Нефтяной кокс , сокращенно « кокс» или « нефтяной кокс» , представляет собой конечный обогащенный углеродом твердый материал, полученный при переработке нефти , и является одним из типов группы топлив, называемых коксами . Нефтяной кокс - это кокс, который, в частности, образуется в процессе окончательного крекинга - термохимического технологического процесса, который расщепляет длинноцепочечные углеводороды нефти на более короткие цепи, - который происходит в установках, называемых установками коксования . [1] (Другие виды кокса получают из угля.) Короче говоря, кокс - это «продукт карбонизации высококипящих углеводородных фракций, полученных при переработке нефти (тяжелые остатки)». [1] Нефтяной кокс также производится при производстве синтетической сырой нефти (синкруд) из битума, добываемого из нефтеносных песков Канады и из нефтеносных песков Ориноко Венесуэлы . [2] [3]
В установках коксования нефти остаточные масла от других процессов дистилляции, используемых при переработке нефти , обрабатываются при высокой температуре и давлении, выходя из нефтяного кокса после удаления газов и летучих веществ и отделения оставшейся легкой и тяжелой нефти. Эти процессы называются «процессами коксования», и чаще всего используют операции химического машиностроения для конкретного процесса замедленного коксования .
Этот кокс может быть как топливным (с высоким содержанием серы и металлов), так и анодным (с низким содержанием серы и металлов). Неочищенный кокс, непосредственно выходящий из установки для коксования, часто называют зеленым коксом . [1] В этом контексте «зеленый» означает необработанный. Дальнейшая переработка сырого кокса путем кальцинирования во вращающейся печи удаляет из кокса остаточные летучие углеводороды. 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 алюминиевой и сталелитейной промышленности.
Нефтяной кокс содержит более 80% углерода и при сжигании выделяет на 5-10% больше углекислого газа (CO 2 ), чем уголь, в пересчете на единицу энергии. Поскольку нефтяной кокс имеет более высокое энергосодержание, нефтяной кокс выделяет на 30-80 процентов больше CO 2, чем уголь на единицу веса. [3] Разница в производстве CO 2 на единицу произведенной энергии между углем и коксом зависит от влажности угля, которая увеличивает CO 2 на единицу энергии - теплоты сгорания - и от летучих углеводородов в угле и коксе, которые уменьшают CO 2 на единицу энергии.
Типы [ править ]
Существует по крайней мере четыре основных типа нефтяного кокса, а именно игольчатый кокс, сотовый кокс, губчатый кокс и дробовой 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, особенно в содержании золы и летучих веществ. [4]
Игольчатый кокс, также называемый игольчатым коксом, представляет собой высококристаллический нефтяной кокс, который используется в производстве электродов для сталелитейной и алюминиевой промышленности и особенно ценен, поскольку электроды необходимо регулярно заменять. Игольчатый кокс производится исключительно из декантируемого масла каталитического крекинга (FCC) или каменноугольного пека.
Сотовый кокс - это промежуточный кокс с равномерно распределенными порами эллипсоидальной формы. По сравнению с игольчатым коксом сотовый кокс имеет более низкий коэффициент теплового расширения и более низкую электропроводность. [4]
Состав [ править ]
Петкокс, измененный в процессе прокаливания, при котором он нагревается или очищается сырой кокс, устраняет большую часть компонента ресурса. Обычно нефтяной кокс при очистке не выделяет тяжелые металлы в виде летучих веществ или выбросов. [5]
В зависимости от используемого нефтяного сырья состав нефтяного кокса может варьироваться, но главное, что это в первую очередь углерод. [5] 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%. [5] Нефтяной кокс в своем сыром (зеленый кокс) азоте в концентрации 0,1-0,5% и серы 0,2-6,0% становится выбросом после прокаливания кокса. [5]
| 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 |
| Влажность (% масс.) | 0,5-10 |
| Зола (мас.%) | 0,1- 1,0 |
| Плотность (% масс.) | 1,2- 1,6 |
| Тяжелые металлы (ppm. Вес) | |
| Алюминий | 15–100 |
| Бор | 0,1-15 |
| Кальций | 25–500 |
| Хром | 5-50 |
| Кобальт | 10-60 |
| Утюг | 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 масса композиции снижается с выделением летучих веществ и серы. [6] Этот процесс завершается получением сотового нефтяного кокса, который, согласно названию, представляет собой твердую углеродную структуру с отверстиями в ней. [6]
| Компонент | Нефтяной кокс (Кальцинировано при 2375 ° F [5] |
|---|---|
| Углерод (мас.%) | 98,0–99,5 |
| Водород (мас.%) | 0,1 |
| Азот (мас.%) | |
| Сера (мас.%) | |
| Летучие вещества (мас.%) | 0,2-0,8 |
| Влажность (% масс.) | 0,1 |
| Зола (мас.%) | 0,02-0,7 |
| Плотность (% масс.) | 1.9-2.1 |
| Тяжелые металлы (ppm. Вес) | |
| Алюминий | 15–100 |
| Бор | 0,1-15 |
| Кальций | 25–500 |
| Хром | 5-50 |
| Кобальт | 10-60 |
| Утюг | 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, что это в первую очередь 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%. [5] Нефтяной кокс в своем сыром (зеленый кокс) азоте в концентрации 0,1-0,5% и серы 0,2-6,0% становится выбросом после прокаливания кокса. [5]
Другие тяжелые металлы могут быть обнаружены в нефтяном коксе в качестве примесей, поскольку некоторые из этих металлов попадают после обработки в виде летучих.
