Нефтяной кокс
Нефтяной кокс , сокращенно кокс , нефтяной кокс или нефтяной кокс , представляет собой конечный богатый углеродом твердый материал, получаемый при переработке нефти , и является одним из типов топлива, называемого коксом . Нефтяной кокс — это кокс, который, в частности, получается в результате окончательного процесса крекинга — термического процесса химической технологии, который расщепляет длинноцепочечные углеводороды нефти на более короткие цепи — который происходит в установках, называемых установками коксования . [ 1 ] (Другие виды кокса получают из угля .) Коротко говоря, кокс — это « продукт карбонизации высококипящих углеводородных фракций, получаемых при переработке нефти (тяжелые остатки)». [ 1 ] Нефтекокс также производится при производстве синтетической сырой нефти (синкруд) из битума, Канады добываемого из битуминозных песков в Венесуэле и нефтеносных песков Ориноко . [ 2 ] [ 3 ] В установках нефтяного коксования остаточные масла других процессов дистилляции , используемых в нефтепереработке, обрабатываются при высокой температуре и давлении, после чего нефтяной кокс удаляется после удаления газов и летучих веществ и отделения оставшихся легких и тяжелых масел. Эти процессы называются «процессами коксования», и чаще всего они используют операции химического машиностроения для конкретного процесса замедленного коксования .
Этот кокс может быть топливным (с высоким содержанием серы и металлов) или анодным (с низким содержанием серы и металлов). Необработанный кокс, выходящий непосредственно из установки коксования, часто называют зеленым коксом . [ 1 ] В данном контексте «зеленый» означает необработанный. Дальнейшая обработка сырого кокса путем прокаливания во вращающейся печи удаляет из кокса остаточные летучие углеводороды. Прокаленный нефтяной кокс может быть подвергнут дальнейшей обработке в анодной печи 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 его сжигании выделяет на 5–10% больше углекислого газа (CO 2 ), чем уголь, в пересчете на единицу энергии. из нефтяного кокса составляют на 30–80 % больше, чем из угля. Поскольку нефтяной кокс имеет более высокое энергосодержание, выбросы CO 2 на единицу веса [ 3 ] Разница между углем и коксом в производстве CO 2 на единицу произведенной энергии зависит от влажности угля, которая увеличивает количество CO 2 на единицу энергии ( теплоты сгорания ), а также от летучих углеводородов в угле и коксе, которые уменьшают выбросы CO 2 на единицу произведенной энергии. CO 2 на единицу энергии.
Типы
[ редактировать ]Существует как минимум четыре основных типа нефтяного кокса: игольчатый кокс, губчатый кокс, дробевой кокс и сотовый кокс. Различные виды нефтяного кокса имеют разную микроструктуру из-за различий в рабочих параметрах и природе сырья. Существенные различия наблюдаются также в свойствах разных видов кокса, особенно в содержании золы и летучих веществ. [ 4 ]
Игольчатый кокс, также называемый игольчатым коксом, представляет собой высококристаллический нефтяной кокс, используемый при производстве электродов для сталелитейной и алюминиевой промышленности, и он особенно ценен, поскольку электроды необходимо регулярно заменять. Игольчатый кокс производится исключительно из декантированного масла жидкого каталитического крекинга (ФКК) или каменноугольного пека.
