石油焦產(chǎn)品質(zhì)量控制對(duì)策研究*

王永邦，羅望群，姚思涵，趙居杰，黃婉利

(中國(guó)石化煉油銷售有限公司應(yīng)用技術(shù)中心，上?！?00050)

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石油焦產(chǎn)品質(zhì)量控制對(duì)策研究*

王永邦，羅望群，姚思涵，趙居杰，黃婉利

(中國(guó)石化煉油銷售有限公司應(yīng)用技術(shù)中心，上海200050)

分析了石油焦產(chǎn)品常見六類質(zhì)量訴求產(chǎn)生的原因，并分別從工藝優(yōu)化、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理、物流管理、港口管理等方面，探討了質(zhì)量控制措施。通過調(diào)節(jié)加熱爐出口溫度、焦化時(shí)間、塔頂壓力、切焦水壓力等可以改善石油焦揮發(fā)分、顆粒度等。水分的控制主要通過延長(zhǎng)瀝水時(shí)間，制定合理的扣水率?；曳挚刂浦饕ㄟ^減少油漿摻煉和避免產(chǎn)出后的外來污染。

石油焦；質(zhì)量控制；工藝優(yōu)化；管理

延遲焦化工藝是一種重要的渣油熱加工過程。它以渣油為主要原料，在高溫(495～505℃)下進(jìn)行深度熱裂化反應(yīng)，主要產(chǎn)物有干氣、汽油、柴油、蠟油和石油焦等[1]。長(zhǎng)期以來，煉廠以追求增產(chǎn)汽、柴油為目標(biāo)。但隨著電解鋁、鋼鐵、碳化硅和金屬硅等冶煉行業(yè)的快速發(fā)展，石油焦需求量大大增加，石油焦產(chǎn)品價(jià)值逐步提高，為煉廠創(chuàng)造了一定比例的經(jīng)濟(jì)效益。

2013年中國(guó)石油焦消費(fèi)量達(dá)到3300萬噸，其中56.5%的石油焦用作電解鋁行業(yè)用預(yù)焙陽(yáng)極，31.4%用作CFB鍋爐、玻璃廠的工業(yè)燃料，4.2%用作碳化硅、金屬硅冶煉，7.9%用作石墨電極、增碳劑等其它炭素應(yīng)用。制備預(yù)焙陽(yáng)極是石油焦最主要的用途，而其對(duì)石油焦產(chǎn)品質(zhì)量的要求也相對(duì)較高。近年來，隨著石油焦產(chǎn)品質(zhì)量的下降，煉鋁過程中電極噸耗增加，冶煉成本上升，影響電解鋁行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

石油焦產(chǎn)品質(zhì)量與原油品質(zhì)、原油的加工工藝及延遲焦化生產(chǎn)工藝有關(guān)，同時(shí)由于石油焦的散裝特點(diǎn)，使得從焦化塔出焦后到下游企業(yè)倉(cāng)庫(kù)的過程倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸對(duì)質(zhì)量影響也很大。本文從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，系統(tǒng)的提出石油焦全環(huán)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量控制措施。

1　石油焦常見質(zhì)量訴求

1.1水分高

石油焦含水量大、企業(yè)扣水率偏低是客戶時(shí)常投訴或抱怨的焦點(diǎn)。石油焦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)允許一定的含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3%)，超出的部分，在銷售計(jì)量時(shí)扣除，受采樣及分析頻次限制，各生產(chǎn)企業(yè)常設(shè)置固定扣水率。在石油焦水分高時(shí)，固定扣水率不足以抵消超出部分，造成客戶采購(gòu)虧噸，無效運(yùn)輸費(fèi)用增加，引起供需雙方矛盾。

