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 | [нм] |
|---|---|
| Длина плоскостей, a | 2,4-3,3 |
| Толщина пакетов, c | 1,5-2,0 |
| Межплоскостное расстояние | 0,5-8 |
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.