Сотовый кокс представляет собой промежуточный кокс с эллипсоидными порами, распределенными равномерно. По сравнению с игольчатым коксом сотовый кокс имеет меньший коэффициент теплового расширения и меньшую электропроводность. [ 4 ]
Состав
[ редактировать ]Нефтяной кокс, измененный в процессе прокаливания при нагревании или рафинированном сыром коксе, исключает большую часть компонентов ресурса. Обычно нефтяной кокс при переработке не выделяет тяжелые металлы в виде летучих веществ или выбросов. [ 5 ]
В зависимости от используемого нефтяного сырья процент углерода в нефтяном коксе может достигать 98-99%. В результате образуется соединение на основе углерода, содержащее водород в концентрации от 3,0 до 4,0%. Сырой (или зеленый) кокс содержит от 0,1 до 0,5% азота и от 0,2 до 6,0% серы, которые становятся выбросами при прокаливании 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 (мас.%) | 0.5 - 10 |
| Зола (мас.%) | 0.1 - 1.0 |
| Плотность (мас.%) | 1.2 - 1.6 |
| Тяжелые металлы (ppm по весу) | |
| 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 |
За счет термической обработки масса композиции снижается за счет летучих веществ и серы . выделения [ 6 ] Этот процесс заканчивается образованием сотового нефтяного кокса, который, согласно названию, представляет собой твердую углеродную структуру с отверстиями в ней. [ 6 ]
| Компонент | нефтяной кокс
(Прокаленный при 2375 °F = 1300 °C) [ 5 ] |
|---|---|
| Углерод (мас.%) | 98.0 - 99.5 |
| Водород (мас.%) | 0.1 |
| Азот (мас.%) | |
| Сера (мас.%) | |
| Летучие вещества (мас.%) | 0.2 - 0.8 |
| Влажность (мас.%) | 0.1 |
| Зола (мас.%) | 0.02 - 0.7 |
| Плотность (мас.%) | 1.9 - 2.1 |
| Тяжелые металлы (ppm по весу) | |
| 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 |
Топливный сорт
[ редактировать ]Топливный кокс классифицируется как губчатый кокс или дробленый кокс. Хотя нефтеперерабатывающие заводы производят кокс уже более 100 лет, механизмы, вызывающие образование губчатого или дробленого кокса, недостаточно изучены и не могут быть точно предсказаны. В общем, более низкие температуры и более высокие давления способствуют образованию губчатого кокса. Кроме того, вклад вносят количество присутствующих нерастворимых в гептане веществ и доля легких компонентов в питании установки коксования.
Хотя его высокая теплоемкость и низкая зольность делают его подходящим топливом для выработки электроэнергии в угольных котлах , нефтяной кокс имеет высокое содержание серы и низкое содержание летучих веществ , что создает экологические (и технические) проблемы при его сжигании. Его высшая теплотворная способность (ВТВ) составляет почти 8000 ккал/кг, что вдвое превышает среднюю ценность угля, используемого для производства электроэнергии. [ 5 ] Распространенным выбором установки для улавливания серы для сжигания нефтяного кокса является технология десульфурации дымовых газов SNOX . [ 7 ] который основан на известном процессе WSA . Сжигание в псевдоожиженном слое обычно используется для сжигания нефтяного кокса. газификация С этим сырьем все чаще применяется (часто с использованием газификаторов, расположенных на самих нефтеперерабатывающих заводах).
кальцинированный
[ редактировать ]Прокаленный нефтяной кокс (КПК) — продукт прокаливания нефтяного кокса. Этот кокс является продуктом установки коксования на нефтеперерабатывающем заводе . Прокаленный нефтяной кокс используется для изготовления анодов для выплавки алюминия , стали и титана , а также в качестве сырья для производства синтетического графита. Зеленый кокс должен иметь достаточно низкое содержание металлов, чтобы его можно было использовать в качестве анодного материала. Зеленый кокс с таким низким содержанием металлов называется анодным коксом. Если зеленый кокс имеет избыточное содержание металлов, его не прокаливают и используют как топливный кокс в печах .
Десульфурация
[ редактировать ]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 соображениям. Таким образом, были предложены способы снижения или устранения содержания серы в нефтяном коксе. Большинство из них включают десорбцию неорганической серы, присутствующей в порах или на поверхности кокса, а также разделение и удаление органических соединений серы, таких как сернистые ароматические гетероциклы.