造成含水較高的主要原因：一是有的企業(yè)沒有堆場(chǎng)，焦池存焦能力有限，沒有經(jīng)過打堆或打堆時(shí)間不足而裝運(yùn)出廠；二是部分企業(yè)出于安全、環(huán)?？紤]，防止自燃、控制揚(yáng)塵，往焦堆噴水，沒有進(jìn)行一定程度瀝水即開始裝運(yùn)，造成含水較高；三是，個(gè)別企業(yè)固定扣水率偏低，在雨季難免出現(xiàn)虧噸，給客戶造成一定損失。

1.2灰分高

測(cè)定灰分的目的就是鑒定微量元素含量的多少，以便評(píng)定焦的質(zhì)量?？刂苹曳趾恳嗉纯刂屏宋⒘吭?，灰分過大將影響陽(yáng)極自身以及原鋁質(zhì)量。石油焦按照SH/T 0527-1992和Q/SH PRD392-2010標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，3A、3B、4A、4B灰分標(biāo)準(zhǔn)分別是0.8%、1.2%、0.8%、1.0%，遠(yuǎn)高于炭素客戶的要求，而這四個(gè)品種占石油焦銷售的絕大部分，“合格不好用”現(xiàn)象嚴(yán)重，常受到客戶抱怨或投訴。

造成石油焦灰分較高的主要原因：一是與原油結(jié)構(gòu)調(diào)整和工藝變化相關(guān)，企業(yè)摻煉催化油漿和污油比例過大，致使灰分含量過高；二是堆放貯存時(shí)臨近煤堆或其它礦石，粉塵造成雜質(zhì)污染；三是由于管理不善，混入泥沙、石頭、鐵絲等雜質(zhì)。

1.3揮發(fā)分高

石油焦的揮發(fā)分高說明焦化不完全，意味著煉廠液收降低、經(jīng)濟(jì)效益減少，同時(shí)影響煅后焦真密度，降低煅后焦實(shí)收率。但適量的揮發(fā)分，有助于石油焦煅燒。對(duì)于炭素行業(yè)來說，一般要求揮發(fā)分不大于12%。

造成石油焦揮發(fā)分高主要是與生產(chǎn)工藝和操作條件有關(guān)，如加熱爐出口溫度偏低、塔頂壓力偏高、吹汽時(shí)間不足、生焦時(shí)間短等。

1.4硫含量高

石油焦硫含量是炭素行業(yè)最關(guān)注的指標(biāo)之一。一方面，適量的硫含量是有益的，對(duì)煅后焦CO2反應(yīng)性具有抑制作用，減少電極電解消耗[2]；但另一方面，在電解過程中，預(yù)焙陽(yáng)極中硫主要以氧化物形態(tài)生成氣相，嚴(yán)重污染電解環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，危害職工健康。而預(yù)焙陽(yáng)極中的硫主要是由原料帶入的，因此對(duì)于原料石油焦中的硫含量要進(jìn)行有效的控制。

造成石油焦硫含量高主要與冶煉高硫原油有關(guān)，隨著原油的劣質(zhì)化，石油焦硫含量還將進(jìn)一步增高。

1.5含彈丸焦

彈丸焦外表光滑、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外表不一致，由于表面缺少孔隙，在與粘結(jié)劑煤瀝青混捏時(shí)，粘結(jié)劑很難滲透到焦子內(nèi)部，出現(xiàn)粘結(jié)不緊密，容易出現(xiàn)內(nèi)部缺陷。另外彈丸焦熱膨脹系數(shù)高，易造成焙燒陽(yáng)極時(shí)產(chǎn)生熱沖擊裂紋[3]。預(yù)焙陽(yáng)極用石油焦要求不含彈丸焦。同時(shí)彈丸焦產(chǎn)生也會(huì)對(duì)焦化裝置的正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。

彈丸焦的產(chǎn)生主要與焦化原料性質(zhì)及其組成有關(guān)，在加工膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及重芳烴含量高的原料時(shí)，操作工藝沒有及時(shí)調(diào)整就很可能生成彈丸焦。有研究指出當(dāng)渣油中瀝青質(zhì)含量達(dá)到11.80%、穩(wěn)定因子達(dá)到0.40、金屬(V+Ni)含量達(dá)到314 mg/kg時(shí)，就很容易產(chǎn)生彈丸焦[4]。

