石油焦质量标准

石油焦质量标准石油焦质量标准 新闻来源 作者 点击 122 次 石油焦是由延迟焦化装置生产的黑色固体或粉末 根据石 油焦的结构和外观 又分为针状焦 海绵焦和弹丸焦 针状焦 具有明显的针状结构和纤维纹理 对生产工艺和原料都有特殊 要求 主要用于生产电炉炼钢的高功率石墨电极 海绵焦化学 反应性高 杂质含量低 主要用于炼铝工业以及炭素行业 弹 丸焦一般是由高硫 高沥青质的渣油生产 只能作为燃料用于 发电 水泥等工业 随着原油变重 重质燃料油市场缩小以及环保对汽油 柴 油质量要求的提高 焦化已成为重要的渣油加工手段 随之而 来的是越来越多的石油焦投放到市场 截至 2002 年在我国共有 31 套延迟焦化装置 焦化总加工能力已超过 2300 万吨 年 生 产延迟石油焦 500 多万吨 石油焦质量和市场的波动将直接影 响石化企业的效益及经营策略 我国加入 WTO 后受经济全球化的影响 国际石油焦市场的 变化也会直接影响国内石油焦市场 分析石油焦生产与市场需 求的现状及发展趋势 为企业延迟焦化生产及石油焦质量控制 预测石油焦市场风险 调整产品结构提供科学依据 2 石油焦的生产与应用 2 1 石油焦生产 自从 1929 年美国 Standard oil 建成第一套延迟焦化装置 以来 延迟焦化的技术革新就从未停止过 除焦系统对环境的 污染得到了较大的改善 延迟焦化工艺由于技术成熟 重油转 化率高 生产成本低等优点已被许多炼油企业广泛用于重油深 加工 2002 年世界延迟焦化能力已达到 1 5 亿吨 年 如表 1 所示 延迟焦化能力在 2001 年增加了 2 75 从 1998 年到 2002 年总计增加了 7 57 美国的焦化能力最大 占世界总能 力的 60 以上 按石油焦产率 30 计算 每年世界延迟石油焦产 量达到 4600 万吨左右 表 1 世界延迟焦化加工能力统计 01 02 的 98 02 的 延迟焦化能力 万吨 年 增加量增加量 地 区 1 98 1 99 1 00 1 01 1 02 美国 8187 5 8801 5 9090 9261 9534 2 95 16 44 加拿 大 79 81 5 82 5 82 5 82 5 0 4 43 拉美 加勒 比地 区 1068 5 1068 5 1510 1270 1270 0 18 86 西欧 1320 1362 1367 1252 1237 1 20 6 29 独联 1680 1523 5 1521 5 1065 1065 0 00 36 61 体 中 东欧 中东 391 391 433 433 433 0 00 10 74 非洲 82 5 82 5 82 5 82 5 82 5 0 00 0 亚太 1528 5 1650 1649 1563 5 1718 5 9 91 12 43 合计 14337 14960 5 15735 5 15009 5 15422 5 2 75 7 57 随着中国经济的快速增长和环保法规的日益严格 中国炼 油工业面临提高轻质燃料油收率和改善质量的双重挑战 从 90 年代后期 许多企业采用延迟焦化技术提高原油加工深度和 轻质油收率 新建延迟焦化装置 详见表 2 16 套 不少装置 还进行了扩能改造 延迟焦化能力从 90 年代初期的 791 万吨 年发展到 2002 年的 2354 万吨 年 石油焦产量已达 500 多万吨 占世界石油焦市场的 10 左右 表 2 中国延迟焦化及石油焦生产能力 万吨 年 年 份 焦化加工能力 石油焦产量 1990791 19951348240 19992063392 20022354502 2 2 石油焦应用 1999 年世界石油焦产量为 4800 万吨左右 其应用市场分 布如表 3 世界上石油焦最大用户是水泥工业 其消耗量约占 石油焦市场份额的 40 其次是石油焦煅烧后用来生产炼铝用 预焙阳极或炼钢用石墨电极 有 22 的石油焦进行煅烧 石油 焦作为燃料发电 供热也被广泛使用 特别是循环流化床锅炉 CFB 技术的发展和应用 可以有效减少高硫石油焦燃烧后 SOx 排放对环境的污染 但 CFB 锅炉投资比较大 炼钢工业使用石 油焦作为钢铁的增炭剂 这部分用量远没有生产石墨电极的用 量大 还有部分石油焦用于二氧化钛以及聚碳酯生产等化工行业 表 3 世界石油焦使用概况 用途 用量 万吨 