Petrolkoks – Wikipedia

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In diesem Artikel geht es um aus Erdöl gewonnenen Kraftstoffkoks. Für aus Kohle gewonnenen Brennkoks siehe Koks (Brennstoff).

Petrolkoksabgekürzt Koks oder Petrolkoksist ein endgültiges kohlenstoffreiches festes Material, das aus der Ölraffination stammt und eine Art der Gruppe von Kraftstoffen ist, die als Koks bezeichnet wird. Petcoke ist der Koks, der insbesondere aus einem endgültigen Crackprozess stammt – einem thermobasierten chemisch-technischen Prozess, bei dem langkettige Erdölkohlenwasserstoffe in kürzere Ketten aufgeteilt werden -, der in Einheiten stattfindet, die als Coker-Einheiten bezeichnet werden.[1] (Andere Arten von Koks werden aus Kohle gewonnen.) Kurz gesagt, Koks ist das “Karbonisierungsprodukt hochsiedender Kohlenwasserstofffraktionen, die bei der Erdölverarbeitung erhalten werden (schwere Rückstände)”.[1] Petcoke wird auch bei der Herstellung von synthetischem Rohöl (Syncrude) aus Bitumen hergestellt, das aus Kanadas Ölsand und aus Venezuelas Orinoco-Ölsand gewonnen wird.[2][3]

In Erdölkoksanlagen werden Restöle aus anderen Destillationsprozessen, die bei der Erdölraffinierung verwendet werden, bei hoher Temperatur und hohem Druck behandelt, wobei der Petrolkoks nach dem Austreiben von Gasen und flüchtigen Stoffen und dem Abtrennen der verbleibenden leichten und schweren Öle zurückbleibt. Diese Prozesse werden als “Verkokungsprozesse” bezeichnet und verwenden in der Regel chemisch-technische Anlagenbetriebe für den spezifischen Prozess der verzögerten Verkokung.

Eine verzögerte Verkokungseinheit. Ein schematisches Flussdiagramm einer solchen Einheit, wobei Restöl tritt unten links in den Prozess ein (siehe →), fährt über Pumpen zum Hauptfraktionator (hohe Säule rechts), deren grün dargestellter Rückstand über einen Ofen in den gepumpt wird Kokstrommeln (zwei Säulen links und in der Mitte), wo die endgültige Karbonisierung bei hoher Temperatur und hohem Druck in Gegenwart von Dampf stattfindet.

Dieser Koks kann entweder Brennstoffqualität (reich an Schwefel und Metallen) oder Anodenqualität (niedrig an Schwefel und Metallen) haben. Der rohe Koks direkt aus dem Koks wird oft als grüner Koks bezeichnet.[1] In diesem Zusammenhang bedeutet “grün” unverarbeitet. Die Weiterverarbeitung von Grünkoks durch Kalzinieren in einem Drehrohrofen entfernt flüchtige Kohlenwasserstoffreste aus dem Koks. Der kalzinierte Petrolkoks kann in einem Anodenbackofen weiterverarbeitet werden, um Anodenkoks mit der gewünschten Form und den gewünschten physikalischen Eigenschaften herzustellen. Die Anoden werden hauptsächlich in der Aluminium- und Stahlindustrie eingesetzt.

Petrolkoks enthält über 80% Kohlenstoff und stößt 5% bis 10% mehr Kohlendioxid (CO) aus2) als Kohle pro Energieeinheit, wenn sie verbrannt wird. Da Petrolkoks einen höheren Energiegehalt hat, stößt Petrolkoks zwischen 30 und 80 Prozent mehr CO aus2 als Kohle pro Gewichtseinheit.[3] Der Unterschied zwischen Kohle und Koks in CO2 Die Produktion pro erzeugter Energieeinheit hängt von der Feuchtigkeit in der Kohle ab, die das CO erhöht2 pro Energieeinheit – Verbrennungswärme – und auf die flüchtigen Kohlenwasserstoffe in Kohle und Koks, die das CO verringern2 pro Energieeinheit.