1.6顆粒度細(xì)

石油焦粒度對(duì)煅燒實(shí)收率、能耗及煅后焦質(zhì)量影響較大，通常用粉焦量(指粒度小于8 mm的比例)來表征粒度。粉焦量含量高的石油焦在煅燒過程中碳質(zhì)燒損嚴(yán)重，收率減少，容易導(dǎo)致爐體損壞，煅燒后產(chǎn)品無法滿足大顆粒級(jí)配要求[5]。石油焦顆粒粒度主要受切焦壓力和切距的影響。

2　石油焦產(chǎn)品質(zhì)量控制措施

2.1工藝優(yōu)化

從煉廠的經(jīng)濟(jì)效益考量，石油焦作為煉油副產(chǎn)品的地位沒有改變，為了改善石油焦產(chǎn)品質(zhì)量而調(diào)配原油的可能性和操作性不大，只能在有限范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)整焦化工藝是控制石油焦產(chǎn)品質(zhì)量最有效的方式，從源頭上減少不合格石油焦的產(chǎn)生。

(1)降低揮發(fā)分：一是，跟蹤焦炭質(zhì)量，適當(dāng)增加加熱爐出口溫度，控制合適的焦化反應(yīng)深度；二是，適當(dāng)延長(zhǎng)大吹汽時(shí)間，增加大吹汽量；三是，加強(qiáng)冷焦水系統(tǒng)的檢查，嚴(yán)防冷焦水帶油。

(2)減少粉焦量：一是，工藝上控制合適的加熱爐出口溫度，從而確保合適的反應(yīng)深度；二是，反應(yīng)末期適當(dāng)提高加熱爐出口溫度，深度焦化有利于提高焦炭強(qiáng)度；三是，控制好切焦速度，避免水壓過大。

(3)防止彈丸焦的生成：一是，加強(qiáng)對(duì)原料性質(zhì)的監(jiān)控；在加工高瀝青質(zhì)原料時(shí)，需要和低瀝青質(zhì)原料摻煉。二是，加工高瀝青質(zhì)渣油時(shí)，可以通過優(yōu)化操作參數(shù)，抑制彈丸焦產(chǎn)生，實(shí)際操作中可以選擇降低加熱爐出口溫度、提高循環(huán)比和反應(yīng)壓力等。

(4)工藝上控制石油焦灰分關(guān)鍵是焦化過程減少催化油漿、污泥等摻入。

2.2生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理

焦池、焦堆是石油焦生產(chǎn)后最直接的第一線質(zhì)量管理，對(duì)產(chǎn)品的一致性影響最大，如果管理不好，一些低級(jí)的、人為的錯(cuò)誤都將導(dǎo)致產(chǎn)品的等級(jí)下降。因此，搞好現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理是確保生產(chǎn)出穩(wěn)定、高質(zhì)量石油焦產(chǎn)品的關(guān)鍵，必須引起重視。

(1)石油焦水分的控制是管理的重中之重，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)本著對(duì)客戶負(fù)責(zé)和實(shí)事求是的態(tài)度，平衡安全、環(huán)保以及利益和水分之間關(guān)系。有堆場(chǎng)的企業(yè)應(yīng)將石油焦轉(zhuǎn)運(yùn)至堆場(chǎng)控水后出廠，沒有堆場(chǎng)的企業(yè)須在焦池將石油焦打堆瀝水一定時(shí)間。同時(shí)要不斷創(chuàng)造條件，努力向?qū)崪y(cè)扣水過渡。

