Kwaliteit van gecalcineerde petroleumcokes: sleutelparameters en normen

Van groene cola tot gecalcineerde cola

Groene petroleumcokes is het vaste residu van vertraagde cokesvorming van zware raffinaderijgrondstoffen. Het bevat vluchtige stoffen, zwavel en metalen die het in de meeste toepassingen ongeschikt maken voor direct gebruik. Calcineren verwijdert vluchtige stoffen en vocht en verhoogt de dichtheid en elektrische geleidbaarheid, waardoor gecalcineerde petroleumcokes (CPC) ontstaat voor de aluminium-, staal- en chemische industrie. In China is groene vertraagde cokes geclassificeerd op basis van het zwavelgehalte onder de petrochemische industriestandaard SH/T 0527, waarin onderscheid wordt gemaakt tussen kwaliteiten die voor verschillende eindproducten worden gebruikt.

Classificatie van groene petroleumcokes

Klas	Zwavel niveau	Typisch eindgebruik
Eersteklas-/geen. 1 cola	Laag zwavelgehalte	Grafietelektroden, aluminium-koolstofproducten
Geen. 2 cola	Middelmatige zwavel	Elektrodenpasta, elektrolytische celelektroden
Geen. 3 cola	Hogere zwavel	Siliciumcarbide, calciumcarbide, anodebodems, hoogovenbekledingen

Classificatie op basis van zwavel is praktisch omdat zwavel de productkwaliteit stroomafwaarts sterk beïnvloedt: in aluminiumanoden wordt zwavel grotendeels vastgehouden in de koolstof en kan het de emissies en reactiviteit beïnvloeden, terwijl het in elektroden het grafitiseringsgedrag beïnvloedt.

Het calcinatieproces

Groene cokes wordt gecalcineerd in draaitrommelovens of schachtovens bij 1200-1350 graden. Vluchtige stoffen worden verdreven en gedeeltelijk verbrand om proceswarmte te leveren, en de koolstofstructuur verdicht. Het belangrijkste resultaat is een toename van de werkelijke dichtheid en elektrische geleidbaarheid en een afname van onzuiverheden zoals vluchtige stoffen en waterstof. De calcineringsgraad bepaalt rechtstreeks of de CPC voldoet aan de anode- of elektrodespecificaties.

Belangrijke kwaliteitsparameters van CPC

Vaste koolstof en vluchtige stoffen: hoge vaste koolstof met weinig resterende vluchtige stoffen duidt op volledige calcinatie.

Zwavel: doorgaans 0,5-4%, afhankelijk van de voeding; geselecteerd om te voldoen aan de toepassings- en emissielimieten.

As: metalen zoals vanadium, nikkel, silicium en ijzer komen vanuit de ruwe olie in de cokes; aslimieten beschermen de zuiverheid van de anode.

Werkelijke dichtheid: gemeten door vloeistofverplaatsing volgens methoden zoals ASTM D5187; een hogere reële dichtheid weerspiegelt een betere calcinering.

Elektrische weerstand en porositeit: beïnvloeden de geleidbaarheid van de anode en de vraag naar bindmiddel.

CO2- en luchtreactiviteit: beïnvloeden het anodeverbruik en de celprestaties bij het smelten van aluminium.

Toepassing-op-cijfertoewijzing

Aluminiumsmelten: CPC van anode--kwaliteit heeft een laag zwavel-, as- en gecontroleerde reactiviteit nodig voor koolstofanodes.

Productie van grafietelektroden: hoge-kwaliteit laag-zwavelcokes voor elektrodelichamen en nippels.

Siliciumcarbide en calciumcarbide: cokes met een hoger-zwavelgehalte is acceptabel omdat de zwavel tijdens de verwerking grotendeels wordt verwijderd of gebonden.

Hercarburateurs en gieterijkoolstof: CPC-korrels die worden gebruikt om de koolstof in ijzer- en staalsmelt aan te passen.

Het schrijven van een aankoopspecificatie

Een duidelijke CPC-specificatie vermeldt de zwavelklasse, vaste minimumwaarden voor koolstof en vluchtige stoffen, as- en metaallimieten, werkelijke dichtheid, deeltjesgrootteverdeling en vocht, plus de te gebruiken testmethoden. De bemonstering moet volgens een overeengekomen procedure plaatsvinden en bij elke partij moet een analysecertificaat aanwezig zijn. Omdat CPC wordt gebruikt in processen waarbij de overdracht van onzuiverheden duur is, wordt voor grote contracten onafhankelijke verificatie aanbevolen.

Veelgestelde vragen

1. Hoe kies ik het zwavelgehalte voor mijn toepassing?

Voor aluminiumanodes en grafietelektroden kiest u cokes met laag-zwavelgehalte (doorgaans minder dan 1,5-2%) om aan de product- en emissie-eisen te voldoen. Voor siliciumcarbide en calciumcarbide zijn hogere zwavelkwaliteiten vaak acceptabel en economischer. Bevestig de limiet met uw procesingenieur.

2. Wat vertelt werkelijke dichtheid mij over kwaliteit?

De werkelijke dichtheid weerspiegelt de mate van calcinering: beter-gecalcineerde cokes heeft een hogere werkelijke dichtheid en een lagere porositeit. Anode- en elektrodespecificaties stellen minimale werkelijke dichtheidswaarden vast, getest met methoden zoals ASTM D5187.

3. Waarom is het asgehalte van belang in de CPC?

Metalen in de as kunnen anodes, elektroden en producten zoals siliciummetaal vervuilen. Aluminiumsmelters betalen premies voor cokes met een laag-asgehalte, omdat onzuiverheden de anodeprestaties verminderen en de celproblemen vergroten.

4. Kan ik verschillende CPC-oorsprongen vervangen?

CPC van verschillende raffinaderijen varieert in zwavel, metalen en reactiviteit. Verwerkers kwalificeren specifieke bronnen; vervanging vereist opnieuw-testen aan de hand van de specificatie en mogelijk het proces aanpassen. Kwalificeer nieuwe bronnen met proefbatches.

5. Hoe moeten CPC-monsters worden genomen?

Bemonster op meerdere punten van de partij tijdens het laden of lossen, volgens een overeengekomen stappenplan, en combineer deze tot een composiet. Verdeel het composiet in verzegelde monsters voor de koper, verkoper en een bewaarde arbitragemonster.