Es gibt mindestens vier Grundtypen von Petrolkoks, nämlich Nadelkoks, Wabenkoks, Schwammkoks und Schusskoks. Verschiedene Arten von Petrolkoks weisen aufgrund unterschiedlicher Betriebsvariablen und der Art des Ausgangsmaterials unterschiedliche Mikrostrukturen auf. Signifikante Unterschiede sind auch bei den Eigenschaften der verschiedenen Koksarten zu beobachten, insbesondere bei den Gehalten an Asche und flüchtigen Stoffen.[4]

Nadelkoks, auch Nadelkoks genannt, ist ein hochkristalliner Petrolkoks, der bei der Herstellung von Elektroden für die Stahl- und Aluminiumindustrie verwendet wird und besonders wertvoll ist, da die Elektroden regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Nadelkoks wird ausschließlich aus FCC-Dekantieröl (Fluid Catalytic Cracking) oder Kohlenteerpech hergestellt.

Wabenkoks ist ein Zwischenkoks mit gleichmäßig verteilten ellipsoiden Poren. Wabenkoks hat im Vergleich zu Nadelkoks einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine geringere elektrische Leitfähigkeit.[4]

Komposition[edit]

Petrolkoks, der durch den Prozess des Kalzinierens, bei dem er erhitzt oder raffiniert wird, verändert wird, eliminiert einen Großteil der Komponente der Ressource. Normalerweise setzt Petrolkoks beim Raffinieren die Schwermetalle nicht als flüchtige Stoffe oder Emissionen frei.[5]

Abhängig vom verwendeten Erdöl-Ausgangsmaterial kann die Zusammensetzung von Petrolkoks variieren, aber die Hauptsache ist, dass es sich hauptsächlich um Kohlenstoff handelt.[5] Petcoke besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, wenn Petcoke in reiner Form 98-99% wiegen kann, wodurch beim Einfüllen von Wasserstoff eine Verbindung auf Kohlenstoffbasis entsteht. In Rohform kann Wasserstoff einen Gewichtsbereich von 3,0- 4,0% haben.[5] Petcoke in seinem Rohstickstoff (grüner Koks) von 0,1 bis 0,5% und Schwefel von 0,2 bis 6,0% werden nach dem Kalzinieren des Kokses zu Emissionen.[5]

Zusammensetzung von rohem Petrolkoks[5]
Komponente Rohe (grüne) Cola
Kohlenstoff (Gew .-%) 80-95
Wasserstoff (Gew .-%) 3,0-4,5
Stickstoff (Gew .-%) 0,1 – 0,5
Schwefel (Gew .-%) 0,2-6,0
Flüchtige Stoffe (Gew .-%) 5.0-15
Feuchtigkeit (Gew .-%) 0,5-10
Asche (Gew .-%) 0,1 – 1,0
Dichte (Gew .-%) 1.2- 1.6
Schwermetalle (ppm Gew.)
Aluminium 15-100
Bor 0,1-15
Kalzium 25- 500
Chrom 5-50
Kobalt 10-60
Eisen 50-5000
Mangan 2-100
Magnesium 10-250
Molybdän 10-20
Nickel 10-500
Kalium 20-50
Silizium 50-600
Natrium 40-70
Titan 2-60
Vanadium 5-500

Durch den Prozess der thermischen Verarbeitung wird das Gewicht der Zusammensetzung verringert, wobei flüchtige Stoffe und Schwefel emittiert werden.[6] Dieser Prozess endet in der Waben-Petrolkoks, die nach dem Namen eine feste Kohlenstoffstruktur mit Löchern aufweist.[6]

Komponente Petcoke

(Kalziniert bei 2375 ° F. [5]
Kohlenstoff (Gew .-%) 98,0-99,5
Wasserstoff (Gew .-%) 0,1
Stickstoff (Gew .-%)
Schwefel (Gew .-%)
Flüchtige Stoffe (Gew .-%) 0,2-0,8
Feuchtigkeit (Gew .-%) 0,1
Asche (Gew .-%) 0,02-0,7
Dichte (Gew .-%) 1.9-2.1
Schwermetalle (ppm Gew.)
Aluminium 15-100
Bor 0,1-15
Kalzium 25- 500
Chrom 5-50
Kobalt 10-60
Eisen 50-5000
Mangan 2-100
Magnesium 10-250
Molybdän 10-20
Nickel 10-500
Kalium 20-50
Silizium 50-600
Natrium 40-70
Titan 2-60
Vanadium 5-500

Abhängig vom verwendeten Erdöl-Ausgangsmaterial kann die Zusammensetzung von Petrolkoks variieren, aber die Hauptsache ist, dass es sich hauptsächlich um Kohlenstoff handelt. Petcoke besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, wenn Petcoke in reiner Form 98-99% wiegen kann, wodurch beim Einfüllen von Wasserstoff eine Verbindung auf Kohlenstoffbasis entsteht. In Rohform kann Wasserstoff einen Gewichtsbereich von 3,0- 4,0% haben.[5] Petcoke in seinem Rohstickstoff (grüner Koks) von 0,1 bis 0,5% und Schwefel von 0,2 bis 6,0% werden nach dem Kalzinieren des Kokses zu Emissionen.[5]

Andere gefundene Schwermetalle können in Petrolkoks als Verunreinigungen gefunden werden, da einige dieser Metalle nach der Verarbeitung als flüchtig eingehen.

