Контроль нефтяного кокса (сырой)

Контроль качества нефтяного кокса (сырого)

Введение
Нефтяной кокс сырой (Calcined Petroleum Coke - CPC сырец) – это твердый углеродистый продукт, получаемый при термическом крекинге или коксовании тяжелых нефтяных остатков на нефтеперерабатывающих заводах. Являясь ключевым сырьем для производства анодной массы (для алюминиевой промышленности) и графитированных электродов (для сталеплавильной промышленности), а также нашедшим применение в других отраслях (например, как топливо или сырье для карбида кремния), качество сырого нефтяного кокса напрямую влияет на эффективность и стоимость дальнейших технологических процессов и качество конечной продукции. Поэтому строгий и всесторонний контроль его характеристик имеет первостепенное значение.

1. Объекты испытаний

Объектом испытаний является непосредственно нефтяной кокс сырой. Контролю подлежат следующие его формы и параметры:

1. Физическая форма:
   • Грин-кокс (Green Coke): Мелкозернистый, порошкообразный или гранулированный кокс после коксования, до прокалки.
   • Прокаленный кокс сырой (Raw Calcined Coke): Кокс, прошедший высокотемпературную обработку (прокалку) для удаления летучих веществ и увеличения содержания углерода, но до дополнительной обработки (например, дробления до определенной фракции для анодов). Обычно поставляется в виде кусков различного размера.
2. Ключевые контролируемые параметры:
   • Влажность (Moisture Content)
   • Содержание летучих веществ (Volatile Matter - VM)
   • Зольность (Ash Content)
   • Содержание серы (Sulfur Content - S)
   • Содержание основных зольных элементов (Ni, V, Si, Fe, Na, Ca, Mg и др.)
   • Истинная плотность (Real Density - RD)
   • Насыпная плотность (Bulk Density - BD)
   • Гранулометрический состав (Particle Size Distribution - PSD)
   • Остаток на сите (Sieve Residue)
   • Коэффициент термического расширения (Coefficient of Thermal Expansion - CTE) – обычно для прокаленного.
   • Содержание кальцинированного кокса в грин-коксе (для оценки выхода)
   • Микроструктура и оптическая текстура (через петрографический анализ)

2. Область испытаний

Контроль качества нефтяного кокса сырого проводится на различных этапах:

1. Приемочный контроль: Проверка партий сырья, поступающего от поставщиков, на соответствие требованиям технических условий (ТУ) или договора.
2. Производственный контроль (на НПЗ):
   • Контроль параметров грин-кокса после коксования.
   • Контроль параметров прокаленного кокса после печей прокалки.
   • Мониторинг стабильности технологического процесса коксования и прокалки.
3. Контроль перед отгрузкой: Подтверждение качества готовой к отгрузке партии прокаленного кокса сырого.
4. Лабораторные исследования: Углубленный анализ для разработки новых сортов кокса, оценки сырьевой базы, решения технологических проблем или спорных вопросов.
5. Контроль влияния на последующие процессы: Оценка пригодности кокса для производства анодной массы или электродов (например, CTE, реакционная способность, содержание примесей).

3. Методы испытаний

Контроль качества осуществляется с использованием стандартизированных методов, преимущественно международных:

1. Определение влажности: Стандартные методы сушки образца при заданной температуре (обычно 105-110°C) до постоянной массы (например, ASTM D3173, ISO 687).
2. Определение летучих веществ: Прокаливание навески кокса в тигле с крышкой при строго определенной высокой температуре (обычно 950°C) в инертной атмосфере в течение фиксированного времени (например, ASTM D3175, ISO 562).
3. Определение зольности: Сжигание навески кокса в муфельной печи при высокой температуре (обычно 750-800°C) до полного выгорания углерода и постоянной массы негорючего остатка (например, ASTM D3174, ISO 1171).
4. Определение содержания серы: Наиболее распространены:
   • Метод сжигания в трубчатой печи с последующим ИК-детектированием или титрованием продуктов сгорания (например, ASTM D4239, ISO 351).
   • Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF).
5. Определение элементного состава золы: Анализ зольного остатка методами:
   • Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES).
   • Атомно-абсорбционная спектрометрия (AAS).
   • Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF) – как зольного остатка, так и самого кокса (для некоторых элементов).
6. Определение истинной плотности (RD): Пикнометрический метод с использованием жидкостей, не взаимодействующих с коксом (например, ксилол), для измерения объема твердой фазы (например, ASTM D2638, ISO 21687).
7. Определение насыпной плотности (BD): Засыпка кокса определенной фракции в мерный сосуд стандартного объема и взвешивание (например, ASTM D4292, ISO 10236).
8. Гранулометрический состав (PSD) и остаток на сите: Просеивание пробы через набор сит с отверстиями разного размера и взвешивание остатка на каждом сите (например, ASTM D5003, ISO 728).
9. Определение коэффициента термического расширения (CTE): Дилатометрический метод – измерение линейного расширения образца кокса определенной формы при нагреве в инертной атмосфере (например, ASTM D696 или модификации для кокса).
10. Петрографический анализ: Исследование полированных шлифов кокса под отраженным световым микроскопом для определения типов оптической текстуры (изотропная, анизотропная – игольчатая, доменная, губчатая и т.д.) и выявления микронеоднородностей (например, ASTM D5061, ISO 10237).

4. Испытательное оборудование

Контроль качества требует специализированного лабораторного оборудования:

Заключение
Система контроля качества нефтяного кокса сырого представляет собой комплекс взаимосвязанных процедур, охватывающих все стадии его обращения – от производства до использования в качестве сырья. Стандартизированные методы испытаний и применение специализированного высокоточного оборудования позволяют объективно оценить ключевые физико-химические свойства кокса. Такой контроль обеспечивает стабильность технологических процессов его дальнейшей переработки (производство анодной массы, электродов), гарантирует соответствие продукции требованиям потребителей и минимизирует риски выпуска некондиции. Регулярный и тщательный контроль параметров сырого нефтяного кокса является неотъемлемой частью обеспечения качества в металлургической и нефтехимической отраслях. Особое внимание следует уделять безопасности работы с коксом (пыль, сера) при проведении испытаний.