Топливо [ править ]
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, вносят свой вклад количество нерастворимого в гептане и доля легких компонентов в сырье для коксования.
В то время как его высокая теплота и низкое содержание золы делают его достойным топливом для выработки электроэнергии в угольных котлах , нефтяной кокс имеет высокое содержание серы и низкое содержание летучих , что создает экологические (и технические) проблемы с его сжиганием. Его высшая теплотворная способность (HHV) составляет около 8000 ккал / кг, что в два раза превышает значение среднего угля, используемого для производства электроэнергии. [5] Обычно в качестве установки для извлечения серы для сжигания нефтяного кокса используется технология обессеривания дымовых газов SNOX [7], основанная на хорошо известном процессе WSA . Сжигание в псевдоожиженном слоеобычно используется для сжигания нефтяного кокса. Газификация все чаще используется с этим сырьем (часто с использованием газогенераторов , размещенные в самом нефтеперерабатывающих заводах).
Кальцинированный [ править ]
Прокаленный нефтяной кокс (CPC) - это продукт прокаливания нефтяного кокса. Этот кокс является продуктом установки коксования на заводе по переработке сырой нефти . Прокаленный нефтяной кокс используется для изготовления анодов для выплавки алюминия , стали и титана . Зеленый кокс должен иметь достаточно низкое содержание металлов для использования в качестве материала анода. 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.
Обессеривание [ править ]
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 десорбцию неорганической серы, присутствующей в порах или поверхности кокса, а также разделение и удаление органической серы, прикрепленной к ароматическому углеродному скелету.
Возможные методы обессеривания нефти можно классифицировать следующим образом: [8]
- Экстракция растворителем
- Химическая обработка
- Термическое обессеривание
- Обессеривание в окислительной атмосфере
- Обессеривание в атмосфере серосодержащего газа
- Обессеривание в атмосфере углеводородных газов
- Гидродесульфуризация
По состоянию на 2011 год не существовало коммерческого процесса обессеривания нефтяного кокса. [9]
Хранение, утилизация и продажа [ править ]
Почти чистый углерод, нефтяной кокс при сжигании является мощным источником углекислого газа . [10]
Нефтяной кокс может храниться в куче возле нефтеперерабатывающего завода в ожидании продажи. Например, в 2013 году большой запас принадлежит Коха углерода вблизи реки Детройт был произведен в Marathon Petroleum завода в Детройте , который начался переработку битума из нефтеносных песков в провинции Альберта в ноябре 2012 года Большие запасы нефтяного кокса также существовали в Канаде из 2013 год, Китай и Мексика были рынками для нефтяного кокса, экспортированного 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. [11]
В 2017 году четверть экспорта топлива из США пошла в Индию, как показало расследование Associated Press . В 2016 году эта цифра составила более восьми миллионов метрических тонн, что более чем в 20 раз больше, чем в 2010 году. [12] Управление по контролю за загрязнением окружающей среды Индии проверило импортный нефтяной кокс, применяемый в районе Нью-Дели , и обнаружило, что уровни серы в 17 раз превышают допустимый предел. [12]
Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов ( MARPOL 73/78 ), принятая ИМО , требует, чтобы морские суда не потребляли остаточное жидкое топливо ( бункерное топливо и т. Д.) С содержанием серы более 0,5% с 2020 года. . [13] Почти 38% остаточных топливных масел потребляется в секторе судоходства. 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 по метанированию для производства синтетического природного газа и т.д., чтобы избежать проблемы утилизации нефтяного кокса.[14]
Опасности для здоровья [ править ]
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 никаких доказательств канцерогенности . [15] [16]
Нефтяной кокс может содержать ванадий , токсичный металл. Ванадий был обнаружен в пыли, собранной в жилых домах возле нефтяного кокса, хранящегося рядом с рекой Детройт. По данным EPA, ванадий токсичен в крошечных количествах, 0,8 микрограмма на кубический метр воздуха . [17]
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 хроническое вдыхание многократных доз действительно показало воспаление дыхательных путей, вызванное частицами пыли, но не характерным для нефтяного кокса. [18]
Опасности для окружающей среды [ править ]
Экологические проблемы связаны с хранением и сжиганием 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. [19] Обращение с отходами и выброс летучей пыли особенно актуальны в городах Чикаго, Детройт и Грин-Бэй. [18]
Внешние эффекты связаны с нефтяным коксом, который может нанести вред окружающей среде. Нефтяной кокс состоит из 90% элементарного углерода по весу, который превращается в CO.