Kraftstoffqualität[edit]

Koks mit Kraftstoffqualität wird entweder als Schwammkoks oder als Schrotkoksmorphologie klassifiziert. Während Ölraffinerien seit über 100 Jahren Koks produzieren, sind die Mechanismen, die zur Bildung von Schwammkoks oder Schrotkoks führen, nicht gut verstanden und können nicht genau vorhergesagt werden. Im Allgemeinen fördern niedrigere Temperaturen und höhere Drücke die Bildung von Schwammkoks. Zusätzlich tragen die Menge an vorhandenen unlöslichen Heptanstoffen und der Anteil an leichten Komponenten im Coker-Futter bei.

Während seine hohe Wärme und sein niedriger Aschegehalt es zu einem anständigen Brennstoff für die Stromerzeugung in Kohlekesseln machen, ist Petrolkoks schwefelreich und flüchtig, was zu Umweltproblemen (und technischen Problemen) bei seiner Verbrennung führt. Sein Brennwert (HHV) beträgt fast 8000 Kcal / kg, was dem doppelten Wert der durchschnittlichen Kohle entspricht, die zur Stromerzeugung verwendet wird.[5] Eine übliche Wahl der Schwefelrückgewinnungsanlage zum Verbrennen von Petrolkoks ist die SNOX-Rauchgasentschwefelungstechnologie.[7] welches auf dem bekannten WSA-Prozess basiert. Die Wirbelschichtverbrennung wird üblicherweise zum Verbrennen von Petrolkoks verwendet. Bei diesem Ausgangsmaterial wird zunehmend eine Vergasung eingesetzt (häufig unter Verwendung von Vergasern, die in den Raffinerien selbst angeordnet sind).

Kalziniert[edit]

Kalzinierter Petrolkoks (CPC) ist das Produkt aus kalzinierendem Petrolkoks. Dieser Koks ist das Produkt der Verkokungseinheit in einer Rohölraffinerie. Aus kalziniertem Petrolkoks werden Anoden für die Aluminium-, Stahl- und Titanschmelzindustrie hergestellt. Der grüne Koks muss einen ausreichend niedrigen Metallgehalt aufweisen, um als Anodenmaterial verwendet zu werden. Grüner Koks mit diesem niedrigen Metallgehalt wird als Koks mit Anodenqualität bezeichnet. Wenn grüner Koks einen übermäßigen Metallgehalt aufweist, wird er nicht kalziniert und in Öfen als Koks mit Brennstoffqualität verwendet.

Entschwefelung[edit]

Ein hoher Schwefelgehalt in Petrolkoks verringert den Marktwert und kann die Verwendung als Kraftstoff aufgrund von Einschränkungen der Schwefeloxidemissionen aus Umweltgründen ausschließen. Es wurden daher Verfahren vorgeschlagen, um den Schwefelgehalt von Petrolkoks zu verringern oder zu beseitigen. Die meisten von ihnen umfassen die Desorption des in den Poren oder der Oberfläche des Kokses vorhandenen anorganischen Schwefels und die Verteilung und Entfernung des organischen Schwefels, der an das aromatische Kohlenstoffgerüst gebunden ist.

Mögliche Entschwefelungstechniken für Erdöl können wie folgt klassifiziert werden:[8]

  1. Lösungsmittelextraktion
  2. Chemische Behandlung
  3. Thermische Entschwefelung
  4. Entschwefelung in oxidierender Atmosphäre
  5. Entschwefelung in einer Atmosphäre schwefelhaltigen Gases
  6. Entschwefelung in einer Atmosphäre von Kohlenwasserstoffgasen
  7. Hydrodesulfurierung

Ab 2011 gab es kein kommerzielles Verfahren zur Entschwefelung von Petrolkoks.[9]

Lagerung, Entsorgung und Verkauf[edit]

