石油焦产品质量控制对策研究*

王永邦，罗望群，姚思涵，赵居杰，黄婉利

(中国石化炼油销售有限公司应用技术中心，上海　200050)



石油焦产品质量控制对策研究*

王永邦，罗望群，姚思涵，赵居杰，黄婉利

(中国石化炼油销售有限公司应用技术中心，上海200050)

分析了石油焦产品常见六类质量诉求产生的原因，并分别从工艺优化、生产现场管理、物流管理、港口管理等方面，探讨了质量控制措施。通过调节加热炉出口温度、焦化时间、塔顶压力、切焦水压力等可以改善石油焦挥发分、颗粒度等。水分的控制主要通过延长沥水时间，制定合理的扣水率。灰分控制主要通过减少油浆掺炼和避免产出后的外来污染。

石油焦；质量控制；工艺优化；管理

延迟焦化工艺是一种重要的渣油热加工过程。它以渣油为主要原料，在高温(495～505℃)下进行深度热裂化反应，主要产物有干气、汽油、柴油、蜡油和石油焦等[1]。长期以来，炼厂以追求增产汽、柴油为目标。但随着电解铝、钢铁、碳化硅和金属硅等冶炼行业的快速发展，石油焦需求量大大增加，石油焦产品价值逐步提高，为炼厂创造了一定比例的经济效益。

2013年中国石油焦消费量达到3300万吨，其中56.5%的石油焦用作电解铝行业用预焙阳极，31.4%用作CFB锅炉、玻璃厂的工业燃料，4.2%用作碳化硅、金属硅冶炼，7.9%用作石墨电极、增碳剂等其它炭素应用。制备预焙阳极是石油焦最主要的用途，而其对石油焦产品质量的要求也相对较高。近年来，随着石油焦产品质量的下降，炼铝过程中电极吨耗增加，冶炼成本上升，影响电解铝行业经济效益。

石油焦产品质量与原油品质、原油的加工工艺及延迟焦化生产工艺有关，同时由于石油焦的散装特点，使得从焦化塔出焦后到下游企业仓库的过程仓储、运输对质量影响也很大。本文从生产实践出发，系统的提出石油焦全环节产品质量控制措施。

1　石油焦常见质量诉求

1.1水分高

石油焦含水量大、企业扣水率偏低是客户时常投诉或抱怨的焦点。石油焦产品标准允许一定的含水率(质量分数不大于3%)，超出的部分，在销售计量时扣除，受采样及分析频次限制，各生产企业常设置固定扣水率。在石油焦水分高时，固定扣水率不足以抵消超出部分，造成客户采购亏吨，无效运输费用增加，引起供需双方矛盾。

造成含水较高的主要原因：一是有的企业没有堆场，焦池存焦能力有限，没有经过打堆或打堆时间不足而装运出厂；二是部分企业出于安全、环保考虑，防止自燃、控制扬尘，往焦堆喷水，没有进行一定程度沥水即开始装运，造成含水较高；三是，个别企业固定扣水率偏低，在雨季难免出现亏吨，给客户造成一定损失。

1.2灰分高

测定灰分的目的就是鉴定微量元素含量的多少，以便评定焦的质量。控制灰分含量亦即控制了微量元素，灰分过大将影响阳极自身以及原铝质量。石油焦按照SH/T 0527-1992和Q/SH PRD392-2010标准组织生产，3A、3B、4A、4B灰分标准分别是0.8%、1.2%、0.8%、1.0%，远高于炭素客户的要求，而这四个品种占石油焦销售的绝大部分，“合格不好用”现象严重，常受到客户抱怨或投诉。

造成石油焦灰分较高的主要原因：一是与原油结构调整和工艺变化相关，企业掺炼催化油浆和污油比例过大，致使灰分含量过高；二是堆放贮存时临近煤堆或其它矿石，粉尘造成杂质污染；三是由于管理不善，混入泥沙、石头、铁丝等杂质。

1.3挥发分高

石油焦的挥发分高说明焦化不完全，意味着炼厂液收降低、经济效益减少，同时影响煅后焦真密度，降低煅后焦实收率。但适量的挥发分，有助于石油焦煅烧。对于炭素行业来说，一般要求挥发分不大于12%。

