增加了2.75%，从1998年到2002年总计增加了7.57%。美国的焦化能力最大，占世界总能力的60%以上。按石油焦产率30%计算，每年世界延迟石油焦产量达到4600万吨左右。

表1 世界延迟焦化加工能力统计

随着中国经济的快速增长和环保法规的日益严格，中国炼油工业面临提高轻质燃料油收率和改善质量的双重挑战。从90年代后期，许多企业采用延迟焦化技术提高原油加工深度和轻质油收率，新建延迟焦化装置（详见表2）16套，不少装置还进行了扩能改造。延迟焦化能力从90年代初期的791万吨/年发展到

2002年的2354万吨/年。石油焦产量已达500多万吨，占世界石油焦市场的10%左右。

表2 中国延迟焦化及石油焦生产能力，万吨/年

2.2 石油焦应用

1999年世界石油焦产量为4800万吨左右，其应用市场分布如表3。世界上石油焦最大用户是水泥工业，其消耗量约占石油焦市场份额的40%；其次是石油焦煅烧后用来生产炼铝用预焙阳极或炼钢用石墨电极，有22%的石油焦进行煅烧。石油焦作为燃料发电、供热也被广泛使用，特别是循环流化床锅炉(CFB)技术的发展和应用，可以有效减少高硫石油焦燃烧后SOx排放对环境的污染，但CFB锅炉投资比较大。炼钢工业使用石油焦作为钢铁的增炭剂，这部分用量远没有生产石墨电极的用量大;还有部分石油焦用于二氧化钛以及聚碳酯生产等化工行业。

表3 世界石油焦使用概况*

我国石油焦的主要应用领域见表4。在2000年炼铝工业石油焦用量为215万吨，占石油焦总消费量的2/3，随着炼铝行业的迅速发展，炼铝用石油焦市场会进一步扩大；生产电炉炼钢用石墨电极以及炼钢用的增炭剂消耗石油焦46万吨，占石油焦市场的14%左右；燃料用焦主要是部分企业用高硫石油焦（煤）代替重油发电以及生产合成气，随着高硫焦产量的不断增加，这部分市场也将会进一步扩大。

表4 我国石油焦消费状况

3 石油焦质量及要求

3.1 石油焦质量现状

为考察石油焦质量现状，分别从国内生产企业采集了15个焦炭样品，海关采集7个具有代表性的进口石油焦样品。所有样品均为普通煅烧前石油焦，对这些样品进行了全面质量检验，分析结果归纳见表5。

国产石油焦挥发分的平均值与进口石油焦相当，但波动幅度较大。部分企业的挥发分太高，首先影响石油焦质量和使用，其次降低石油焦挥发分含量有助于提高焦化液收和经济效益。挥发分实际上是大的碳氢分子滞留在石油焦中形成的，石油焦挥发分大于12%的企业应充分重视，通过采取升高焦化温度以及其它技术措施将石油焦的挥发分降下来。

石油焦的灰分主要由石油渣油中的金属氧化物及盐类在焦炭中浓缩形成的。由于国内原油的重金属含量普遍低于进口原油，所以国内石油焦灰分含量较低，平均值为0.18%远低于进口石油焦的平均灰分0.64%，最大只有0.36%。

国内石油焦的水分平均值为8.3%，远高于进口石油焦的水分。这完全可以通过石油焦储运技术和管理的改进将水分维持在8%以下，减少用户运输成本和运输过程渗水对环境的污染。

国内石油焦的抗磨指数平均值为81.3，大于进口石油焦，说明我国石油焦比较软，容易破碎。

表5 国产与进口石油焦分析结果

进口

国产石油焦的热值普遍高于进口石油焦，这是因为国产石油焦碳氢含量之和为93.81%，高于进口石油焦，而杂原子含量较低。

硫是影响石油焦质量的最重要指标之一，由于石油焦中硫在石油焦使用过程中都会氧化转化为SOx，造成环境污染。国产石油焦硫含量平均值为1.98%远低于进口石油焦；但部分加工进口高硫原油的企业，石油焦硫含量最高达5.96%。进口石油焦硫含量普遍较高，最高达8%，在使用过程中必须注意硫对环境的污染问题。我国石油焦的氮含量普遍高于进口石油焦，但氮对石油焦的使用影响不大。

在炼铝工业中，焦中的金属会最终转移到铝产品中，由于炭阳极会在炼铝工业中消耗掉。碳素材料中大多金属杂质对其氧化反应有催化作用，多种金属的协同催化作用（如V+Na，V+Fe+Cu）将远大于单种金属的影响。杂质的催化作用将直接提高阳极炭耗，所以炼铝用石油焦对金属含量提出了明确的要求（1，2）。本次对石油焦中关键金属组分进行了检测分析。近年来，部分企业将催化油浆掺入焦化原料中，使催化剂粉末进入焦炭中，造成铝含量偏高。由于我国部分重质含酸原油含有一定量的钙，很难在脱盐过程中除去，最后累积在石油焦中，造成石油焦钙含量偏高。国内石油焦的钠含量也普遍高于进口石油焦，反映了国内在原油脱盐脱水方面有待改进。由于加工进口油以及高金属含量的劣质渣油越来越