石油的減壓渣油，經焦化裝置，在 500～550℃下裂解焦化而生成的黑色固體焦炭。其外觀為黑色或暗灰色的蜂窩狀結構，焦塊內氣孔多呈橢圓形，且互相貫通。
一般認為它是無定形炭體;或是一種高度芳構化的高分子碳化物中，含有微小石墨結晶的針狀或粒狀構造的炭體物。碳氫比很高，為18～24。相對密度為 0.9～1.1，灰分為0.1%～1.2%，揮發物為3%～ 16%。
基本介紹
- 中文名：石油焦
- 外文名：PETroleum coke
- 主要元素：碳
- 狀態：形狀不規則，黑色塊狀（或顆粒）
- 色澤：有金屬光澤
石油焦簡介,理化性質,灰分,硫分,揮發分,密度,電阻率,熱膨脹係數,機械性能,分類,用途,
石油焦簡介
石油焦（PETroleum coke）是原油經蒸餾將輕重質油分離後，重質油再經熱裂的過程，轉化而成的產品，從外觀上看，焦炭為形狀不規則，大小不一的黑色塊狀（或顆粒），有金屬光澤，焦炭的顆粒具多孔隙結構，主要的元素組成為碳，占有80wt%(WT是Weight的英文縮寫就是重量百分含量的意思。5WT%相當於50000PPM(PPM是以百萬計含量。)以上，其餘的為氫、氧、氮、硫和金屬元素。
石油焦屬於易石墨化炭一類，石油焦的微晶與冶金焦比較，碳格線片狀體之間的疊合比較整齊，片狀體之間距離較小;在石墨化的高溫下，碳格線片狀體的晶粒平均厚度(Lc)和平均寬度(La)增大，片狀體層面間距(d)縮小;(圖1)晶格常數(a0和c0)接近天然石墨，電阻率顯著降低而真密度相應提高。所以使用石油焦為原料可以製造電阻率較低的石墨電極。 
石油焦具有其特有的物理、化學性質及機械性質，本身是發熱部份的不揮發性碳，揮發物和礦物雜質（硫、金屬化合物、水、灰等）這些指標決定焦炭的化學性質。物理性質中孔隙度及密度，決定焦炭的反應能力和熱物理性質。機械性質有硬度、耐磨性、強度及其它機械特性，顆粒組成及其它加工和運輸、堆放、貯存等性質影響的情形。
理化性質
灰分
石油焦灰分中主要元素為鐵、矽、鈣、鋁、鈉、鎂，還有少量的釩、鈦、鉻等。生產電解鋁用的陽極材料和電解氯化鈉溶液的石墨陽極時應限制石油焦中釩的含量。影響石油焦灰分大小的因素首先是原油的含鹽量和脫鹽程度，原油中的鹽分經過蒸餾或裂解加工後大部分富集在渣油里，一小部分沉積在爐管、容器、設備里，而渣油中的鹽分大部分殘留在焦炭中。石油焦的灰分還受冷卻水及卸焦用高壓水含鹽量的影響，特別是多次重複利用的冷卻水和卸焦用高壓水一般含鹽分比較高。生產出來的石油焦如堆放在露天，地面上的泥沙或颳風帶來的泥沙也會增加石油焦的灰分，生產石墨製品的石油焦灰分一般應小於0.5%，生產高純石墨所用的石油焦灰分不應大於0.15%。
硫分
硫是影響石油焦質量的雜質之一，石油焦的含硫量取決於渣油的含硫量，渣油中的硫分有30%～40%殘留在石油焦中，如果含硫量較高的渣油事先加氫脫硫，減少渣油中的含硫量，由此得到的石油焦含硫量相應降低。石油焦中的硫可分為硫的有機化合物（硫醚、硫醇、磺酸等）和硫的無機化合物（硫化鐵、硫酸鹽）兩類。一般煅燒到1300℃左右脫硫效果不大，只有將煅燒溫度提高到1450℃左右才能有較明顯的脫硫效果，一部分硫化物需在石墨化的高溫下才能排出。對生產鋁電解用陽極材料及生產石墨製品而言，硫是一種有害元素，含硫量較大的石油焦生產的石墨電極在石墨化過程中產生“氣脹”現象，容易導致產品裂紋。含硫較高的石墨電極煉鋼時，噸鋼電極消耗量有所增加，中國多數產地的石油焦硫分較低，只有使用國內高硫原油或進口高硫原油的煉油廠生產的石油焦硫分較高。
揮發分