нефти Потенциальные методы десульфурации можно классифицировать следующим образом: [ 8 ]
- растворителем Экстракция
- Химическая обработка
- Термическое обессеривание
- Десульфурация в окислительной атмосфере
- Десульфуризация в атмосфере серосодержащего газа
- Десульфуризация в атмосфере углеводородных газов
- Гидрообессеривание
По состоянию на 2011 год не существовало коммерческого процесса десульфурации нефтяного кокса. [ 9 ]
Хранение, утилизация и продажа
[ редактировать ]является мощным источником углекислого газа . Практически чистый углерод, нефтяной кокс при сжигании [ 10 ]
Нефтяной кокс может храниться в куче возле нефтеперерабатывающего завода до продажи. Например, в 2013 году большие запасы нефтяного кокса, принадлежавшие Koch Carbon, возле реки Детройт, были произведены нефтеперерабатывающим заводом Marathon Petroleum в Детройте начал переработку битума из нефтеносных песков Альберты . , который в ноябре 2012 года В 2013 году Китай и Мексика были рынками 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 в год. [ 11 ]
, в 2017 году четверть экспорта топлива из США пошла в Индию Associated Press По данным расследования . В 2016 году этот показатель составил более восьми миллионов тонн, что более чем в 20 раз больше, чем в 2010 году. [ 12 ] Управление по контролю за загрязнением окружающей среды Индии проверило импортированный нефтяной кокс, используемый недалеко от Нью-Дели , и обнаружило, что уровень серы в 17 раз превышает допустимый предел. [ 12 ]
Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов ( МАРПОЛ 73/78 ), принятая Международной морской организацией (ИМО), предписывает морским судам не использовать мазут ( бункерное топливо и т. д.) с содержанием серы более 0,5. % к 2020 году. [ 13 ] Около 38% мазута потребляется в секторе судоходства. В процессе преобразования избыточных остаточных масел в более легкие масла путем коксования в качестве побочного продукта образуется нефтяной кокс. Ожидается, что доступность нефтяного кокса в будущем увеличится из-за падения спроса на мазут. Нефтяной кокс также используется на заводах по метанированию для производства синтетического природного газа и т. д., чтобы избежать проблем с утилизацией нефтяного кокса. [ 14 ]
Опасности для здоровья
[ редактировать ]Нефтяной кокс иногда является источником мелкой пыли , которая может проникать в процесс фильтрации дыхательных путей человека, задерживаться в легких и вызывать серьезные проблемы со здоровьем. Исследования показали, что нефтяной кокс сам по себе имеет низкий уровень токсичности и нет никаких признаков канцерогенности . [ 15 ] [ 16 ]
Нефтяной кокс может содержать ванадий , токсичный металл. Ванадий был обнаружен в пыли, собранной в жилых домах возле склада нефтяного кокса, хранившегося рядом с рекой Детройт. ванадий токсичен в небольших количествах, 0,8 микрограмма на кубический метр воздуха По данным Агентства по охране окружающей среды, . [ 17 ]
Согласно многочисленным исследованиям и анализам Агентства по охране окружающей среды, нефтяной кокс имеет низкий потенциал опасности для здоровья человека. Он не оказывает какого-либо заметного канцерогенного воздействия, воздействия на развитие или репродуктивную функцию. В ходе исследований на животных при хроническом вдыхании повторных доз действительно наблюдалось воспаление дыхательных путей , вызванное частицами пыли, но не специфичное для нефтяного кокса. [ 18 ]
Экологические опасности
[ редактировать ]Экологические проблемы связаны с хранением и сжиганием нефтяного кокса. Побочные отходы накапливаются по мере переработки нефтяного кокса, что затрудняет утилизацию отходов. Высокое содержание пыли в нефтекоксе (21,2%) увеличивает риск уноса летучей пыли от насыпей нефтекокса под сильным ветром. 100 тонн летучей пыли нефтекокса, включая PM10 и PM2,5. По оценкам , в США ежегодно в атмосферу выбрасывается [ 19 ] Управление отходами и выбросы летучей пыли являются особенно актуальной проблемой в городах Чикаго , Детройт и Грин Бэй . [ 18 ]
Внешние эффекты обусловлены нефтяным коксом, который оказывает потенциальное воздействие на окружающую среду. Нефтяной кокс на 90% состоит из элементарного углерода, который при горении превращается в CO 2 . Использование нефтяного кокса также приводит к выбросам серы и потенциальному загрязнению воды стоками никеля и ванадия в результате переработки и хранения. [ 17 ]
См. также
[ редактировать ]- Охладитель прокаленного нефтяного кокса
- Кокс (топливо)
- замедленного коксования
- Выбросы парниковых газов
- принимая
- Оримульсия
- Загрязнение воздуха в Индии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с «нефтяной кокс» . Сборник химической терминологии ИЮПАК (Золотая книга) (3-е изд.). Международный союз теоретической и прикладной химии. 2006 г. [Интернет-издание 3.0.1 от 2019 г.; дата статьи 24 февраля 2014 г.]. Р04522.