造成石油焦挥发分高主要是与生产工艺和操作条件有关，如加热炉出口温度偏低、塔顶压力偏高、吹汽时间不足、生焦时间短等。

1.4硫含量高

石油焦硫含量是炭素行业最关注的指标之一。一方面，适量的硫含量是有益的，对煅后焦CO2反应性具有抑制作用，减少电极电解消耗[2]；但另一方面，在电解过程中，预焙阳极中硫主要以氧化物形态生成气相，严重污染电解环境和生态环境，危害职工健康。而预焙阳极中的硫主要是由原料带入的，因此对于原料石油焦中的硫含量要进行有效的控制。

造成石油焦硫含量高主要与冶炼高硫原油有关，随着原油的劣质化，石油焦硫含量还将进一步增高。

1.5含弹丸焦

弹丸焦外表光滑、内部结构与外表不一致，由于表面缺少孔隙，在与粘结剂煤沥青混捏时，粘结剂很难渗透到焦子内部，出现粘结不紧密，容易出现内部缺陷。另外弹丸焦热膨胀系数高，易造成焙烧阳极时产生热冲击裂纹[3]。预焙阳极用石油焦要求不含弹丸焦。同时弹丸焦产生也会对焦化装置的正常安全运转产生影响。

弹丸焦的产生主要与焦化原料性质及其组成有关，在加工胶质、沥青质及重芳烃含量高的原料时，操作工艺没有及时调整就很可能生成弹丸焦。有研究指出当渣油中沥青质含量达到11.80%、稳定因子达到0.40、金属(V+Ni)含量达到314 mg/kg时，就很容易产生弹丸焦[4]。

1.6颗粒度细

石油焦粒度对煅烧实收率、能耗及煅后焦质量影响较大，通常用粉焦量(指粒度小于8 mm的比例)来表征粒度。粉焦量含量高的石油焦在煅烧过程中碳质烧损严重，收率减少，容易导致炉体损坏，煅烧后产品无法满足大颗粒级配要求[5]。石油焦颗粒粒度主要受切焦压力和切距的影响。

2　石油焦产品质量控制措施

2.1工艺优化

从炼厂的经济效益考量，石油焦作为炼油副产品的地位没有改变，为了改善石油焦产品质量而调配原油的可能性和操作性不大，只能在有限范围内进行优化。调整焦化工艺是控制石油焦产品质量最有效的方式，从源头上减少不合格石油焦的产生。

(1)降低挥发分：一是，跟踪焦炭质量，适当增加加热炉出口温度，控制合适的焦化反应深度；二是，适当延长大吹汽时间，增加大吹汽量；三是，加强冷焦水系统的检查，严防冷焦水带油。

(2)减少粉焦量：一是，工艺上控制合适的加热炉出口温度，从而确保合适的反应深度；二是，反应末期适当提高加热炉出口温度，深度焦化有利于提高焦炭强度；三是，控制好切焦速度，避免水压过大。

(3)防止弹丸焦的生成：一是，加强对原料性质的监控；在加工高沥青质原料时，需要和低沥青质原料掺炼。二是，加工高沥青质渣油时，可以通过优化操作参数，抑制弹丸焦产生，实际操作中可以选择降低加热炉出口温度、提高循环比和反应压力等。

(4)工艺上控制石油焦灰分关键是焦化过程减少催化油浆、污泥等掺入。

2.2生产现场管理

焦池、焦堆是石油焦生产后最直接的第一线质量管理，对产品的一致性影响最大，如果管理不好，一些低级的、人为的错误都将导致产品的等级下降。因此，搞好现场质量管理是确保生产出稳定、高质量石油焦产品的关键，必须引起重视。

(1)石油焦水分的控制是管理的重中之重，生产企业应本着对客户负责和实事求是的态度，平衡安全、环保以及利益和水分之间关系。有堆场的企业应将石油焦转运至堆场控水后出厂，没有堆场的企业须在焦池将石油焦打堆沥水一定时间。同时要不断创造条件，努力向实测扣水过渡。

(2)石油焦产品检测尽量做到一塔一检，根据产品质量分储分堆，分类销售。以石油焦硫含量超标为例，多是因为生产企业原料发生变化，低硫焦和高硫焦切换时没有及时分堆分储，出厂后引起客户投诉。

(3)加工劣质原油或经常产出弹丸焦的企业，要加强对出焦后石油焦外观的观察，及时发现装置是否产生弹丸焦，产生弹丸焦要及时隔离；并加强装车管理，避免误装，若发现有弹丸焦混装，及时知会客户(或运输方)暂缓、延迟或停止发货。

