Войти
Нефтяной кокс Нефтяной кокс, сокращенно кокс или нефтяной кокс, представляет собой окончательный богатый углеродом твердый материал, который получают в результате переработки нефти, и является одним из типов группы топлив, называемых коксами. Нефтяной кокс - это кокс, который, в частности, образуется в результате процесса окончательного крекинга - химического технологического процесса, основанного на термической обработке, который расщепляет длинноцепочечные углеводороды нефти на более короткие цепи - который происходит в установках, называемых коксованием ед.. (Другие типы кокса получены из угля.) Кратко говоря, кокс является «продуктом карбонизации высококипящих углеводородных фракций, полученных при переработке нефти (тяжелые остатки)». Нефтяной кокс также производится при производстве синтетической сырой нефти (синкруды) из битума, добытого из канадских нефтеносных песков и из нефтеносных песков Ориноко <223 в Венесуэле.>В установках коксования нефти остаточные масла от других процессов дистилляции, используемых в переработке нефти, обрабатываются при высокой температуре и давлении, выходя из нефтяного кокса после удаления газов и летучие вещества и отделение оставшейся легкой и тяжелой нефти. Эти процессы называются «процессами коксования», и чаще всего используются химическая инженерия операции завода для конкретного процесса замедленного коксования.
Установка замедленного коксования. Принципиальная технологическая схема такой установки, где остаточная нефть поступает в процесс в нижнем левом углу (см. →), проходит через насосы в главную ректификационную колонну (высокая колонна справа), остаток которой, показанный зеленым цветом, перекачивается через печь в коксовые барабаны (две колонны слева и в центре), где происходит окончательная карбонизация при высокой температуре и давлении в присутствии пара. Этот кокс может быть либо топливным (с высоким содержанием серы и металлов), либо анодным ( с низким содержанием серы и металлов). Неочищенный кокс, непосредственно выходящий из установки для коксования, часто называют зеленым коксом. В этом контексте «зеленый» означает необработанный. Дальнейшая обработка сырого кокса путем прокаливания во вращающейся печи удаляет остаточные летучие углеводороды из кокса. Прокаленный нефтяной кокс может быть дополнительно обработан в печи для обжига анодов для получения анодного кокса желаемой формы и физических свойств. Аноды в основном используются в промышленности алюминия и стали.
Нефтяной кокс содержит более 80% углерода и выделяет на 5-10% больше диоксида углерода (CO 2), чем уголь, в расчете на единицу энергии. когда он сгорает. Поскольку нефтяной кокс имеет более высокое содержание энергии, нефтяной кокс выделяет на 30-80 процентов больше CO 2, чем уголь на единицу веса. Разница между углем и коксом в производстве CO 2 на единицу произведенной энергии зависит от влажности угля, которая увеличивает CO 2 на единицу энергии - тепло горение - и летучие углеводороды в угле и коксе, которые уменьшают CO 2 на единицу энергии.
Существует по крайней мере четыре основных типа нефтяного кокса, а именно игольчатый кокс, сотовый кокс, губка. кокс и дробленый кокс. Различные типы нефтяного кокса имеют разную микроструктуру из-за различий в рабочих параметрах и природе сырья. Существенные различия также наблюдаются в свойствах различных типов кокса, в частности, в содержании золы и летучих веществ.
Игольчатый кокс, также называемый игольчатым коксом, является кристаллическим нефтяным коксом. используется при производстве электродов для стали и алюминия и особенно ценен, поскольку электроды необходимо регулярно заменять. Игольчатый кокс получают исключительно из декантированной нефти каталитического крекинга в псевдоожиженном слое (FCC) или каменноугольного пека.
Сотовый кокс - это промежуточный кокс с эллипсоидальными порами, которые распределены равномерно. По сравнению с игольчатым коксом сотовый кокс имеет более низкий коэффициент теплового расширения и более низкую электропроводность.
Нефтяной кокс, измененный в процессе кальцинирования, который он нагревает, или очищенный сырой кокс исключает большая часть компонента ресурса. Обычно нефтяной кокс при рафинировании не выделяет тяжелые металлы в виде летучих веществ или выбросов.