2при горении. Использование нефтяного кокса также приводит к выбросам серы и потенциальному загрязнению воды из-за сточных вод никелем и ванадием при переработке и хранении. [17]
См. Также [ править ]
- Охладитель прокаленного нефтяного кокса
- Кокс (топливо)
- Установка замедленного коксования
- Список выбросов CO2 на миллион британских тепловых единиц энергии из различных видов топлива
- Деготь
- Оримульсия
- Загрязнение воздуха в Индии
Ссылки [ править ]
- ^ a b c ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « нефтяной кокс ». DOI : 10,1351 / goldbook.P04522
- ^ "Что такое Petcoke?" . Проверено 17 марта 2017 года .
- ^ a b "Нефтяной кокс: уголь, скрывающийся в битуминозных песках" , OilChange International priceofoil.org, январь 2013 г.
- ^ a b Хасан Аль-Хадж Ибрагим, Обессеривание нефтяного кокса, Отчет об исследовании, Университет Питтсбурга, Питтсбург, 1990.
- ^ a b c d e f g h i "Pet Coke" . Проверено 25 июня 2017 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ а б Трипати, Нимиша; Сингх, Радж С .; Холмы, Колин Д. (2019). «Микробиологическое удаление серы из нефтяного кокса (нефтяного кокса)». Топливо . 235 : 1501–1505. DOI : 10.1016 / j.fuel.2018.08.072 .
- ^ «Процесс SNOX: история успеха». Архивировано 21июля 2009 г. в Wayback Machine , energystorm.us . Цитируется в нем: "Schoolbook, Chemistry 2000, Helge Mygind, ISBN 87-559-0992-2 ".
- ^ Десульфурация нефтяного кокса: обзор, Хасан Аль-Хадж-Ибрагим и Бади И. Морси, Промышленные и инженерные химические исследования, 1992, 31, 1835–1840.
- ^ Agarwal, P .; Шарма, ДК (2011). «Исследования обессеривания нефтяного кокса с помощью органоочистки и других химических и биохимических методов в условиях более мягкого атмосферного давления». Нефтяная наука и технологии . 29 (14): 1482–1493. DOI : 10.1080 / 10916460902839230 .
- Перейти ↑ Stockman, Lorne (январь 2013 г.). «Нефтяной кокс: уголь, прячущийся в битуминозных песках» . Oil Change International . Проверено 18 мая 2013 года .
- Рианна Остин, Ян (17 мая 2013 г.). "Черный холм канадских нефтяных отходов возвышается над Детройтом" . Нью-Йорк Таймс . Проверено 18 мая 2013 года ..
- ^ а б Тэмми Уэббер; Кэти Дэйгл (2017). «США экспортируют грязное топливо в загрязненную Индию». Сан-Хосе Меркьюри-Новости . Группа новостей области залива. Ассошиэйтед Пресс. п. A4. Отсутствует или пусто
|url=( справка ) - ^ "Последствия поэтапного отказа от остаточного мазута" (PDF) . Проверено 17 марта 2017 года .
- ^ «Проект газификации нефтяного кокса Reliance Jamnagar» (PDF) . Проверено 15 января 2017 года .
- ^ "Влияние нефтяного кокса на здоровье" . 2014-03-20.
- ^ "Крупнейший в мире поставщик побочных продуктов переработки тяжелой нефти в США" . Звездный рекламодатель . Гонолулу . Ассошиэйтед Пресс . 1 декабря 2017 . Проверено 1 декабря 2017 года .
- ^ a b Detroit Free Press, «ВОПРОСЫ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ ВНУТРИ КРЕМЕННОЙ ВОДЫ» Кейт Матени; Воскресенье, 27 марта 2016 г .; стр. A1
- ^ a b Эндрюс, Энтони (2013). «Нефтяной кокс: промышленность и экология» . Исследовательская служба Конгресса : 9. Архивировано из оригинала на 2018-09-10 . Проверено 1 февраля 2017 г. - через nam.org.
- ^ "Город Чикаго Исследование Беглецов Пыли" (PDF) . cityofchicago.org . 1 марта 2015 г.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме нефтяного кокса . |
- Определение ИЮПАК различных форм твердого углерода .
- Информация BP о том, как производится прокаленный нефтяной кокс
