石油焦制备高比面积活性炭的深加工技术

石油焦制备高比面积活性炭的深加工技术

摘 要：石油焦是指原油经蒸馏后将轻重质油分离开以后，其中的重质油再经过热裂变的过程，转化而成的新的产品。本文重点介绍石油焦的来源，及物理化学性质，还简要地介绍用石油焦制备活性炭的技术。

关键词：石油焦 制备 活性炭 技术

石油焦是指原油经蒸馏后将轻重质油分离开以后，其中的重质油再经过热裂变的过程，转化而成的新的产品。这种产品要单从外观上看，形状并不是很规则，而且大小不一的黑色块状（或颗粒），并且有金属光泽，焦炭的颗粒具有多孔隙结构的特点。石油焦主要的元素组成仍为碳，约占有80wt%以上，其余元素为氢、氧、氮、硫和一些金属元素。石油焦本身具有其特有的物理、化学性质及其机械性质，是发热部份的不挥发性碳，挥发物和矿物杂质（硫、金属化合物、水、灰等）等的组合，这些指标也决定焦炭的化学性质。

一、石油焦的分类及主要用途 1.石油焦的分类

通常情况下石油焦通常有下列四种分类方法：

第一种，按加工方法分类，可分为生焦和熟焦。生焦即延迟焦化装置的焦炭塔得到，又称原焦，里面含较多的挥发成分，强度不高；熟焦是指生焦经煅烧（1300℃）处理后得到的,又称为煅烧焦。

第二种，按硫含量的高低分类，一般可分为高硫焦（硫元素的含量高于4%）、中硫焦 (硫元素含量在2%～4%)和低硫焦（硫元素的含量低于 2%）。 焦炭中的硫元素含量主要取决于原料油的起始的含硫量。如果硫含量增高，焦炭质量就会降低，其用途也会随之而改变。

第三种，按显微结构形态的不同分类，即分为海绵焦和针状焦。海绵焦即是多孔如海绵状，也又称为普通焦。而针状焦细致密如纤维丝状，即又称为优质焦。针状焦在性质上同海绵焦有非常明显的差别，它不但具有“三高三低”（即高密度、高纯度、高强度、低硫、低烧蚀量、低热膨胀系数）的特点，以及良好的抗热震性能等优点，而且在导热、导电、导磁和光学上都具有非常明显的各向异性。

第四种，按外观的不同形态又可分为针状焦、弹丸焦（或者叫球状焦）、海绵焦、粉焦四种。所谓的针状焦，指的是外观具有明显的针状结构和纤维纹理，一般主要作用是炼钢中的高功率和超高功率石墨电极使用。海绵焦，即指含硫高，且含水率高，虽表面粗糙，但价格较高。 弹丸焦即外观形状呈圆球形，因为其表面光滑一般的含水率也较低，通常是由高硫高沥青质渣油生产出来的，只能用于发电，水泥等工业作为燃料。所谓的粉焦，即径流态化焦化工艺生产出来的，其颗粒在(直径为0.1~0.4mm)挥发份高热膨胀系数较高，应用是不能直接用于电极制备和碳素行业的。

2.石油焦的主要用途

石油焦的通常主要用途十分广泛，主要是用作电解铝所用的预焙阳极和阳极糊、碳素行业生产增炭剂、石墨电极、冶炼工业硅以及燃料等。一般来说，煅烧焦主要用于生产加工石墨电极、炭糊制品、金刚沙、食品级磷工业、冶金工业及电石等，应用最广泛的当然就是石墨电极。而且生焦不经锻烧即可直接用于碳化钙作电石主料，并可生产碳化硅和碳化硼作研磨材料。也可直接作为冶金工业鼓风炉用焦炭或高炉墙衬炭砖，通常也可用作铸造工艺用致密焦等

二、石油焦工业活性炭制备技术简介

1.原材料：(1)石油焦：可选用锦州石化公司生产的针状生焦。(2)氢氧化钾：外观为白色片状，质量分数不得低于90％。

2.在HSAAC试验室制备的阶段，一般都是采用立式反应器，中试放大中，也同样地采用了立式反应器。在使用0300×600反应器时候，由于反应器径向温度梯度不是很大，物料反应均匀，就品质优良的活性炭产品；当反应器由0300×600放大到0600×l200时，由于反应器径向温度梯度变大，物料受热反应不均，中心部位物料活化温度和活化时间都达不到要求，致使产品质量降低。

根据试验经验，结合国内外专利和资料中制备HSAAC的反应器类型，经分析实验研究，确定可以采用一种卧式反应器。反应物料可在反应器中不断地向前推进，经过炭化、活化、冷却阶段到出料口。由于反应器直径较小，所以反应过程中物料间存在的温度梯度小，物料反应均匀。采用此反应器不但要具有物料反应均匀、劳动强度小、产能大等优势，还可有效解决立式反应器存在的一些弊端。反应器示意图见如下：

3.碱液回收处理

HSAAC粗产品的水洗后会产生大量的碱溶液，主要含有KOH和K2C03。水洗液总碱质量分数大约为12％。然后可将水洗液蒸发浓缩，使总碱质量分数最终达到50％左右；在碱液浓缩后，通入C02进行碳酸化反应处理；然后将碳酸化产物在冷却槽中降温至25℃，使KHC03充分结晶析出；冷却结晶后的物料在离心机中进行固液分离，液体再返回进行浓缩工序，即可得到湿基KHC03，再最后进行焙烧得到K2C03。

4.工业化制备

石油焦经破碎、筛分，选出1.0~3.0mm左右的颗粒，然后与KOH按一定的重量比混合搅拌均匀。随后将混合后的原材料全部加入到反应器中，物料会在反应器的不同部位进行相应的炭化和活化反应，反应结束后，只要经自然降温后，物料从反应器的尾端排出。整个过程都要在氮气的保护下进行。反应最终产物要经水洗和酸洗，达到中性，再经过干燥、烘干得到最终产品HSAAC。

5.产品分析方法主要为

煤质颗粒活性炭试验方法一比表面积的测定，GB/T7702.21-1997。

颗粒活性炭试验方法一孔容积的测定，GB/T7702.20-l997。金属粉末颗粒振实密度试验方法，GB5162.85．

三、小结

本文重点介绍石油焦的来源，及物理化学性质，还简要地介绍用石油焦制备活性炭的技术。因为石油焦的应用十分广泛，不能一一说尽，也可能有所疏漏，还希望广大同仁多多指教，一同深入探索石油焦的深加工，为我国的工业生产和经济腾飞做出更多更大的贡献。

参考文献 [l]詹亮，李开喜，吕春祥，等．超级活性炭的制备及其储氢性能初步研究[J]．新型炭材料，2001.

[2]李强.李开喜，王芙蓉，等．针状焦基活性炭的制备及其作为EDLC电极材料的电化学性能[J]．新型炭材料，2005.

[3]杨骏，黄止而，王定珠．超高比表面积活性炭载钼煤气甲烷化催化剂[J].燃料化学学报.1994，