(4)切实加强焦池和堆场的管理，严禁将泥土、石灰石、砂石、铁片等杂物带入产品中，发现油污、杂物时，必须随时加以清除。国产石油焦产品灰分较好，通常不大于0.5%，灰分高于此值的石油焦产品很有可能受到污染，微量元素分析上主要表现为Si、Ca或Fe含量异常。

(5)为避免石油焦在储存、转运过程中出现质量纠纷，同时也为改善劳动环境和大气环境，有条件的企业应尽力创造条件增加皮带输送系统和密闭堆场。石油焦可由焦化装置直接密闭输送至密闭焦场或运输车辆中，避免在露天堆放时混入其它杂物，同时由于装车系统密闭，也可降低转运过程中混入其他杂质的可能性。

2.3物流管理

石油焦由生产炼厂到客户手中，通常由客户自提或委托第三方运输，主要运输工具有汽车、火车、轮船等。汽运适合短距离运输，灵活方便，但成本较高。火车运输能力强，适合长距离资源转移，运输成本较低，但只适用于铺设铁路的地方。船运费用低，但运输时间较长，是国际贸易中最主要的运输方式。从出厂到终端用户环节很多，容易在转运过程中出现质量争议。为保证石油焦产品质量，客户或物流公司应当安排专人押运，全程跟踪，提高物流管理能力。

(1)装载石油焦前，检查车辆、船舱清洁，防止混入外来异物影响石油焦品质。运输工具尽量实现石油焦专用，对装载过其他物质的运输工具使用前必须经过水洗清洁。

(2)控制装车数量杜绝沿路洒漏，必要时加盖蓬布。

(3)加强安全防范，若石油焦冷却不彻底，放水温度高，在火车运输过程中易发生着火自燃。

(4)部分先进的第三方运输方，实现了运输途中石油焦状况的远程视频监控，可有效防止石油焦运输中污染、货差、灭失等发生，该方法值得推广。

2.4港口管理

石油焦贸易商开展国内及进出口业务都需要通过港口进行石油焦的短期周转，港口环境复杂，可能同时堆放有煤矿、铁矿石、硫磺等产品，同步进行多产品的装卸，极有可能造成产品的混杂污染。由于石油焦散装、露天堆放的特点，需要对装卸、仓储作业进行规范，规避污染风险，建议以下控制措施。

(1)规划石油焦专用堆场，地面需做硬化处理，远离硫磺堆场和煤堆场等，与周边货物有效隔离，必要时采取篷布遮盖防污。

(2)不同牌号石油焦分堆明确，标识清晰，

(3)安排石油焦装卸作业专用泊位，保证作业的机械设备处于完好状态，并清理干净相关机具，确保整洁。

(4)短驳车辆内整洁干净，进堆场车辆轮胎不粘带杂物。

(5)要求港口加强对操作人员的技能培训及职责考核，确保计量准确无误。

(6)建议配置监控摄像系统，实现全天候质量监控和追溯。

3　结　语

世界原油总的趋势是变重，高硫、高酸、高残炭、高金属含量的原油比例不断增加，石油焦产品质量劣质化趋势不可避免，特别是硫含量、灰分、微量元素含量的增加。在先天条件不足的情况下，要求石油焦上下游从业人员具有较高的质量意识和较强的责任使命，通过工艺调整、管理优化等，采取科学合理的措施，控制好石油焦产品质量。

[1]梁朝林,沈本贤.延迟焦化[M].中国石化出版社,2007:1-2.

[2]王永邦,黄婉利.煅后焦微量元素与反应性的关系研究[J].炭素技术,2014,33(4):16-19.

[3]吉延新,魏新伟,李宪磊,等.石油焦质量下滑对预焙阳极的危害及控制[J].炭素技术,2010,29(1):52-55.

[4]张成,束长好.延迟焦化工艺弹丸焦形成原因和对策[J].石油炼制与化工,2009,40(12):8-12.

[5]杜桂玲,贾鲁宁,于易如,等.石油焦粉焦的来源、危害及对策[J].轻金属,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

中国石油化工股份有限公司资助项目(2014JK002)。

王永邦(1986-)，男，工程师，主要从事碳基产品开发。

TE626.8+7

A

1001-9677(2016)06-0116-03