Содержание
Опасности для здоровья
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 .
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 .
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.
Опасности для окружающей среды
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. Приблизительно 100 тонн летучей пыли нефтяного кокса, включая PM10 и PM2,5, выбрасываются в атмосферу в год в Соединенных Штатах. Обращение с отходами и выброс летучей пыли особенно актуальны в городах Чикаго, Детройт и Грин-Бэй.
Внешние эффекты связаны с нефтяным коксом, который может оказать негативное воздействие на окружающую среду. 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.
Вместе с металлургией
Главный рынок потребления игольчатого кокса — металлургия. Это связано с уникальными свойствами продукта — высокоструктурированного, с низким коэффициентом термического расширения, высокой удельной плотностью, механической прочностью, высоким содержанием графита и низким уровнем содержания серы, азота и золы. То есть обладающего оптимальным набором характеристик для производства сверхмощных графитированных электродов (марки UHP/ЭГСП), которые работают при повышенных плотностях тока. Они применяются при производстве спецстали методом EAF (electric arc furnace) — в электродуговых печах и печах-ковшах для внепечной обработки стали. По сравнению с обычным электродным коксом игольчатый обладает более высокой термостойкостью и существенно снижает расход электродов на тонну выплавляемой стали. Равноценной замены игольчатому коксу в настоящее время не существует.
Соответственно, объемы потребления игольчатого кокса напрямую связаны с уровнем спроса на высококачественные стали и распространением метода EAF. А значит, рынок игольчатого кокса ожидает только рост. За первое десятилетие XXI века объем выпуска электросталей в мире удвоился, и ожидается, что во втором динамика будет практически такой же: рост с 443 млн тонн электросталей в 2011 году до 903 млн тонн в 2020-м.
Производство игольчатого кокса развивается вместе с изменениями на металлургическом рынке. На данный момент предприятия США, Великобритании и Японии выпускают 880 тыс. тонн продукции ежегодно. К 2025 году эта цифра может вырасти до 1,2 млн тонн.
В России прогнозируемый рост производства электросталей не так высок (с 21 млн тонн в 2011-м до 27 млн тонн в 2020-м), однако тенденция также позитивная. Увеличение объемов выплавки электростали российскими предприятиями к 2020 году приведет к росту потребности в графитированных электродах отдельных марок на 60%. Сегодня в России ежегодно используется около 30 тыс. тонн сырья. По экспертным оценкам, к 2025 году эта цифра должна вырасти до 150 тыс. тонн. При этом уже на протяжении 40 с лишним лет отечественные производители электродов, а значит, и российская металлургия находятся в полной зависимости от поставок игольчатого кокса из-за рубежа.
Впрочем, в зависимости этой находятся не только металлурги: игольчатый кокс используется в том числе для изготовления углеродных изделий в оборонной, электронной и атомной промышленности. И это уже выводит проблему на уровень национальной промышленной безопасности.
Сравнительная характеристика видов кокса
|
Кокс электродный |
Кокс игольчатый |
|
|
Действительная плотность, г/см3 |
2,02-2,12 |
2,14-2,15 |
|
Массовая доля серы, % |
1,5-2 |
0,38-0,46 |
|
Зольность, % |
0,6 |
0,01-0,06 |
|
Массовая доля общей влаги, % |
0,5 |
0,02-0,1 |
|
Коэффициент термического расширения, 10-7/°С |
1,0-1,6 |
Сочинение
Петкокс, измененный в процессе прокаливания, который он нагревает, или очищенного сырого кокса, устраняет большую часть компонента ресурса. Обычно нефтяной кокс при очистке 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 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%. Петкокс в неочищенном (зеленом коксе) азота в концентрации 0,1-0,5% и серы 0,2-6,0% становится выбросами после прокаливания кокса.
| Составная часть | 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 |
| Железо | 50–5000 |
| Марганец | 2–100 |
| Магний | 10–250 |
| Молибден | 10-20 |
| Никель | 10-500 |
| Калий | 20-50 |
| Кремний | 50-600 |
| Натрий | 40-70 |
| Титана | 2-60 |
| Ванадий | 5-500 |
В процессе термической обработки масса композиции снижается с выделением летучих веществ и серы. Этот процесс заканчивается образованием сотового нефтяного кокса, который, согласно названию, представляет собой твердую углеродную структуру с отверстиями в ней.
| Составная часть | Нефтяной кокс
(Кальцинировано при 2375 ° F |
|---|---|
| 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 |
| Железо | 50–5000 |
| Марганец | 2–100 |
| Магний | 10–250 |
| Молибден | 10-20 |
| Никель | 10-500 |
| Калий | 20-50 |
| Кремний | 50-600 |
| Натрий | 40-70 |
| Титана | 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%. Петкокс в неочищенном (зеленом коксе) азота в концентрации 0,1-0,5% и серы 0,2-6,0% становится выбросами после прокаливания кокса.
Другие тяжелые металлы могут быть обнаружены в нефтяном коксе в качестве примесей из-за того, что некоторые из этих металлов попадают после обработки как летучие.
Обессеривание
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 включают 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:
- Экстракция растворителем
- Химическая обработка
- Термическое обессеривание
- Обессеривание в окислительной атмосфере
- Обессеривание в атмосфере серосодержащего газа
- Обессеривание в атмосфере углеводородных газов
- Гидрообессеривание
По состоянию на 2011 год не существовало коммерческого процесса обессеривания нефтяного кокса.
Типы
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. Также наблюдаются существенные различия в свойствах различных типов кокса, в частности в содержании золы и летучих веществ.
Игольчатый кокс, также называемый игольчатым коксом, представляет собой высококристаллический нефтяной кокс, используемый в производстве электродов для сталелитейной и алюминиевой промышленности, и он 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.
Кальцинированный
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.
Эта тема закрыта для публикации ответов.