В зависимости от используемого нефтяного сырья состав нефтяного кокса может варьироваться, но главное, что это в основном углерод. Нефтяной кокс в основном состоит из углерода, тогда как в чистом виде нефтяной кокс может весить 98-99%, что создает соединение на основе углерода с добавлением водорода. В сыром виде водород может иметь весовой диапазон от 3,0 до 4,0%. Петкокс в неочищенном (зеленом коксе) азота 0,1-0,5% и серы 0,2-6,0% становится выбросом после прокаливания кокса.
| Компонент | Сырой (зеленый) кокс |
|---|---|
| Углерод (мас.%) | 80-95 |
| Водород (мас.%) | 3,0-4,5 |
| Азот (мас.%) | 0,1- 0,5 |
| Сера (мас.%) | 0,2-6,0 |
| Летучие вещества (мас.%) | 5,0-15 |
| Влага (мас.%) | 0,5 -10 |
| Зола (вес.%) | 0,1- 1,0 |
| Плотность (вес.%) | 1,2- 1,6 |
| Тяжелые металлы (ppm. Вес.) | |
| Алюминий | 15-100 |
| Бор | 0,1-15 |
| Кальций | 25-500 |
| Хром | 5-50 |
| Кобальт | 10-60 |
| Железо | 50-5000 |
| Марганец | 2-100 |
| Магний | 10-250 |
| Молибден | 10-20 |
| Никель | 10-500 |
| Калий | 20-50 |
| Кремний | 50 -600 |
| Натрий | 40-70 |
| Титан | 2-60 |
| Ванадий | 5-500 |
В процессе термической обработки композиция по весу снижена w с выделением летучих веществ и серы. Этот процесс завершается образованием сотового нефтяного кокса, который, согласно названию, представляет собой твердую углеродную структуру с отверстиями в ней.
| Компонент | Нефтяной кокс (кальцинированный при 2375 ° F |
|---|---|
| Углерод (% масс.) | 98,0-99,5 |
| Водород (мас.%) | 0,1 |
| Азот (мас.%) | |
| Сера (мас.%) | |
| Летучие вещества (мас.%) | 0,2-0,8 |
| Влага (мас.%) | 0,1 |
| Зола (мас.%) | 0,02-0,7 |
| Плотность (мас.%) | 1,9-2,1 |
| Тяжелые металлы (ppm. Вес.) | |
| Алюминий | 15-100 |
| Бор | 0,1-15 |
| Кальций | 25-500 |
| Хром | 5-50 |
| Кобальт | 10-60 |
| Железо | 50-5000 |
| Марганец | 2-100 |
| Магний | 10-250 |
| Молибден | 10-20 |
| Никель | 10-500 |
| Калий | 20-50 |
| Кремний | 50-600 |
| Натрий | 40-70 |
| Титан | 2-60 |
| Ванадий | 5-500 |
В зависимости от используемого нефтяного сырья состав нефтяного кокса может варьироваться, но главное, чтобы он был первичным. лы углерод. Нефтяной кокс в основном состоит из углерода, тогда как в чистом виде нефтяной кокс может весить 98-99%, что создает соединение на основе углерода с добавлением водорода. В сыром виде водород может иметь весовой диапазон от 3,0 до 4,0%. Неочищенный нефтяной кокс в количестве 0,1-0,5% и сера 0,2-6,0% становятся выбросами после прокаливания кокса.
Другие тяжелые металлы могут быть обнаружены в нефтяном коксе в качестве примесей из-за того, что некоторые из них эти металлы поступают после обработки как летучие.
Топливный кокс классифицируется по морфологии губчатого или дробленого кокса. Хотя нефтеперерабатывающие предприятия производят кокс более 100 лет, механизмы, которые вызывают образование губчатого кокса или дробленого кокса, недостаточно изучены и не могут быть точно предсказаны. Как правило, более низкие температуры и более высокие давления способствуют образованию губчатого кокса. Кроме того, количество присутствующих нерастворимых гептана и доля легких компонентов в сырье для коксования вносят свой вклад.
Хотя его высокая теплота и низкое содержание золы делают его достойным топливом для выработки электроэнергии в угольных котлах, нефтяной кокс содержит серу и с низким содержанием летучих, и это создает экологические (и технические) проблемы при его сгорании. Его высшая теплотворная способность (HHV) составляет около 8000 ккал / кг, что вдвое превышает значение среднего угля, используемого для производства электроэнергии. Обычно в качестве установки для извлечения серы для сжигания нефтяного кокса используется технология SNOX обессеривания дымовых газов, которая основана на хорошо известном процессе WSA. Сжигание в псевдоожиженном слое обычно используется для сжигания нефтяного кокса. Газификация все чаще используется с этим сырьем (часто с использованием газификаторов, установленных на самих нефтеперерабатывающих заводах).
Прокаленный нефтяной кокс (CPC) является продуктом прокаливания нефтяного кокса. Этот кокс является продуктом установки коксования на нефтеперерабатывающем заводе нефти. Прокаленный нефтяной кокс используется для изготовления анодов для выплавки алюминия, стали и титана. зеленый кокс должен иметь достаточно низкое содержание металла, чтобы его можно было использовать в качестве анодного материала. Зеленый кокс с таким низким содержанием металла называется анодным коксом. Когда зеленый кокс имеет чрезмерное содержание металла, он не прокаливается и используется в качестве топливного кокса в печах.
