更新时间：2024-06-29 10:23
石油焦炭（petroleum coke），简称石油焦。是石油的减压渣油，经焦化装置，在 500～550℃下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭。其外观为黑色或暗灰色的蜂窝状结构，焦块内气孔多呈椭圆形，且互相贯通。
石油焦炭（petroleum coke），简称石油焦，是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程，转化而成的产品。主要的元素组成为碳，占有80wt%以上，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素，外观为形状不规则、具有金属光泽、黑色或暗灰色的多孔固体颗粒，具有发达的孔隙结构。石油焦的主要成分是炭青质。
石油焦的分类方式很多。按生产工艺的不同石油焦可分为延迟焦、流化焦和釜式焦。我国石油焦的主要品种为延迟焦，流化焦和釜式焦的比例很小。按微观结构的不同石油焦可分为针状焦和球状焦。针状焦指显微结构中，大部分为有纹理走向的纤维或针状的焦炭，其特点是易石墨化，低热膨胀系数，大多属于优质焦，一般用于石墨电极工业中的低热膨胀系数焦炭。球状焦指显微结构中，大部分为有颗粒状或弹丸状的焦炭。特点是不易石墨化，质硬，用途不多。按含硫量的不同石油焦可分为低硫焦、中硫焦和高硫焦。低硫焦是指含硫量低于 2%的产品，中硫焦的硫含量为2%~4%，高硫焦指含硫量大于 4%的产品。全球高硫焦、中硫焦和低硫焦的生产比例为 2:2:1，且高硫焦的产量在逐渐增加。按加工程度不同，石油焦可分为生焦和熟焦。生焦是指未经锻烧加工的延迟焦或釜式焦，其中含有一定量的挥发分、水分和焦粉；熟焦是指生焦经过 1300℃以上高温锻烧后所得到的焦炭。
1、物理形态与煤块相似；
2、可磨系数与烟煤相当，易破碎，但有一定的粘性；
3、真密度约为2800kg/m3；
4、软化温度约为80℃。
1、含有的碳、氮、硫元素较高，水分较高，热值较高，可谓“五高”；
2、含有的挥发分、灰分较低，可谓“二低”。
碳含量高、挥发分低，燃料的孔隙体积和比表面积仅达到烟煤的1/4-1/3；燃烧时稳定性差，很难完全燃烧；挥发分释放较迟且不集中，对着火不利；通常情况下，挥发分Vdaf约为10%，着火温度约在530℃，燃尽温度约在650℃。要求采取稳定燃烧措施。
1、硫含量和氮含量较高，SO2、NOx排放浓度高，要求采取脱硫、脱氮措施；
2、灰含量低，锅炉灰渣排放量低，锅炉灰渣排放设备可简化，灰堆场地可减小，锅炉本体受热面磨损率不大；
3、发热量高，约为30-35MJ/kg，燃烧温度较高。
作燃料
含硫量在 2%~5%之间的石油焦是高硫石油焦，通常被认为是燃料级的石油焦，其含碳量高、含灰量少， 具有较高的热值，用其作为一种替代燃料来发电、供热，不仅可以缓解我国能源短缺的矛盾， 而且可以变废为宝。近年来在世界上， 越来越多的热电厂开始用石油焦特别是用含硫高的石油焦作为循环流化床燃烧锅炉的燃料来生产。
蒸汽发电或供热石油焦作为锅炉燃料有它本身的燃烧特点，和煤相比有它的一些优点：(1)石油焦中的灰份和水分含量低，减少了燃料和灰渣的运输和处理费用，降低非计划停工频率；(2)热值高，约 32MJ/kg，而烟煤一般为 24~30MJ/kg；(3)燃用石油焦生产蒸汽的成本比燃煤要低 30~40%；(4)易于破碎，石油焦哈式可磨指数约为 100，而煤约 50。
石油焦作为燃料也有不足之处：(1)挥发分含量低，一般为10%，而煤为 20~40%。着火迟，焦炭难以燃尽；(2)石油焦成分里含有相当多的硫、氮元素和钒、镍等碱金属元素，是造成腐蚀、玷污和污染物排放的原因。采用煤粉炉技术燃用石油焦会发生着火困难、燃烧不稳定、高温腐蚀和环境污染等问题。循环流化床燃烧技术由于其独特的燃烧方式，可避免上述问题，同时可通过向炉内添加石灰石、采用分级燃烧来控制污染物的排放，因此，国内石化企业选择洁净燃烧的循环流化床锅炉技术，采用石油焦替代燃料重油生产蒸汽和发电，是解决高硫石油焦出路的有效途径。
制备活性炭作电化学电容器的电极材料