(2)石油焦產(chǎn)品檢測(cè)盡量做到一塔一檢，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量分儲(chǔ)分堆，分類銷售。以石油焦硫含量超標(biāo)為例，多是因?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)原料發(fā)生變化，低硫焦和高硫焦切換時(shí)沒有及時(shí)分堆分儲(chǔ)，出廠后引起客戶投訴。

(3)加工劣質(zhì)原油或經(jīng)常產(chǎn)出彈丸焦的企業(yè)，要加強(qiáng)對(duì)出焦后石油焦外觀的觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置是否產(chǎn)生彈丸焦，產(chǎn)生彈丸焦要及時(shí)隔離；并加強(qiáng)裝車管理，避免誤裝，若發(fā)現(xiàn)有彈丸焦混裝，及時(shí)知會(huì)客戶(或運(yùn)輸方)暫緩、延遲或停止發(fā)貨。

(4)切實(shí)加強(qiáng)焦池和堆場(chǎng)的管理，嚴(yán)禁將泥土、石灰石、砂石、鐵片等雜物帶入產(chǎn)品中，發(fā)現(xiàn)油污、雜物時(shí)，必須隨時(shí)加以清除。國(guó)產(chǎn)石油焦產(chǎn)品灰分較好，通常不大于0.5%，灰分高于此值的石油焦產(chǎn)品很有可能受到污染，微量元素分析上主要表現(xiàn)為Si、Ca或Fe含量異常。

(5)為避免石油焦在儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量糾紛，同時(shí)也為改善勞動(dòng)環(huán)境和大氣環(huán)境，有條件的企業(yè)應(yīng)盡力創(chuàng)造條件增加皮帶輸送系統(tǒng)和密閉堆場(chǎng)。石油焦可由焦化裝置直接密閉輸送至密閉焦場(chǎng)或運(yùn)輸車輛中，避免在露天堆放時(shí)混入其它雜物，同時(shí)由于裝車系統(tǒng)密閉，也可降低轉(zhuǎn)運(yùn)過程中混入其他雜質(zhì)的可能性。

2.3物流管理

石油焦由生產(chǎn)煉廠到客戶手中，通常由客戶自提或委托第三方運(yùn)輸，主要運(yùn)輸工具有汽車、火車、輪船等。汽運(yùn)適合短距離運(yùn)輸，靈活方便，但成本較高?；疖囘\(yùn)輸能力強(qiáng)，適合長(zhǎng)距離資源轉(zhuǎn)移，運(yùn)輸成本較低，但只適用于鋪設(shè)鐵路的地方。船運(yùn)費(fèi)用低，但運(yùn)輸時(shí)間較長(zhǎng)，是國(guó)際貿(mào)易中最主要的運(yùn)輸方式。從出廠到終端用戶環(huán)節(jié)很多，容易在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量爭(zhēng)議。為保證石油焦產(chǎn)品質(zhì)量，客戶或物流公司應(yīng)當(dāng)安排專人押運(yùn)，全程跟蹤，提高物流管理能力。

(1)裝載石油焦前，檢查車輛、船艙清潔，防止混入外來異物影響石油焦品質(zhì)。運(yùn)輸工具盡量實(shí)現(xiàn)石油焦專用，對(duì)裝載過其他物質(zhì)的運(yùn)輸工具使用前必須經(jīng)過水洗清潔。

(2)控制裝車數(shù)量杜絕沿路灑漏，必要時(shí)加蓋蓬布。

(3)加強(qiáng)安全防范，若石油焦冷卻不徹底，放水溫度高，在火車運(yùn)輸過程中易發(fā)生著火自燃。

(4)部分先進(jìn)的第三方運(yùn)輸方，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸途中石油焦?fàn)顩r的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，可有效防止石油焦運(yùn)輸中污染、貨差、滅失等發(fā)生，該方法值得推廣。

