石油焦文章

1、石油焦的结构

石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物。主要元素为碳，灰分含量很低，一般在0.5％以下；其外观为黑色或暗灰色的蜂窝状结构，焦块内气孔多呈椭圆形，且互相贯通。石油焦属于易石墨化炭一类，石油焦的微晶与冶金焦比较，碳网格片状体之间的叠合比较整齐，片状体之间距离较小；在石墨化的高温下，碳网格片状体的晶粒平均厚度(Lc)和平均宽度(La)增大，片状体层面间距(d)缩小；(图1)晶格常数(a0和c0)接近天然石墨，电阻率显著降低而真密度相应提高。所以使用石油焦为原料可以制造电阻率较低的石墨电极。

2、石油焦的性质

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

3、石油焦分类

3.1按加工方法

可分为生焦和熟焦。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，则需再经高温锻烧，使其完成碳化，降低挥发份至最少程度。后者是生焦经煅烧（1300℃）处理得到,又称煅烧焦。

3.2按硫含量的高低

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。

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煳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（低硫）石油焦主要用于冶炼工业硅和生产阳极煳。高硫焦则一般用作水泥厂和发电厂的燃料。

3.3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。

3.4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。

4、石油焦的加工工艺

石油焦是以原油经蒸馏后的重油或其它重油为原料,以高流速经由进程

500℃±1℃加热炉的炉管,使裂解和缩合反映在焦炭塔内进行,再经生焦到必定时光冷焦、除焦出产出石油焦。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。从外观上看，焦碳为外形不规则，大小不一，有金属光泽，焦碳的颗粒具多孔隙结构，主要的元素组成含碳90－97%，含氢1.5－8%，还含有氮、氯、硫及重金属化合物。

石油焦因其价格低廉且含炭量高，已成为国内外活性炭行业研究及开发应用的新热点。石油焦与煅烧焦及石墨电极的价格每吨相差数百元甚至上千元。因此，国内许多企业都在进行石油焦增值加工的工作。- S( @" {5 _7 L5

) H/ Y. ]. c3 |. L( n; T+ v. M/ ~ 4.1 生产煅后石油焦

$ d2 ~' ^! d3 f4 u7 E. W* \; n4 Q5 n) i' r1 h' V+ F9 R 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。煅烧石油焦在国内的销售市场比较看好，它的最大用户是炼铝工业。锻烧石油焦在国外市场销售的前景也很乐观，主要出口美国、日本、新加坡和俄罗斯等地。普通石油焦与煅后焦的价格每吨相差数百元，煅烧石油焦将是炼油厂提高焦化装置经济效益的一项重要举措，石油焦的后加工可以使石油焦得到极大增值。)

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4.2生产石墨电极+ M0 p0 y' n0 m) \" }

煅后焦与石墨电极的差价约1000-2000元。石油焦煅烧属于原料的初级加工，且是生产石墨电极的必备工艺过程。因此，可以首先采取对石油焦进行煅烧来提高石油焦的销售价格，再用煅后焦生产石墨电极来增大石油焦附加值来增效创收。吉林炭素股份有限公司先后从美国、日本引进石墨电极及接头，从法国引进高压浸渍、二次培烧设备及部分石墨化工艺，应用从日本进口的针状焦生产出了具有国际水平的超高功率石墨电极，填补了国内空白。低硫煅后焦主要用来生产普通石墨电极，高硫石油焦会导致石墨电极龟裂，不适宜做石墨电极。

1 w: ]#4.3生产活性炭

6 W3 b% _' M) d0 o$ T石油焦活性炭与其他类型的活性炭相比，成本较低，可生产多种性能良好的高、中、低档活性炭。活性炭是一种具有特殊微晶结构的非极性炭吸附剂，其微细孔发达、比表面积巨大、吸附能力强、化学性质稳定，能耐酸、耐碱、耐高温，可在气、液相中使用，现已广泛地应用于脱色、脱臭、气体净化、废水处理、溶剂回收、分离纯化及催化剂载体等领域。制备活性炭的原料很多，已用于工业生产的主要是木质、果壳、煤质和其他含炭原料。国内有多家单位不同程度地进行了利用石油焦生产活性炭技术的研究开发，并取得相当大的成绩。石油焦固定炭含量高，一般在85％以上，而较好的优质无烟煤炭含量约80％。通常生产1t活性炭需用石油焦1.5～3t，而用优质煤作原料需4t，用木材则达12 ～ 15t，因此石油焦制造活性炭收率高、成本低、经济效益可观，更重要的是保护绿色植被，有利于环保事业。石油焦的灰分、挥发分比煤低得多，因此生产的活性炭灰分、挥发分含量低，由于这两个指标是直接影响活性炭档次、价格的主要因素，而石油焦中含有的少量硫化物，可在生产过程中自然除去，故在技术上生产比表面积在800～1000m2/g的中档炭及比表面积＞1000m2/g高档炭的可能性较大，产品可以与木质炭相媲美。现在我国石油焦生产活性炭技术在南京大学、山西煤炭研究所、南京林科所等单位得到开发，并取得一定的成绩，但至今也仅仅停留在实验室阶段。* s+ C- o& w2 E/ n( h. W5 q, F, `

目前只有美国和日本拥有石油焦制活性炭的工业化技术。采用新型催化剂制备石油