Petrolkoks ist nahezu reiner Kohlenstoff und eine starke Kohlendioxidquelle, wenn er verbrannt wird.[10]

Petrolkoks kann bis zum Verkauf auf einem Stapel in der Nähe einer Ölraffinerie gelagert werden. Beispielsweise wurde 2013 ein großer Vorrat von Koch Carbon in der Nähe des Detroit River von einer Marathon Petroleum-Raffinerie in Detroit hergestellt, die im November 2012 mit der Raffination von Bitumen aus dem Ölsand von Alberta begonnen hatte. Ab Kanada gab es auch große Vorräte an Petrolkoks 2013 und China und Mexiko waren Märkte für aus Kalifornien exportierte Petrolkoks zur Verwendung als Kraftstoff. Ab 2013 war die Oxbow Corporation, im Besitz von William I. Koch, ein bedeutender Händler für Petrolkoks und verkaufte jährlich 11 Millionen Tonnen.[11]

Im Jahr 2017 ging ein Viertel der US-Exporte des Kraftstoffs nach Indien, wie eine Untersuchung von Associated Press ergab. Im Jahr 2016 waren dies mehr als acht Millionen Tonnen, mehr als das 20-fache von 2010.[12] Die indische Behörde für Umweltschutzkontrolle testete importierten Petrolkoks in der Nähe von Neu-Delhi und stellte fest, dass der Schwefelgehalt das 17-fache des gesetzlichen Grenzwerts beträgt.[12]

Das von der IMO verabschiedete Internationale Übereinkommen zur Verhütung der Verschmutzung durch Schiffe (MARPOL 73/78) hat vorgeschrieben, dass Seeschiffe ab dem Jahr 2020 keine Heizbrühe (Bunkerkraftstoff usw.) mit einem Schwefelgehalt von mehr als 0,5% ab dem Jahr 2020 verbrauchen dürfen .[13] Fast 38% der restlichen Heizöle werden in der Schifffahrt verbraucht. Bei der Umwandlung von überschüssigen Restölen in leichtere Öle durch Verkokungsprozesse entsteht Petrolkoks als Nebenprodukt. Die Verfügbarkeit von Petrolkoks wird voraussichtlich in Zukunft aufgrund der sinkenden Nachfrage nach Restöl zunehmen. Pet Coke wird auch in Methanisierungsanlagen zur Herstellung von synthetischem Erdgas usw. verwendet, um ein Problem bei der Entsorgung von Pet Coke zu vermeiden.[14]

Gesundheitsrisiken[edit]

Petrolkoks ist manchmal eine Quelle für Feinstaub, der den Filterprozess der menschlichen Atemwege durchdringen, sich in der Lunge festsetzen und schwerwiegende Gesundheitsprobleme verursachen kann. Studien haben gezeigt, dass Petrolkoks selbst eine geringe Toxizität aufweist und es keine Hinweise auf Karzinogenität gibt.[15][16]

Petrolkoks kann Vanadium enthalten, ein giftiges Metall. Vanadium wurde in dem Staub gefunden, der in besetzten Wohnungen in der Nähe des neben dem Detroit River gelagerten Petrolkoks gesammelt wurde. Vanadium ist laut EPA in winzigen Mengen giftig, 0,8 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft.[17]

Nach mehreren EPA-Studien und -Analysen hat Petrolkoks beim Menschen ein geringes Gesundheitsrisiko. Es hat keine beobachtbaren krebserzeugenden, entwicklungsbedingten oder reproduktiven Wirkungen. In Tierfallstudien zeigte eine chronische Inhalation mit wiederholter Gabe eine Entzündung der Atemwege aufgrund von Staubpartikeln, jedoch nicht spezifisch für Petrolkoks.[18]

Umweltgefahren[edit]

Umweltbedenken ergeben sich aus der Lagerung und Verbrennung von Petrolkoks. Bei der Verarbeitung von Petrolkoks fallen Nebenabfälle an, was die Abfallentsorgung zu einem Problem macht. Der hohe Schlickgehalt von Petcoke von 21,2% erhöht das Risiko, dass flüchtiger Staub bei starkem Wind von Petcoke-Hügeln wegdriftet. In den USA werden pro Jahr schätzungsweise 100 Tonnen flüchtiger Petrolkoksstaub, einschließlich PM10 und PM2.5, in die Atmosphäre freigesetzt.[19] Die Abfallentsorgung und Freisetzung von flüchtigem Staub ist insbesondere in den Städten Chicago, Detroit und Green Bay ein Problem.[18]