Высокое содержание серы в нефтяном коксе снижает его рыночную стоимость и может препятствовать его использованию в качестве топлива из-за ограничений на выбросы оксидов серы по экологическим причинам. Таким образом, были предложены способы уменьшения или исключения содержания серы в нефтяном коксе. Большинство из них включает в себя десорбцию неорганической серы, присутствующей в порах или поверхности кокса, а также разделение и удаление органической серы, прикрепленной к каркасу ароматического углерода.
Потенциальные методы удаления серы нефти можно классифицировать следующим образом:
По состоянию на 2011 г. Отсутствует коммерческий процесс обессеривания нефтяного кокса.
Почти чистый углерод, нефтяной кокс является мощным источником углекислого газа при сжигании.
Нефтяной кокс может храниться в куче возле нефтеперерабатывающего завода в ожидании продажи. Например, в 2013 году на нефтеперерабатывающем заводе Marathon Petroleum в Детройте был произведен большой запас, принадлежащий Koch Carbon, недалеко от реки Детройт, начал переработку битума из нефтеносных песков в Альберте в ноябре 2012 года. По состоянию на 2013 год большие запасы нефтяного кокса также существовали в Канаде, а рынками сбыта были Китай и Мексика. для нефтяного кокса, экспортируемого из Калифорнии, для использования в качестве топлива. По состоянию на 2013 год Oxbow Corporation, принадлежащая Уильяму И. Коху, была крупным дилером нефтяного кокса, продавая 11 миллионов тонн ежегодно.
В 2017 году четверть экспорта топлива из США пошла на Индия, обнаружено расследованием Associated Press. В 2016 году это составило более восьми миллионов метрических тонн, что более чем в 20 раз больше, чем в 2010 году. Управление по контролю за загрязнением окружающей среды Индии проверило импортный нефтяной кокс, который используется в районе Нью-Дели, и обнаружил серу превышает установленный законом предел в 17 раз.
Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL 73/78 ), принятая IMO, требует, чтобы морские суда не должны потреблять мазут (бункерное топливо и т. д.) с содержанием серы более 0,5% с 2020 года. Около 38% мазута потребляется в судоходном секторе. В процессе преобразования избыточных остаточных масел в более легкие путем коксования в качестве побочного продукта образуется нефтяной кокс. Ожидается, что в будущем доступность нефтяного кокса увеличится из-за падения спроса на мазут. Пет кокс также используется на заводах метанирования для производства синтетического природного газа и т. Д., Чтобы избежать проблемы утилизации нефтяного кокса.
Нефтяной кокс иногда является источником мелкой пыли, которая может проникать в процесс фильтрации дыхательных путей человека, оседать в легких и вызывать серьезные проблемы со здоровьем. Исследования показали, что нефтяной кокс сам по себе имеет низкий уровень токсичности, и нет никаких доказательств канцерогенности.
Нефтяной кокс может содержать ванадий, токсичный металл. Ванадий был обнаружен в пыли, собранной в жилых домах возле нефтяного кокса, хранящегося рядом с рекой Детройт. Согласно EPA.
, ванадий токсичен в крошечных количествах, 0,8 микрограмма на кубический метр воздуха. Согласно многочисленным исследованиям и анализу EPA, нефтяной кокс имеет низкий потенциал опасности для здоровья человека. Он не оказывает заметного канцерогенного воздействия, воздействия на развитие или репродуктивную функцию. В ходе исследований на животных при хроническом вдыхании многократных доз действительно выявлено респираторное воспаление, вызванное частицами пыли, но не характерным для нефтяного кокса.
Проблемы окружающей среды проистекают из хранение и сжигание нефтяного кокса. По мере переработки нефтяного кокса накапливаются побочные отходы, что затрудняет обращение с отходами. Высокое содержание ила в нефтяном коксе (21,2%) увеличивает риск уноса летучей пыли от курганов нефтяного кокса при сильном ветре. По оценкам, в США ежегодно в атмосферу выбрасывается 100 тонн летучей пыли нефтяного кокса, включая PM10 и PM2,5. Обращение с отходами и выброс летучей пыли являются особенно серьезной проблемой в городах Чикаго, Детройт и Грин-Бэй.
Внешние эффекты связаны с нефтяным коксом, который может нанести вред окружающей среде. Нефтяной кокс состоит из 90% элементарного углерода по весу, который во время сгорания превращается в CO. 2. Использование нефтяного кокса также приводит к выбросам серы и потенциальному загрязнению воды из-за стоков никеля и ванадия при переработке и хранении.
 | Wikimedia Commons содержит носители, относящиеся к нефтяному коксу. |
