Кокс нефтяной

Элементный состав

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

Остальное - металлы.

Физические свойства

Структура нефтяного кокса

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

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.