Externe Effekte stammen von Petrolkoks, die potenzielle Umweltauswirkungen verursachen. Petcoke besteht zu 90 Gew .-% aus elementarem Kohlenstoff, der in umgewandelt wird CO
2 während der Verbrennung. Die Verwendung von Petrolkoks verursacht auch Schwefelemissionen und das Potenzial für Wasserverschmutzung durch Nickel- und Vanadiumabfluss bei der Raffination und Lagerung.[17]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ ein b c IUPAC, Kompendium der chemischen Terminologie, 2. Aufl. (das “Goldbuch”) (1997). Online korrigierte Version: (2006–) “Petrolkoks“. doi:10.1351 / goldbook.P04522
  2. ^ “Was ist Petcoke?”. Abgerufen 17. März 2017.
  3. ^ ein b “Petrolkoks: Die Kohle, die sich im Teersand versteckt”, OilChange International priceofoil.org Januar 2013.
  4. ^ ein b Hassan Al-Haj Ibrahim, Entschwefelung von Petrolkoks, Forschungsbericht, Universität Pittsburgh, Pittsburgh, 1990.
  5. ^ ein b c d e f G h ich “Pet Coke”. Abgerufen 25. Juni 2017.[permanent dead link]
  6. ^ ein b Tripathi, Nimisha; Singh, Raj S.; Hills, Colin D. (2019). “Mikrobielle Entfernung von Schwefel aus Petrolkoks (Petrolkoks)”. Treibstoff. 235: 1501–1505. doi:10.1016 / j.fuel.2018.08.072.
  7. ^ “SNOX-Prozess: Eine Erfolgsgeschichte” Archiviert 2009-07-21 an der Wayback-Maschine, energystorm.us. Darin zitiert: “Schoolbook, Chemistry 2000, Helge Mygind, ISBN 87-559-0992-2 “.
  8. ^ Entschwefelung von Petrolkoks: Ein Rückblick, Hassan Al-Haj-Ibrahim und Badie I. Morsi, Industrie- und Ingenieurchemieforschung, 1992, 31, 1835–1840.
  9. ^ Agarwal, P.; Sharma, DK (2011). “Studien zur Entschwefelung von Petrolkoks durch Organorefinierung und andere chemische und biochemische Techniken unter milderen Umgebungsdruckbedingungen”. Erdölwissenschaft und -technologie. 29 (14): 1482–1493. doi:10.1080 / 10916460902839230.
  10. ^ Stockman, Lorne (Januar 2013). “Petrolkoks: Die Kohle, die sich im Teersand versteckt”. Ölwechsel International. Abgerufen 18. Mai 2013.
  11. ^ Austin, Ian (17. Mai 2013). “Ein schwarzer Hügel kanadischer Ölabfälle steigt über Detroit auf”. Die New York Times. Abgerufen 18. Mai 2013..
  12. ^ ein b Tammy Webber; Katy Daigle (2017). “Die USA exportieren schmutzigen Kraftstoff nach Indien, das durch Umweltverschmutzung erstickt ist”. San Jose Mercury-Nachrichten. Bay Area News Group. Associated Press. p. A4.
  13. ^ “Auswirkungen des Auslaufens von Heizölresten” (PDF). Abgerufen 17. März 2017.
  14. ^ “Reliance Jamnagar Projekt zur Vergasung von Petrolkoks” (PDF). Abgerufen 15. Januar 2017.
  15. ^ “Gesundheitliche Auswirkungen von Petrolkoks”. 20.03.2014.
  16. ^ “Der weltweit größte Anbieter von Schwerölraffinierungsnebenprodukten”. Star-Advertiser. Honolulu. Associated Press. 1. Dezember 2017. Abgerufen 1. Dezember, 2017.
  17. ^ ein b Detroit Free Press, “GESUNDHEITSBEDINGUNGEN ÜBER FLINT WATER HINAUS” von Keith Matheny; Sonntag, 27. März 2016; Seite A1
  18. ^ ein b Andrews, Anthony (2013). “Petrolkoks: Industrie- und Umweltprobleme”. Kongressforschungsdienst: 9. Archiviert von das Original am 10.09.2018. Abgerufen 2017-02-01 – über nam.org.
  19. ^ “Studie über flüchtigen Staub der Stadt Chicago” (PDF). cityofchicago.org. 1. März 2015.

Externe Links[edit]

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