市场份额 水泥工业 192040 煅烧焦 生产阳极糊或电 极 105622 发电 67214 炼钢 炼钢用增炭剂 3367 燃料供热 481 其它 76816 合计 4800100 中国和前苏联未统计在内 我国石油焦的主要应用领域见表 4 在 2000 年炼铝工业 石油焦用量为 215 万吨 占石油焦总消费量的 2 3 随着炼铝 行业的迅速发展 炼铝用石油焦市场会进一步扩大 生产电炉 炼钢用石墨电极以及炼钢用的增炭剂消耗石油焦 46 万吨 占石 油焦市场的 14 左右 燃料用焦主要是部分企业用高硫石油焦 煤 代替重油发电以及生产合成气 随着高硫焦产量的不断 增加 这部分市场也将会进一步扩大 表 4 我国石油焦消费状况 消耗行业 2000 年 万吨 所占比例 实际消费量 322100 炼铝 21567 炼钢 4614 燃料及其它 6119 3 石油焦质量及要求 3 1 石油焦质量现状 为考察石油焦质量现状 分别从国内生产企业采集了 15 个焦炭样品 海关采集 7 个具有代表性的进口石油焦样品 所 有样品均为普通煅烧前石油焦 对这些样品进行了全面质量检 验 分析结果归纳见表 5 国产石油焦挥发分的平均值与进口石油焦相当 但波动幅 度较大 部分企业的挥发分太高 首先影响石油焦质量和使用 其次降低石油焦挥发分含量有助于提高焦化液收和经济效益 挥发分实际上是大的碳氢分子滞留在石油焦中形成的 石油焦 挥发分大于 12 的企业应充分重视 通过采取升高焦化温度以 及其它技术措施将石油焦的挥发分降下来 石油焦的灰分主要由石油渣油中的金属氧化物及盐类在焦 炭中浓缩形成的 由于国内原油的重金属含量普遍低于进口原 油 所以国内石油焦灰分含量较低 平均值为 0 18 远低于进 口石油焦的平均灰分 0 64 最大只有 0 36 国内石油焦的水分平均值为 8 3 远高于进口石油焦的 水分 这完全可以通过石油焦储运技术和管理的改进将水分维 持在 8 以下 减少用户运输成本和运输过程渗水对环境的污染 国内石油焦的抗磨指数平均值为 81 3 大于进口石油焦 说明我国石油焦比较软 容易破碎 表 5 国产与进口石油焦分析结果 国 产进 口 焦炭来源 最高最低平均最高最低平均 挥发分 w 17 6 6 810 7413 29 610 2 灰分 w 0 360 060 181 040 160 64 水分 w 15 30 28 310 50 63 4 哈氏可磨性 1204081 31073567 2 热值 g cal 1 8724 8266 8453 8529 8089 8282 w C g g 1 91 4 87 9 89 9 90 79 85 76 88 06 w H g g 1 4 32 3 49 3 91 4 17 3 51 3 85 w S g g 1 5 96 0 73 1 98 8 08 1 61 4 72 w N g g 1 2 9 1 21 2 102 2 32 1 33 1 85 w Al g g 1 359 4 7 79 5 143 8 47 7 w Ca g g 1 378 20 5 131 4 149 29 6 70 4 w Cu g g 12 5 0 3 0 9 4 0 7 1 5 w Fe g g 1 357 60 4 126 2 292 64 4 195 2 w Mg g g 1 14 4 3 5 8 9 17 9 6 5 10 2 w Na g g 1 74 4 8 6 32 2 50 6 12 8 27 7 w Ni g g 1 504 106 198 3 461 114 274 7 w Pb g g 1 8 0 2 1 1 1 1 0 2 0 57 w V g g 1 710 21 4 161 2 1687 92 5 762 5 国产石油焦的热值普遍高于进口石油焦 这是因为国产石 油焦碳氢含量之和为 93 81 高于进口石油焦 而杂原子含量 较低 硫是影响石油焦质量的最重要指标之一 由于石油焦中硫 在石油焦使用过程中都会氧化转化为 SOx 造成环境污染 国 产石油焦硫含量平均值为 1 98 远低于进口石油焦 但部分加 工进口高硫原油的企业 石油焦硫含量最高达 5 96 进口石 油焦硫含量普遍较高 最高达 8 在使用过程中必须注意硫对 环境的污染问题 我国石油焦的氮含量普遍高于进口石油焦 但氮对石油焦的使用影响不大 