2.4港口管理

石油焦貿(mào)易商開展國(guó)內(nèi)及進(jìn)出口業(yè)務(wù)都需要通過港口進(jìn)行石油焦的短期周轉(zhuǎn)，港口環(huán)境復(fù)雜，可能同時(shí)堆放有煤礦、鐵礦石、硫磺等產(chǎn)品，同步進(jìn)行多產(chǎn)品的裝卸，極有可能造成產(chǎn)品的混雜污染。由于石油焦散裝、露天堆放的特點(diǎn)，需要對(duì)裝卸、倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)進(jìn)行規(guī)范，規(guī)避污染風(fēng)險(xiǎn)，建議以下控制措施。

(1)規(guī)劃石油焦專用堆場(chǎng)，地面需做硬化處理，遠(yuǎn)離硫磺堆場(chǎng)和煤堆場(chǎng)等，與周邊貨物有效隔離，必要時(shí)采取篷布遮蓋防污。

(2)不同牌號(hào)石油焦分堆明確，標(biāo)識(shí)清晰，

(3)安排石油焦裝卸作業(yè)專用泊位，保證作業(yè)的機(jī)械設(shè)備處于完好狀態(tài)，并清理干凈相關(guān)機(jī)具，確保整潔。

(4)短駁車輛內(nèi)整潔干凈，進(jìn)堆場(chǎng)車輛輪胎不粘帶雜物。

(5)要求港口加強(qiáng)對(duì)操作人員的技能培訓(xùn)及職責(zé)考核，確保計(jì)量準(zhǔn)確無誤。

(6)建議配置監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全天候質(zhì)量監(jiān)控和追溯。

3　結(jié)　語

世界原油總的趨勢(shì)是變重，高硫、高酸、高殘?zhí)俊⒏呓饘俸康脑捅壤粩嘣黾?，石油焦產(chǎn)品質(zhì)量劣質(zhì)化趨勢(shì)不可避免，特別是硫含量、灰分、微量元素含量的增加。在先天條件不足的情況下，要求石油焦上下游從業(yè)人員具有較高的質(zhì)量意識(shí)和較強(qiáng)的責(zé)任使命，通過工藝調(diào)整、管理優(yōu)化等，采取科學(xué)合理的措施，控制好石油焦產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]梁朝林,沈本賢.延遲焦化[M].中國(guó)石化出版社,2007:1-2.

[2]王永邦,黃婉利.煅后焦微量元素與反應(yīng)性的關(guān)系研究[J].炭素技術(shù),2014,33(4):16-19.

[3]吉延新,魏新偉,李憲磊,等.石油焦質(zhì)量下滑對(duì)預(yù)焙陽(yáng)極的危害及控制[J].炭素技術(shù),2010,29(1):52-55.

[4]張成,束長(zhǎng)好.延遲焦化工藝彈丸焦形成原因和對(duì)策[J].石油煉制與化工,2009,40(12):8-12.

[5]杜桂玲,賈魯寧,于易如,等.石油焦粉焦的來源、危害及對(duì)策[J].輕金屬,2009(3):35-38.

Study on Quality Control Measures of Petroleum Coke*

WANG Yong-bang,LUO Wang-qun,YAO Si-han,ZHAO Ju-jie,HUANG Wan-li

(Applied Technology Center,Sinopec Refinery Product Sales Company Limited,Shanghai 200050,China)

The common quality problems of petroleum coke were analyzed,the quality control measures were discussed from several respects such as process optimization,production site management,logistics management,port management,etc.by adjusting the coking time,temperature,pressure and decoking water pressure to improve the volatile matter and particle size,etc.Moisture was mainly controlled by extending the draining time,a reasonable rate of withholding water was formulated.Ash was mainly controlled by reducing oil slurry blending and avoiding external pollution.

petroleum coke; quality control; process optimization; management

中國(guó)石油化工股份有限公司資助項(xiàng)目(2014JK002)。

王永邦(1986-)，男，工程師，主要從事碳基產(chǎn)品開發(fā)。

TE626.8+7

A

1001-9677(2016)06-0116-03