电化学电容器（Electrochemical Capacitor，EC），又称为超级电容器（Super Capacitor），具有高比功率、长寿命、相对安全和环境友好等特点，常应用于备用电源、启动电源、脉冲电源、电网平衡等领域。根据不同的储能机理，可以把EC分为双电层电容器（Electric double layer capacitor，EDLC）和氧化还原准电容器（Pseudocapacitor）。EDLC主要靠电极/电解液界面的正负电荷分离形成双电层来储存电荷。氧化还原准电容器是靠电极材料表面可逆法拉第电化学反应形成法拉第赝电容来储存电荷。实际上各种电极材料表面的电容包括双电层电容和法拉第赝电容两部分。以炭材料作电极时，双电层电容所占的比例较高，电极材料表面的官能团只能产生少量的法拉第赝电容，通常我们把它们称为双电层电容器。金属氧化物、导电聚合物和其它电极材料电化学电容器的电容主要是法拉第赝电容，同时也有少量的双电层电容，因此一般认为它们是氧化还原准电容器。还有一类是混合型电容器，它的两个电极分别通过法拉第赝电容和双电层电容储存电荷。
炭材料具有良好的物理和化学性能：(1)高的电导率；(2)表面积分布范围宽；(3)扩散内阻小；(4)高温下的稳定性能较好；(5)孔结构易于控制；(6)与其它材料的复合和兼容性能较好；(7)成本低廉。因此，炭材料是优异的EC电极材料。
石油焦灰分少，含碳量高，是制备活性炭不可多得的原料，经炭化活化，即可制备出高性能的活性炭，工艺简单，成本低。制备高比表面积活性炭一般是将一定尺寸的石油焦颗粒与碱性活性剂混合,经低温脱水和高温活化后冷却水洗。使用合适的工艺可以得到比表面积超过3000m/g的活性炭。对于石油焦的性能、制备过程中活化剂的种类、碱炭比、活化溢度、活化时间等因素对活性炭收率、比表面积、孔结构和吸附能力的影响有较多的研究。
石油焦基多孔炭的制备过程实际上是在高温下使前驱体中的非炭成分以挥发分的形式去除，并合理消耗原料中一定量的炭，从而生成大量微细孔结构的过程。根据活化介质的不同，活化方法可分为传统的物理活化和化学活化。
（1）物理活化法
物理活化采用氧化性气体，如水蒸气、CO2、氧气等，和前驱体反应，使炭材料内部形成新孔以及扩大原来的孔，从而形成发达的孔隙结构。物理活化反应的实质是炭的氧化反应，但炭的氧化反应不是在炭的整个表面均匀地进行，而仅仅发生在“活性点”上，即与活化剂亲和力较大的部位才发生反应，如在微晶的边角和有缺陷位置上的碳原子。
物理活化的关键是选择合适的活化剂，二氧化碳作为活化剂常用于实验室条件下制备活性炭，而水蒸汽则多用于工业生产。
（2）化学活化法
化学活化是采用不同的化学药品浸渍含碳物料，在一定温度下进行炭化和活化。化学活化的机理较为复杂，一般认为化学药品影响热解过程（炭化和活化一步进行），或与碳原子反应而形成发达的孔结构。化学活化的方法有氢氧化钾活化法，氢氧化钠活化法，磷酸活化法，氯化锌活化法和其它活化法。一般认为化学药品可以抑制原料热解时焦油的生成，从而防止由焦油堵塞其热解生成的细孔。化学药品的存在，抑制了含碳挥发物的形成，致使活性炭收率提高。氢氧化钾、硫酸钾等对碳有侵蚀作用，从而形成碳的孔隙结构。因化学活化法简化了操作、节省了时间，通常采用化学活化法来制备活性炭。
以石油焦为原料备活性炭时，采用的化学活化剂主要有KOH、NaOH和K2CO3。先用KOH、NaOH或者K2CO3溶液浸渍含炭原料，然后在一定温度惰性气体保护下活化，直接得到多孔炭，工艺流程见图。
采用化学活化法制备石油焦基活性炭时，有机物小分子会在一定温度受热分解，随着热分解的进行，挥发分大量逸出，形成初孔，活化剂分子沿着初孔向原料内部扩散，与原料内部的炭发生反应，形成新的孔隙。随着温度的升高，挥发分的逸出速度加快。活化温度过高，会使炭的微晶排列趋于有序，从而降低了活化反应能力。石油焦为致密有序结构，其主体由类石墨微晶所组成，易挥发组分的含量较少，易石墨化。以石油焦作为制备活性炭的原料，活性炭的孔隙主要通过活化剂与炭反应形成。
石油焦改性进行脱硫吸附
改性石油焦对SO2的吸附作用主要包括物理和化学两方面的作用，当烟气中无水蒸汽和氧气存在时，主要发生物理吸附，吸附量非常小，当烟气有足够量的氧气和水蒸汽时，伴随着物理吸附，同时还会发生化学吸附，如果在改性石油焦中负载一些金属离子（如Cu等）可提高其脱硫效率。
脱硫剂中含有一定量的氧，非常有利于脱硫剂的脱硫性能。而且，原料当中的挥发份对脱硫剂的活性影响也很大。因为脱硫剂的制备过程基本上都是在高温的条件下进行的，这时石油焦当中的挥发份就会溢出，从而使其中形成孔道、扩大微孔，石油焦的孔容和比表面积都将有较大幅度的增加，对吸附SO2非常有利。
石油焦用于催化气化
近年来，国内学者对煤或煤焦的气化活性进行了大量的研究工作，但对石油焦气化活性研究的并不多，影响石油焦反应性的因素可归结为：石油焦纯度、碳微晶结构、比表面积和孔隙结构、气化介质等。