在炼铝工业中 焦中的金属会最终转移到铝产品中 由于 炭阳极会在炼铝工业中消耗掉 碳素材料中大多金属杂质对其 氧化反应有催化作用 多种金属的协同催化作用 如 V Na V Fe Cu 将远大于单种金属的影响 杂质的催化作用将 直接提高阳极炭耗 所以炼铝用石油焦对金属含量提出了明确 的要求 1 2 本次对石油焦中关键金属组分进行了检测分 析 近年来 部分企业将催化油浆掺入焦化原料中 使催化剂 粉末进入焦炭中 造成铝含量偏高 由于我国部分重质含酸原 油含有一定量的钙 很难在脱盐过程中除去 最后累积在石油 焦中 造成石油焦钙含量偏高 国内石油焦的钠含量也普遍高 于进口石油焦 反映了国内在原油脱盐脱水方面有待改进 由 于加工进口油以及高金属含量的劣质渣油越来越多 石油焦中 镍和钒的含量越来越高 镍含量已接近进口石油焦水平 钒含 量较低 国产石油焦在关键质量指标如硫 灰分和金属含量等均优 于进口石油焦 总体质量较好 但挥发分 水分等指标有待进 一步改善 3 2 各行业石油焦质量要求及问题 国内石油焦质量普遍认可的标准是 SH0527 92 该标准主 要根据石油焦的硫含量分类的 其中一级品 1A 和 1B 焦适用 于炼钢工业中制作普通功率石墨电极 也适用于炼铝工业中制 作铝用碳素 2A 和 2B 焦用于炼铝工业中制作铝用碳素 3A 和 3B 用于化学工业中制作碳化物或燃料 用户单位根据自身特点 对石油焦质量也提出了具体要求 炼钢行业专家提出制备石墨电极用石油焦标准 见表 6 1 中与现行的 SH T0527 标准相比增加了热膨胀系数 粉 焦含量等指标 硫含量要求不大于 0 5 这一标准是早期针对 大庆石油焦提出的 目前这类石油焦生产量很少 部分冶金企 业反映国内供应的石油焦中金属含量过高主要是镍 钒 已影 响到企业的生产及产品质量 但未提出具体指标要求 表 6 冶金部专家建议石油焦质量指标 高功率 普通 铝用 用 途 石墨电极 石墨电极 炭素制品 实验方法 CTE 10 6 oC 1 室温 600 oC 1 6 2 0 GB3074 82 灰分 w 0 15 0 5 0 5 GB3074 82 硫分 w 0 3 0 5 1 0 GB3074 82 粉焦量 w 5mm 以下 20 20 我国石油焦的最大用户是炼铝工业 铝是由 Al2O3 经过电 解还原生产 由石油焦制备的预焙阳极作为炼铝过程的还原剂 其化学反应式如下 生产一吨电解铝 化学反应过程的理论炭阳极消耗是 363 公斤 在实际生产过程中 由于 CO 的产生以及炭和空气发生氧 化反应 实际炭耗量约 450 500 公斤 吨铝 炼铝阳极的质量直 接决定电解铝的质量和成本 世界炼铝工业对石油焦的质量要 求如表 7 炼铝工业除对石油焦灰分 挥发分 硫含量等质量指标有 一定要求外 一些对炼铝工业影响比较大的质量指标也提出了 明确要求 如各种金属含量 颗粒度 空气 二氧化碳反应性 等都制定了相应质量控制指标 我国大部分石油焦都可满足以上指标要求 并具有硫和金 属含量低的优势 石油焦生产企业应与炼铝及炭素企业共同制 定炼铝专用料石油焦质量标准 限制劣质石油焦的进口 部分 加工进口高硫油和塔河油的企业 硫含量和金属难以满足以上 要求 许多石油焦用户提出定点 定质 定量生产采购 减少 石油焦性质不稳定对阳极质量的影响 各种石油焦均可作为燃料使用 对硫含量 金属 挥发分 等各种指标没有明确要求 但要求质量稳定 CFB 锅炉技术可 以有效解决高硫石油焦燃烧排放 SOx 的问题 但 CFB 锅炉发电 投资比较大 3 随着原油中硫含量不断升高 而清洁燃料硫 含量的要求越来越低 许多炼厂采用 IGCC Integrated Gasification Combined Cycle 技术 利用石油焦发电并生产 合成气或氢气 解决炼油企业为脱硫而氢气不足的矛盾 目前 为生产含硫 30 g g 汽柴油 许多研究人员将目光转向利用石 油焦制备合成气 然后利用费 托合成技术生产柴油 随着加工 原油硫含量不断升高 高硫石油焦的利用已成为我国炼油业面 临的重大研究课题 表 7 炼铝阳极用石油焦一般质量要求 性质 生 焦 熟 焦 水分 w 8 10 0 30 氢 w 0 10 灰分 w 0 4 0 40 挥发分 w 11 5 0 40 硫 w 3 5 3 0 钒 g g 1 300 250 镍 g