石油焦新材料的探索应用技术研究.pdf

第 4 3卷 第 6期 2 0 1 4年 6月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a ]I n d u s t r y V O ] ． 4 3 ．N O ． 6 J u n e．2 0 1 4 石油焦新材料的探索应用技术研究 刘 鑫 东北石油大学 ， 黑龙江 大庆 1 6 3 3 0 1 摘 要 石油焦以碳为主要成分 ，是比较廉价的石油副产品。目前石油工业随着社会经济的发展而在不 断发展，在材料科学也同样进展飞快的情况下，作为一种碳源材料的石油焦具有十分独特的作用。主要讲述了 几种石油焦新材料，探索了石油焦新材料的应用技术的相关内容。 关键词石油焦；新材料；应用技术 中图分类号T E 6 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 40 6 1 0 9 3 0 3 Re s e a r c h o n Appl i c a t i o n Te c hno l o g y o f Pe t r o l e um Co k e Ne w M a t e r i a l L I U Xi n No r t h e a s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ，H e i l o n g j i a n g Da q i n g 1 6 3 3 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Pe t r o l e um c ok e’ S ma i n c o mpo ne n t i s c a r bo n．i t i s r e l a t i v e l y c he a p pe t r ol e u m by pr od uc t s ． The o i l i n dus t r y i s c o n t i n u o u s l y d e v e l o p i n g wi t h t h e d e v e l o p me n t o f s o c i a l e c o n o my ； i n f a s t d e v e l o p me n t p r o g r e s s o f ma t e r i a l s c i e n c e ， t h e p e t r o l e u m c o k e a s a c a r b o n s o u r c e ma t e r i a l p l a y s a u n i q u e r o l e ． I n t h i s a r t i c l e ， s e v e r a l k i n d s o f p e t r o l e u m c o k e n e w ma t e r i a l s we r e i n t r o d u c e d ； a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y o f p e t r o l e u m c o k e n e w ma t e r i a l wa s d i s c u s s e d ． Ke y wo r ds Pe t r o l e um c o ke ； Ne w ma t e r i a l s ； Appl i c a t i o n t e c hn ol og y 石油焦作为一种石油副产品在石油加工的过程 中产生 ， 即原油在经过蒸馏之后分离轻重质油 ， 而重 质油再经过热裂转化为石油焦。 若是石油焦 由石油加 工直接就可以得到， 那么该种石油焦为生焦或者普通 焦。