石油焦揮發分的大小表明其焦化溫度的高低，釜式焦的焦化溫度較高、可達700℃左右，因此釜式焦的揮發分較低（3%～7%），而延遲焦化石油焦的焦化溫度只有500℃左右，所以揮發分高達8%～15%，延遲焦化生產的石油焦其揮發分不僅取決於焦化溫度，還和渣油通入焦化塔的裝填時間及向焦炭層吹入蒸汽的條件有關，同一塔卸出的焦炭揮發分也差別很大，如位於塔底的焦炭結構較緻密，體積密度大，揮發分較低，而塔頂部的焦炭結構疏鬆，揮發分要高得多。石油焦揮發分的多少對炭素製品質量並無多大影響，但對煅燒作業有影響，高揮發分的石油焦使用一般結構的迴轉窯或罐式爐煅燒都有困難，需對煅燒設備進行必要改造，才能適應煅燒高揮發分石油焦的需要。
密度
石油焦在1300℃煅燒後的真密度的大小是衡量石油焦質量的主要項目，一般來講，煅燒後真密度越高，說明這種焦容易石墨化，而且石墨化後電阻率較低、熱膨脹係數較小，石油焦的體積密度表示焦炭結構的緻密程度，並且與機械強度成正比。真實密度除與焦炭的體積密度有關外，還和焦炭的顆粒度有關。
電阻率
未經煅燒的生焦電阻率很高，接近於絕緣體，經過煅燒後，電阻率急劇下降，石油焦的電阻率與煅燒溫度成反比，經1300℃煅燒過的石油焦電阻率降低到500μΩ·m左右。
熱膨脹係數
石油焦的熱膨脹係數主要取決於渣油的性質，也即渣油中芳烴的含量和瀝青質的含量，芳烴含量高及瀝青質、膠質含量低的渣油，生產出的石油焦其熱膨脹係數較低，針狀焦就是這樣的石油焦，同樣是針狀焦，熱膨脹係數也有差別（見表1），生產大規格的超高功率石墨電極和接頭坯料應該採用熱膨脹係數較低的針狀焦。石油焦的熱膨脹係數與測試溫度有關，中國測試熱膨脹係數的標準溫度為100～600℃，測試溫度不同所得的結果不能直接比較。
機械性能
石油焦的機械性能包括“可破碎性”、脆性和磨損率等指標，石油焦的“可破碎性”及脆性在電極製造工藝中有一定的實際意義，可破碎性可以用焦炭在破碎前後的尺寸比來評價，而脆性是表示焦炭在運輸和傳送過程中發生破碎的可能性。表征石油焦磨損率的測試方法是轉鼓試驗法，原焦的磨損率與其揮發分含量成正比，與體積密度成反比，煅燒後的石油焦磨損率顯著下降。
分類
煅燒後石油焦(熟焦又稱煅後焦)石油焦通常有下列4種分類方法：
(1)按焦化方法的不同
可分為平爐焦、釜式焦、延遲焦、流化焦4種，前兩種焦已很少生產，目前中國大量生產的是延遲焦。
(2)按熱處理溫度區分
可分為生焦和煅燒焦兩種，前者由延遲焦化(或其他焦化方法)所得，含有大量的揮發分，機械強度低，煅燒焦是生焦經煅燒而得。中國多數煉油廠只生產生焦，煅燒作業多在炭素廠內進行。
(3)按硫分的高低區分
(4)按石油焦外觀形態及性能的不同
可分為海綿狀焦、蜂窩狀焦和針狀焦3種。針狀焦：具有明顯的針狀結構和纖維紋理，緻密如纖維狀，又稱優質焦，主要作用煉鋼中的高功率和超高功率石墨電極。針狀焦主要是以芳烴含量高、非烴雜質含量較少的渣油製得。海綿焦：含硫高，含水率高，表面粗糙，價格高，又稱普通焦。蜂窩狀焦：形狀呈圓球形，直徑0.6~30mm，因表面光滑所以含水率較低.一般是由高硫高瀝青質渣油生產，只能用於發電，水泥等工業燃料。
用途
石油焦可視其質量而用於制石墨、冶煉和化工等工業。世界上石油焦最大用戶是水泥工業，其消耗量約占石油焦市場份額的 40%；其次是石油焦煅燒後用來生產煉鋁用預焙陽極或煉鋼用石墨電極，有22%的石油焦進行煅燒。
低硫、優質的熟焦例如針狀焦，主要用於製造超高功率石墨電極和某些特種炭素製品；在煉鋼工業中針狀焦是發展電爐煉鋼新技術的重要材料。
中硫、普通的熟焦，大量用於煉鋁。
高硫、普通的生焦，則用於化工生產，如製造電石、碳化矽等，也有作為金屬鑄造等用的燃料。
隨著我國水泥、電解銀、鋼鐵和熱電等行業的迅猛發展，低硫石油焦的需求量急劇增加，而隨著環保政策的日益嚴格，高硫石油焦的用途受到很大的限制。因此，我國未來石油焦市場將面臨著低硫石油焦緊俏而高硫石油焦嚴重過剩的局面。
石墨電極