Нефтяной кокс

ИА Neftegaz.RU. Нефтяной кокс (Petroluem coke), твердый пористый продукт от темно-серого до черного цвета, получаемый при коксовании нефтяного сырья.

Игольчатый кокс:

• игольчатый кокс - специальный сорт нефтяного кокса, особенно востребованный в производстве электродов;
• может вырабатываться на существующих установках замедленного коксования (УЗК) из предварительно ароматизированного сырья;
• УЗК нефтяных остатков на НПЗ также позволяют повысить глубину переработки нефти.

Элементный состав сырого, или непрокаленного нефтяного кокса (в %): 91-99,5 С, 0,035-4 Н, 0,5-8 S, 1,3-3,8 (N + О), остальное - металлы.
Основные показатели качества - содержание S, золы, влаги (обычно не более 3% по массе), выход летучих веществ, гранулометрический состав, механическая прочность.
Нефтяной кокс подразделяют:

• по содержанию S: на малосернистые (до 1%), сернистые (до 2%), высокосернистые (более 2%);
• по содержанию золы: на малозольные (до 0,5%), среднезольные (0,5-0,8%), высокозольные (более 0,8%);
• по гранулометрическому составу (см.табл.):
• на кусковой (фракция с размером частиц более 25 мм), орешек (6 25 мм), мелочь (менее 6 мм).

Другие показатели:

• пористость - 16-56%
• плотность при 20 °С - истинная 2,04 2,13 г/см³, кажущаяся 0,8-1,4 г/см;
• насыпная масса 400-500 кг/м³; удельное - электрическое сопротивление (80-100)310⁶ Ом·м.

Применение кокса:

• алюминиевая промышленность, где кокс служит восстановителем (анодная масса) при выплавке алюминия из алюминиевых руд (бокситов). Удельный расход кокса 550 - 600 кг/т алюминия;
• сырье для изготовления электродов, используемых в сталеплавильных печах;
• для получения карбидов (кальция, кремния), которые применяются при получении ацетилена;
• при производстве шлифовочных материалов;
• при изготовлении проводников, огнеупоров и др;
• сернистые и высокосернистые коксы используются в качестве восстановителей и сульфидирующих агентов;
• специальные сорта кокса используются как конструкционный материал для изготовления химической аппаратуры, работающей в условиях агрессивных сред, в ракетной технике и тд.

Нефтяной кокс является сложной дисперсной системой:

• дисперсная фаза состоит из кристаллических образований (кристаллитов) разных размеров и упорядоченности во взаимном расположении молекул и пор;
• дисперсионная среда - заполняющая поры кристаллитов непрерывная газообразная или жидкая фаза, из которойрой формируются адсорбционно-сольватные слои, или сольватокомплексы.

Несмотря на неодинаковые условия получения, кристаллиты имеют близкие размеры и представляют собой пакеты из параллельных слоев (плоскостей).

Размеры кристаллитов (в нм): длина плоскостей а=2,4-3,3, толщина пакетов с=1,5-2,0, межплоскостное расстояние 0,345-0,347.
Тяжелые нефтяные остатки-системы, состоящие из наборов сложных структурных единиц (ССЕ), элементами которых являются надмолекулярные структуры и окружающие их области - сольватокомплексы.
Надмолекулярные структуры образованы высокомол. в-вами (смолисто-асфальтеновые и др.), связанными между собой в основном ван-дер-ваальсовыми силами; сольватокомплексы - соед. с более низкой молекулярной массой (полициклические ароматические углеводороды, парафины), менее склонные к межмолекулярным взаимодействиям.

Надмолекулярные структуры придают нефтяному сырью специфические свойства (структурно-механическую неустойчивость, способность к расслоению, малую летучесть), что существенно влияет на кинетику коксования и качество нефтяного кокса.
При различных способах воздействия на сырье (напр., введение присадок, изменение toC и скорости нагрева) структура его подвергается контролируемой перестройке. Возможность регулирования размеров элементов ССЕ - основа получения нефтяного кокса заданных свойств и структуры.
По способу получения нефтяные коксы можно разделить на коксы, получаемые замедленным коксованием и коксованием в обогреваемых кубах.

Перед использованием нефтяной кокс обычно подвергают облагораживанию (прокаливанию) на НПЗ сразу после получения или у потребителя.
При прокаливании удаляются летучие вещества и частично гетероатомы (напр., S и V), снижается удельное электрическое сопротивление; при графитировании двухмерные кристаллиты превращаются в кристаллические образования 3-мерной упорядоченности и т.д.

В общем виде стадии облагораживания можно представить следующей схемой:
Нефтяной кокс (кристаллиты) :

• карбонизация (прокаливание при 500-1000 °С);
• двухмерное упорядочение структуры (1000-1400 °С);
• предкристаллизация (трансформация кристаллитов при 1400°С и выше);
• кристаллизация, или графитирование (2200-2800 °С).

Напр., при термообработке (1300-2400 °С) нефтяного кокса на основе дистиллятного крекинг-остатка характеристики продукта изменяются таким образом: размеры кристаллитов (в нм) от 5,4 до 139 (а) и от 3 до 59 (с), межплоскостное расстояние от 0,345 до 0,337; плотность от 2,08 до 2,24 г/см³, удельное электрическое сопротивление от 536 до 62 мкОм^.м.

Нефтяной кокс используют:

• для получения анодной массы в производстве Аl, графитированных электродов дуговых печей в сталеплавильной промышленности, в производствах CS₂, карбидов Са и Si;
• в качестве восстановителей в химической промышленности (напр., в производстве BaS₂ из барита) и сульфидизаторов в цветной металлургии (для перевода оксидов металлов или металлов, напр. в производствах Сu, Ni и Со, в сульфиды с целью облегчения их последующего извлечения из руд);
• специальные сорта как конструкционный материал для изготовления коррозионно-устойчивой аппаратуры.

В пищевой промышленности кокс используется при производстве сахара для замены доменного кокса.

Низкокачественный сернистый кокс используется в качестве топлива.