Кокс нефтяной

Нефтяной кокс (petroleum coke) – остаток, образующийся в результате вторичной переработки нефти или нефтепродуктов и представляющий собой твердое пористое вещество от темно-серого до черного цвета.

Нефтяной кокс

Элементный состав

Элементный состав сырого, или непрокаленного нефтяного кокса (в %):

 

Элемент
Содержание, %
Углерод (C)
91-99,5
Водород (H)
0,035-4
Сера (S)
0,5-8
Азот и кислород (N + O)
1,3-3,8

 

Остальное - металлы.

 

Физические свойства

 

Параметр
Значение
Пористость
16-56%
Плотность при 20 °C
истинная 2,04-2,13 г/см3, кажущаяся 0,8-1,4 г/см3,
Насыпная плотность
400-500 кг/м3

 

Структура нефтяного кокса

 

Размеры кристаллитов
в нм
Длина плоскостей, a
2,4-3,3,
Толщина пакетов, c
1,5-2,0,
Межплоскостное расстояние
0,5-8
Азот и кислород (N + O)
0,345-0,347

 

Нефтяной кокс представляет собой сложную двухфазную дисперсную систему. Дисперсная фаза состоит из различных, но близких по размеру кристаллических образований (кристаллитов), которые формируют пакеты из параллельных слоев. Дисперсионная фаза – заполняющая поры газообразная или жидкая фаза, из которой формируются сольватокомплексы (адсорбционно-сольватные слои).

Основные показатели качества

  • содержание S,
  • содержание золы,
  • содержание влаги (обычно не более 3% по массе),
  • выход летучих веществ,
  • гранулометрический состав, механическая прочность,
  • упорядоченность структуры

Классификация

По содержанию серы:

  • малосернистые (до 1%),
  • сернистые (до 2%),
  • высокосернистые (более 2%);

По содержанию золы:

  • малозольные (до 0,5%),
  • среднезольные (0,5-0,8%),
  • высокозольные (более 0,8%);

По гранулометрическому составу:

  • кусковой (фракция с размером частиц более 25 мм),
  • "орешек" (6 25 мм),
  • мелочь (менее 6 мм).

Марки и характеристики

Марки нефтяного кокса

Применение

  • Алюминиевая промышленность. Кокс в данном случае используется как восстановитель (анодная масса) при выплавке алюминия из алюминиевых руд (бокситов).
  • Сталелитейная промышленность. Нефтяной кокс – сырье для изготовления графитовых электродов дуговых печей.
  • Цветная металлургия. Сульфидирующие агенты (сульфидизаторы) при производстве Cu, Ni, Co.
  • Получение сероуглерода (CS2), а также карбидов кальция (CaC2) и кремния (SiC) , которые в дальнейшем используют для производства ацетилена.
  • Восстановители при изготовлении BaS2, ферросплавов.
  • Производство шлифовальных материалов.
  • Производство проводников и огнеупорных изделий.
  • Конструкционный материал для изготовления химической аппаратуры, предназначенной для работы с агрессивными средами, коррозионно-устойчивой аппаратуры, в ракетной технике и пр.
  • Пищевая промышленность. Нефтяной кокс служит заменой доменному коксу при производстве сахара.
  • Топливо. Для таких целей используется низкокачественный сернистый кокс.

Получение

Нефтяной кокс получают в процессе коксования нефтяных остатков – т.е. их переработки без доступа воздуха при температуре 450...520 °С. В качестве сырья используются гудрон, крекинг-остатки, тяжелые газойли каталитического крекинга, смолы пиролиза, остатки масляного производства.

При этом основным источником коксообразования являются смолисто-асфальтеновые вещества, которые содержатся в перечисленном выше сырье. В зависимости от типа сырья и способа коксования, продукт получается различного качества.

Сырье для получения нефтяного кокса - тяжелые нефтяные остатки – представляют собой системы, состоящие из наборов сложных структурных единиц (ССЕ), элементами которых являются надмолекулярные структуры и окружающие их области – так называемые сольватокомплексы.

Надмолекулярные структуры образованы высокомолекулярными веществами (преимущественно - смолисто-асфальтеновыми и др.), которые удерживаются друг с другом ван-дер-ваальсовыми силами.

Сольватокомплексы - соединения с более низкой молекулярной массой (полициклические ароматические углеводороды, парафины), и, соответственно, менее склонные к межмолекулярным взаимодействиям.

Специфические физические свойства, такие как структурно-механическая неустойчивость, способность к расслоению и низкая летучесть, нефтяному сырью придают именно надмолекулярные структуры. Таким образом, наличие в составе этих структур влияет на кинетику процесса коксования и качество нефтяного кокса.

Внутренняя структура нефтяного сырья поддается контролируемой перестройке путем различного воздействия, например изменению температуры и скорости нагрева, введения присадок и пр. Возможность регулирование размеров элементов внутренней структуры, в свою очередь, позволяет получать кокс с заданными свойствами и структурой.

Облагораживание нефтяного кокса

Перед использованием кокс как правило подвергают процедуре облагораживания, которая заключается в его прокаливании с целью удаления летучих веществ и частично – гетероатомов (например, S и V) и графитировании. При прокаливании снижается удельное электрическое сопротивление – один из основных показателей качества данного продукта, а при графитировании двумерные кристаллические образования превращаются в кристаллиты с 3-мерной упорядоченностью.

Процесс облагораживания можно разделить на несколько стадий:

  • 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)

Например, при термической обработке кокса полученного из дистиллятного крекинг-остатка в диапазоне 1300-2400 °С характеристики продукта изменятся следующим образом:

  • размеры кристаллитов, а: от 5,4 нм до 139 нм; c: от 3 нм до 59 нм,
  • межплоскостное расстояние: от 0,345 нм до 0,337 нм;
  • плотность: от 2,08 до 2,24 г/см3,
  • удельное электрическое сопротивление от 536 до 62 мкОм·м.

Термины / По алфавиту