3.3　石油焦粉應用

鑒于石油焦粉作為生產太陽能玻璃燃料會對環境造成一定影響，若在熔窯內燃燒不完全時窯內會呈還原氣氛，使玻璃顏色呈灰褐色，降低0.1%～0.2%的透光率，故本書中的石油焦粉僅作為普通常識介紹，不建議在太陽能壓延玻璃生產中大面積使用。

（1）石油焦理化性質

石油焦又名生焦，是以原油蒸餾后的重油或其他重油為原料，以高流速通過500℃±1℃加熱爐的爐管，在高溫下經延遲焦化工藝而裂解、縮合生產輕質油品時的副產物，故稱之為延遲石油焦，簡稱石油焦。剛生產出來的副產物，未經過煅燒加工時又稱為生焦。石油焦的產量約為原料油的25%～30%。

從外觀上看，石油焦是形狀不規則、大小不一的黑色或暗灰色塊狀（或顆粒）的堅硬固體石油產品，帶有金屬光澤，呈多孔性，是由微小石墨結晶形成粒狀、柱狀或針狀構成的炭體物，其形態隨制作程序、操作條件及進料性質的不同而有所差異。

石油焦組分是碳氫化合物，含碳90%～97%，含氫1.5%～8%，還含有一些未炭化的碳氫化合物的揮發分和氮、氯、硫、水、灰及重金屬化合物等礦物雜質。其低位熱值約為煤的1.5～2倍，灰分含量不大于0.5%，揮發分約為11%左右，品質接近于無煙煤。

石油焦具有其特有的物理、化學性質及機械性質。物理性質中，孔隙度及密度了決定它的反應能力和熱物理性質；發熱部分的不揮發性碳、揮發物和礦物雜質這些指標決定了石油焦的化學性質；顆粒組成、加工方式、硬度、耐磨性、強度等決定了其機械性質。

由于石油焦是煉油過程中的副產物，它的質量受原油性質的影響，基本屬于先天性的；數量也取決于原油一次加工能力和煉油企業二次加工裝置配套狀況。

（2）石油焦質量標準

石油焦目前還沒有相應的國家質量標準。現國內生產企業主要依據中國石化總公司制定的行業標準SH/T 0527—2011生產（詳見表3-17）。該標準主要根據石油焦硫含量、揮發分和灰分等指標的不同，分為4個牌號，每個牌號又按質量分為A、B兩種。

表3-17　石油焦標準（SH/T 0527—2011）

1號焦適用于煉鋼工業中制作普通功率石墨電極，也適用于煉鋁業作鋁用碳素；2號焦用作煉鋁工業中電解槽（爐）所用的電極糊和生產電極（碳素）；3號焦用作生產碳化硅（研磨材料）及碳化鈣（電石），以及其他碳素制品，亦用于制造煉鋁電解槽的陽極底塊及用于高爐碳素襯磚或爐底構筑，也可用作燃料。

（3）石油焦分類

① 根據石油焦結構和外觀。根據結構和外觀，石油焦產品可分為針狀焦、海綿焦、彈丸焦和粉焦4種。

a.針狀焦。具有明顯的針狀結構和纖維紋理，有較低的電阻及熱膨脹系數，主要用作煉鋼中的高功率和超高功率石墨電極。由于針狀焦在硫含量、灰分、揮發分和真密度等方面有嚴格質量指標要求，所以對針狀焦的生產工藝和原料都有特殊的要求。

b.海綿焦。化學反應性高，雜質含量低，主要用于煉鋁工業及碳素行業。

c.彈丸焦或球狀焦。形狀呈圓球形，直徑0.6～30mm，比較堅硬，比表面積小，不易焦化，一般是由高硫、高瀝青質渣油生產，目前多用作發電、水泥等工業燃料。

d.粉焦。經流態化焦化工藝生產，其顆粒細（直徑0.1～0.4mm），揮發分高，熱脹系數高，不能直接用于電極制備和碳素行業。

② 根據含硫量不同。石油焦分為低硫焦、中硫焦和高硫焦，見表3-18。

表3-18　石油焦按含硫量分類表

低硫焦可用于鋼鐵廠生產石墨電極和增碳劑；中硫焦常用于鋁廠生產預焙陽極、冶煉工業硅和生產陽極糊；高硫焦則一般用作水泥廠和發電廠等工業的燃料。若石油焦用作燃料，從環保角度考慮，建議使用低硫焦。

③ 按含灰分量不同。石油焦分為低灰焦、中灰焦和高灰焦，分類見表3-19。

表3-19　石油焦按含灰量分類表

（4）石油焦的主要用途

石油焦主要用于制取碳素制品，如石墨電極、陽極糊，提供給煉鋼、有色金屬、煉鋁行業用；制取碳化硅制品，如各種砂輪、砂皮、砂紙等；生焦不經煅燒可直接用于制取碳化鈣作電石主料供制作合成纖維、乙炔等產品，生產碳化硅和碳化硼作研磨材料；也可作為燃料，石油焦做燃料時，其熱值較煤炭高；揮發物及灰分較煤炭少，但水分及硫分較煤炭高，常被用來取代水泥窯的煤炭。根據統計資料顯示，全世界生產的石油焦約有38%用在水泥業，約有12%當工業鍋爐燃料。

生焦可直接當做燃料級的石油焦。如果要做煉鋁、制鎂的陽極或煉鋼用的石墨電極，則需對生焦再經1300℃左右高溫煅燒，目的是將石油焦揮發分盡量除掉，這樣可減少石油焦再制品的氫含量，使石油焦的石墨化程度提高，從而提高石墨電極的高溫強度和耐熱性能，并改善石墨電極的電導率。

石油焦堆放場地應清掃干凈，儲存時需按牌號堆放。

（5）石油焦粉的燃燒特性

石油焦粉的顆粒直徑、升溫速率、揮發分釋放特性指數等，都會對石油焦的著火溫度及燃燼產生影響。不同顆粒直徑的石油焦粉的著火溫度和燃燼溫度各不相同。通常150～200目石油焦粉的著火溫度小于300℃，燃燼溫度為580℃；100～150目著火溫度為300℃左右，燃燼溫度為590℃；1.0mm時著火溫度為450℃，燃燼溫度為650℃，即隨著顆粒直徑的增加，著火溫度和燃燼溫度也隨之增高。

石油焦粉的燃燒特性處于煙煤和無煙煤之間，石油焦的著火點及燃燼溫度也處于煙煤和無煙煤之間。揮發分的釋放有利于石油焦的燃燒，揮發分特性指數大的石油焦，其燃燒特性指數也大。

（6）石油焦與煤的比較

石油焦與煤的性質比較見表3-20。

表3-20　石油焦與煤的性質比較表

（7）石油焦粉使用質量標準

石油焦粉作為玻璃燃料時，原則上使用碳含量≥95%的1B級海綿石油焦進行加工，加工后成品石油焦粉理化指標應達到表3-21中的要求。

表3-21　石油焦粉玻璃燃料理化指標

石油焦粉體積密度為0.52～0.56g/cm³，著火點≥750℃，低位熱值≥35MJ/kg。