- ^ "Что такое пекок?" . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Нефтяной кокс: уголь, скрывающийся в битуминозных песках» , OilChange International , Priceofoil.org, январь 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Хасан Аль-Хадж Ибрагим, Десульфуризация нефтяного кокса, Отчет об исследовании, Питтсбургский университет, Питтсбург, 1990.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Пет-кока» . Проверено 19 февраля 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б Трипати, Нимиша; Сингх, Радж С.; Хиллз, Колин Д. (2019). «Микробное удаление серы из нефтяного кокса (нефтяного кокса)». Топливо . 235 : 1501–1505. doi : 10.1016/j.fuel.2018.08.072 . S2CID 104564584 .
- ^ «Процесс SNOX: история успеха». Архивировано 21 июля 2009 г. на Wayback Machine , Energystorm.us . Цитируется там: «Учебник, Химия 2000, Хельге Мигинд, ISBN 87-559-0992-2 ».
- ^ Десульфуризация нефтяного кокса: обзор, Хасан Аль-Хадж-Ибрагим и Бади И. Мурси, Исследования в области промышленной и инженерной химии, 1992, 31, 1835–1840.
- ^ Агарвал, П.; Шарма, ДК (2011). «Исследования по десульфурации нефтяного кокса путем органопереработки и другими химическими и биохимическими методами в более мягких условиях окружающего давления». Нефтяная наука и технология . 29 (14): 1482–1493. дои : 10.1080/10916460902839230 . S2CID 94137920 .
- ^ Стокман, Лорн (январь 2013 г.). «Нефтяной кокс: Уголь, скрывающийся в битуминозных песках» . Oil Change International . Проверено 18 мая 2013 г.
- ^ Остин, Ян (17 мая 2013 г.). «Над Детройтом возвышается черная куча канадских нефтяных отходов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 18 мая 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Тэмми Уэббер; Кэти Дэйгл (2017). «США экспортируют грязное топливо в задыхающуюся от загрязнения Индию» . Сан-Хосе Меркьюри-Ньюс . Группа новостей района залива. Ассошиэйтед Пресс. п. А4.
- ^ «Последствия поэтапного отказа от мазута» (PDF) . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ «Проект газификации нефтяного кокса Reliance Jamnagar» (PDF) . Проверено 15 января 2017 г.
- ^ «Влияние нефтяного кокса на здоровье» . 20 марта 2014 г.
- ^ «Крупнейший в мире поставщик побочных продуктов переработки тяжелой нефти» . Звезда-Рекламодатель . Гонолулу . Ассошиэйтед Пресс . 1 декабря 2017 года . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Detroit Free Press, «Проблемы со здоровьем выходят за рамки воды Флинта», Кейт Матени; Воскресенье, 27 марта 2016 г.; страница А1.
- ^ Перейти обратно: а б Эндрюс, Энтони (2013). «Нефтяной кокс: промышленность и проблемы экологии» . Исследовательская служба Конгресса : 9. Архивировано из оригинала 10 сентября 2018 г. Проверено 1 февраля 2017 г. - через nam.org.
- ^ «Исследование беглой пыли в городе Чикаго» (PDF) . cityofchicago.org . 1 марта 2015 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- ИЮПАК Определение различных форм твердого углерода .
- Информация BP о том, как производят прокаленный нефтяной кокс
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