石油焦形状不规则 ， 呈暗灰色或者黑色，为多孔 结构 ， 具有金属光泽。石油焦含碳量十分高，大概在 百分之九十， 主要存在形式为碳氢化合物。 而石油焦 中的其他含量 ， 如灰分、 水分或者挥发分 ， 都比较低。 很多石油焦具有较高的硫含量，大致在 2 ％ 到 5 ％之 间⋯ 。 石油焦热值十分高， 其品质和无烟煤十分接近， 可以作为燃料。 石油焦比其他的碳原料具有更紧密的 结构、 更高程度的有序化、 更高的结晶度， 可以说是 一 种部分石墨化的碳素形态。 1 石油焦新材料现状 目前 ， 石油焦产量在 日益上升， 其市场需求却渐 渐趋向于饱和 ，人们越来越重视石油焦新的利用途 径， 并且开始对其进行探索。 如今材料科学快速发展， 石油焦出现了许多新的材料， 为石油焦市场带来了很 大的好处 ， 为相关企业带来了极大的经济效益。石油 焦是一种廉价但是却很优质的碳源 ， 可以为很多新材 料的制备提供碳源。 因此， 可以将石油焦新材料进行 充分利用 ，应用于石油焦新技术之中。 2 石油焦新材料 2 ． 1 高 比表面积活性碳 在化工、医药或者食品等等这些领域里，活性 炭具有十分广泛 的应用。在对高 比表面积潘l 生 碳进 行制备时，混合碱性活化剂和石油焦颗粒，其中石 油焦可以尺寸一定要符合相关标准。制备的工艺要 合适 ，获得的活性炭就可以超过表面积 3 0 0 0 m ／ g 。 石 油 焦 原 料 的 粒 度 尺 寸 不 能 太 小 ，一 般 要 在 1 0 0 2 0 0 p m之间。比表面积要达到最大限度 ，其活 化温度也必须处于 7 0 0 ～ 8 0 0℃之间 。而且 ，活化 的时间应该少于 2 h 。 2 ． 2 纳米碳化物颗粒 一 般来说， 碳化物都有较高的硬度以及较高的熔 点， 被广泛应用于硬质合金的制备之中。纳米碳化物 的熔点在其表面能较高的情况下会快速下降， 若是烧 结温度较低 、 保温时间较短 ， 其制备出来的陶瓷会很 致密 ， 性能也会十分优 良。烧结后 ，纳米碳化物的晶 粒会很小 ，其强度和硬度却因此变得更高。 2 ． 3 先进复合材料 首先是反应烧结碳化硅 ，也可以简称为 R B S C 。 R B S C是通过液化硅深入碳坯之中，经过相关化学反 应之后原位生成 S I C陶瓷的一种工艺。直接烧结 S I C 陶瓷时， 所需的时间和温度都比R B S C要长、 高， 设 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 4 -1 8 作者简介 刘鑫 1 9 9 2 - ，男，海南白沙黎族 自治县人，研 究方向化学工程与工艺。 化 工 2 0 1 4年 6月 备也更昂贵， 而 R B S C可以将 S I C陶瓷具备比较好的 尺寸保挣l生，还能对具有复杂形状的制品进行制备。 再者，采用石油焦制备 R B S C 可以将成本有效降低。 因此， 可以将石油焦与S I C 颗粒混合， 再将混合之后 的液体渗硅。 此外 ， 还可以将填充物混入石油焦之中， 对碳素材料的密度进行调节再渗硅。 2 ． 4电流变智能材料 电流变智能材料包括压电陶瓷 、电流变和形状 记忆合金等材料，涵盖的范围很广。其中，由于电 流变材料的电流变液的黏度在一定强度的外电场作 用下 ，可以从低瞬间变高 ，甚至可能变为固体 ，而 被人们重视并且广泛应用。比如离合器 、减振器和 液压阀门等等场合。石油焦被应用于电流变材料的 相关研制 ， 经过研磨之后可以得到 l 0 ～ 7 5 113 的粒 子 ，通过分散在 5 0 m m2 ／ s 黏度的甲基硅油之中而使 甲基硅油的体积分数介于 3 3 ％～ 3 5 ％之间。 在外场强 度是 2 k V ／ mm的情况下 ， 若是材料黏度与零场黏度 相比大了 2 O 倍 ，则表示其电流变效应很好 。