g 1 200 200 硅 g g 1 250 200 铁 g g 1 300 300 钙 g g 1 200 150 钠 g g 1 100 0 84 表观密度 Hg g cm 3 1 70 真密度 He g cm 3 2 05 2 08 电阻率 ohm in 0 042 600oC 空气反应性 min 1 0 25 525oC 空气反应性 min 1 0 30 CO2反应性 8 0 8 mm 30 40 4 mm 45 2 mm 30 1 mm 0 25 mm 15 4 石油焦市场 4 1 市场状况 目前国内石油焦市场总体是供货略有不足 个别炼油厂出 现了用户排队等货的现象 随着我国炼铝工业的迅速发展 对 炼铝石油焦的需求量会进一步增加 鉴于国内石油焦供不应求 和价格持续走高的现象 用户开始转向使用进口石油焦 2000 年国内石油焦进口量为 3 93 万吨 其中生焦 1 88 万吨 煅烧焦 2 05 万吨 2001 上升到 20 89 万吨 其中生焦 18 24 万吨 煅 烧焦 2 65 万吨 2002 年石油焦进口量猛增到 127 71 万吨 其 中生焦 122 99 万吨 煅烧焦 4 72 万吨 根据行业原有规划 2005 年全国铝产量将达到 380 万吨 见表 8 需石油焦 300 万吨 但最近了解 2005 年全国铝产 量将会突破 500 万吨 可能会达到 600 万吨 以此推算 炼铝 行业需石油焦约 450 万吨 到 2010 年预计全国铝产量达到 750 万吨 需石油焦 580 万吨 2005 年全国钢产量按 1 4 亿吨 电 炉钢按 20 计算 需石油焦 65 万吨 燃料用焦是部分企业使用 石油焦 煤 代油 约 137 万吨 和少部分燃料 共 150 万吨 其它化工行业 约 40 万吨左右 2005 年全国石油焦需求合计 约 705 万吨 2010 年需求量约为 900 万吨 未来石油焦市场增长最快的是炼铝行业用石油焦 从 2000 年到 2010 年 炼铝用石油焦市场从 215 万吨 年增长到 580 万吨左右 增长率为 170 尽管我国延迟焦化发展很快 但远远不能满足炼铝工业发展对石油焦的市场需求 这块市场 的缺口可能短期内还需要进口部分石油焦弥补或采用部分等外 石油焦 表 8 我国石油焦市场预测 万吨 消耗行业 2001 年 2005 预测 2010 预测 实际消费量 361705900 炼铝 246450580 炼钢 476580 燃料及其它 68190240 4 2 美国石油焦价格 由于美国是世界上最大的石油焦生产国 其产量约占世界 石油焦产量的 60 美国的石油焦出口价格直接决定国际石油 焦价格 由图 1 美国石油焦价格走势可以看出 石油焦价格波 动范围比较大 石油焦的价格随煤的价格和石油焦供求关系的 变化而上下波动 以低硫 2 石油焦价格为例 在 90 92 年 其最高价格在 50 美元 吨以上 在 99 2000 年 最低价格只有 20 美元 吨 但低硫石油焦和高硫石油焦的价差相对比较稳定 图 1 美国石油焦价格走势 4 3 国内石油焦价格 近年来由于我国建筑 基础设施发展比较快 带动了有色 金属行业的迅速发展 对石油焦的需求逐年上升 各企业的石 油焦销售比较顺利 炼铝用石油焦销售价格也从 2001 年年初的 300 元 吨涨到 2002 年 11 月份的 600 元 吨 目前石油焦的出 厂价维持在 500 元 吨左右 生产电极的优质石油焦国内需求 量增长不大 价格也有一定的上浮 根据石油焦质量不同 2002 年以后石油焦市场仍然较好 石油焦价格比 2001 年升高 了 200 多元 目前生产电极石油焦价格在 600 1000 元 吨左右 随着国内价格的不断上涨 石油焦进口量增长较快 由于国内 销售价格高于我国石油焦进出口价格 生产企业出口不积极也 不顺利 加上进口石油焦对市场的冲击 近期石油焦价格略有 下降 5 结论和建议 1 世界上延迟焦化加工能力持续增长 总量已超过 1 5 亿吨 年 石油焦生产能力是 4800 万吨 年左右 主要用途 有 水泥工业占 40 用于生产石墨电极和炼铝的煅烧石油焦 占 22 作为燃料发电 14 炼钢 7 以及其它化工行业 石油 焦的价格随煤的价格以及供求关系的变化而上下波动 2 中国延迟焦化能力已达到 2300 万吨 年以上 生产石