另外 ， 当其 电流密度 比 6 O A ／ c m 还要小时p ， 则表示其悬 浮稳定性很好 。 2 ． 5 锂电池负极材料 锂离子电池的正负极为不同电位的嵌人材料， 使得锂离子在 电池进行充电的时候从正极 中脱嵌 ， 而嵌入负极中。在放电的时候，情况恰好相反。要 将具有高性能的锂电池开发出来 ，首先就是要找到 合适的负极材料 ，其工作电压要尽可能低 、锂嵌入 量要较高 、锂离子脱嵌可逆性 良好 。碳材料是最成 功的负极材料 ，包括石油焦 、活性炭 、石墨等H 。 3 石油焦新材料的应用技术探索与研 究 在这里以高硫石油焦清洁化利用技术开发的几 种技术为例进行讲述。 3 ． 1 活性炭技术 在国外，将石油焦应用于活性炭技术的制备已 经有 2 0多年 的历史 ， 其原料 以低硫石油焦为主。 硫 含量极大地影响着活性炭的比表面积，高硫的石油 焦只有在达到 9 8 ％的脱硫率时 ，才能大幅度提高活 性炭产物的比表面积。而在国内，关于这方面的研 究只处于小试阶段。高硫石油焦可以充当具备高性 能的天然气吸附剂的生产原料。只是排放气体中， 由于其含硫较高，没有达到环保水平的相关要求。 3 ． 2 铝用预焙阳极技术 这种技术在电解铝企业 中会 占据较大 的消费需 求，其原料以低、中硫石油焦为主。铝业的快速发 展推动着预焙 阳极 的需求增长 ，能够满足预焙阳极 生产条件的石油焦开始供不应求。与此同时， 人们 对高硫石油焦 的需求也在 日益提高。只是在采用高 硫石油焦进行铝用预焙 阳极生产时 ，会 由于其产生 的二氧化硫平均浓度过高而受制于相关环保要求 ， 应用范围也相对受到限制。 3 ． 3 立式水泥窑燃烧技术 如今，机立窑水泥生产线上的高硫石油焦的应 用技术已经成熟，不但质量稳定，其废气排放也已 经达到了环保标准要求。 而立式水泥窑也有其缺点， 即为规模比较小，生产技术也比较落后。由于 “ 十 二五”期间的产业结构优化调整 ，很多落后的水泥 产能已经渐渐被淘汰，包括大部分的立式水泥窑。 所以高硫石油焦的消费随着立式水泥窑的产能下降 而出现下滑的趋势。 3 ． 4 CF B技术 C F B技术是应用于生产蒸汽与电力的一种技 术 ，流程简单 ，脱流效果极佳 ，成本也不高 ，广泛 应用 于炼油厂以及电厂。 表 1 CF B技术 的特 点 T a b l e 1 Ch a r a c t e r i s t i c s o f CFB t e c h n o l o g y C F B的技术特点 对特点的阐述 较广 的燃烧适应性 较清洁环保的燃烧方式 较高的可用率 ，与煤粉炉相接近 负荷调节范围比较大，热惯性大 C F B锅炉灰渣用途广泛 C F B的炉膛内存在8 5 0 ～ 9 0 0℃的高温循环热灰流，能够燃用多种常规和劣质燃料 石灰石吸收硫 的最佳温度 8 5 0 ～ 9 0 0℃ 锅炉内的物料以高浓度和高速度进行循环运作 ，易导致设备磨损。经过改造之后，提高 了其可靠性 若无辅助燃料 ，最低符合为额定负荷的3 0 ％，负荷调节范围为3 0 ％～ 1 1 0 ％ 用于城市污水污泥和土壤的稳定、各种建材预制构件的制造等等 其流程为通过给料机将粉碎后的石灰石和石 油焦送入炉膛下部 ，使其被循环的高温物料进行加 热和燃烧。一次空气预热之后 ，从炉膛的底部送到 炉 内，使其颗粒 向上流动 ，形成密相流化床 。经过 二次空气预热之后 ，将其从炉膛的焦炭进料 口上面 送到炉内， 将燃烧颗粒细粉挟带出 C F B炉膛 ，再 送人旋风分离器，分离之后的物料会被返料系统送 回炉膛再次燃烧。其烟气通过省煤器和热情进行换 热，再通过除尘器进行除尘，然后排人烟囱，将灰 渣从炉底的排渣 口排 出。 T - g 1 0 9 7 页 第 4 3 卷第6期 任天杰，等润滑油的指标检验要点解析 1 0 9 7 的热安定性要求较高，这是因为柴油机润滑油在活 发生严重的磨损现象 ，不及时换油就会给设备带来 塞、活塞环等工作区域的条件较为恶劣，热安定性 严重的机械故障。所以说，国家标准需要改进，不 差很容易带来气缸壁的磨损，不利于柴油机的正常 能将理化指标作为换油的唯一标准。本文结合当前 运转，容易引发故障。 的工业实际，就润滑油检验中的八个主要指标进行 4 结束语 润滑油是为机械设备服务的，其质量关系到油 品的使用寿命，是工作人员更换和设备故障报备的 重要依据。当前 的国家标准中提出了部分润滑油 的 理化性能指标，但是在设备故障报备方面的还没有 涉及，虽然已有成熟的设备润滑故障检测技术，但 尚未纳入到润滑油国家标准中。 比如说 柴油机油 换油指标 G B ／T 7 6 0 7 2 0 0 2 规范中就只提出了7 个换油的理化性能指标。但实际上 ，有时候每个单 个的理化性能指标都在允许值内，但是润滑油中已 简要介绍 ，供 同行参考。 参考文献 [ 1 ] 方玉环， 杨玉梅阚 滑油国家标准浅议【 J J ． 石油] 二 业技术监督， 2 0 1 1 1 2 4 1 ． 5 3 ． [ 2 ] 万斌． 港口机械润滑油的几种检验方法[ J ] ．设备管理与维修， 2 0 1 0 2 5 3 - 5 5 ． [ 3 ] 李广勇 ， 赵艳丽． 船用内燃机润滑油的分类及检测『J 1 l当代化工，2 0 1 1 6 6 0 6 - 6 0 7 ． [ 4] 张国． 润滑油行业清洁生产评价指标探讨【 J ] ．资源节约与环保， 2 0 1 3 1 2 7 - 8 ． [ 5 ] 罗立文． 甲醇存在时有机硫化物在 H Z S M 一 5分子筛上的催化转化反应 6 S Z [ D ] ． 中国石油大学， 2 0 0 7 ． 上接第 1 0 9 4页 某公司在 2 0 0 6年投用 了 2台 4 6 5 t ／ h的 C F B锅 炉，将高硫石油焦作为设计燃料 ，其中含硫量为 6 ．0 ％ 6 ．7 ％。 而 1 号锅炉的燃料为 1 0 0 ％的高硫石油 焦。半年的正常运行之后，其主要参数都满足了相 关控制范围，而且锅炉和脱硫的效率指标都极佳， 超过了设计值 ，为 9 5 ． 1 7 ％、9 7 ． 3 ％。表 2为该公司 1 号锅炉在正常运行时的参数数值。 表 2 1号锅炉在正常运行时的参数数值 Ta b l e 2 Du r i n g n o r ma l o p e r a t i o n o f b o i l e r n o ． 1 o f t h e par a me t er 项目 1 0 0 ％高硫石油焦的数值 锅炉短时最大连续的蒸发量／ t ．h 锅炉额定的蒸发量 1 0 0 ％MC R锅炉的效率 ，％ I O 0 ％MC R时主蒸汽的温度／ C 二氧化氮排放／ m g m 一 氧化碳排放／ m g m 一 、 二氧化硫排放／ m g m Ca ， s 脱硫效率 飞回中未燃尽炭 C F B技术已经在逐渐完善 ， 并且提高了可用率。 以高硫石油焦燃料为主要原料的 C F B锅炉的并发 项 目 将会逐渐增加。值，为 9 5 ． 1 7 ％、9 7 ． 3 ％。 4 结束语 随着材料科学的发展越来越快 ，石油焦新材料 的应用将会越来越广泛 ， 应用 的领域也会越来越多 ， 为社会和企业带来比传统应用途径更加大的社会效 益以及经济效益。 参考文献 [ 1 ] 郑雁军 ，崔立 山，崔晓龙，徐春明．高附加值石油焦新材料f J 】 ． 新 型炭材料，2 0 0 6 1 5 6 5 7 ． [ 2]叶文尧．高硫石油焦脱硫新技术研究[ D 】 ． 长沙 湖南大学， 2 0 1 2 4 7 7 - 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