Миграција и обрасце испаравања елемената у траговима као што су натријум (Na), ванадијум (V), никл (Ni) и калцијум (Ca) у петролном коксу током калцинације су заједнички под утицајем температуре, облика појављивања и хемијских реакција. Специфични обрасци су следећи:
1. Миграција и испаравање натријума (Na)
- Нискотемпературна фаза (<1000°C): Натријум се првенствено налази у облику неорганских соли (нпр. натријум сулфат, натријум хлорид) или органских комплекса, са ниском испарљивошћу. Како температура расте, постепено се разлаже на гасовите оксиде (нпр. Na₂O) или хидроксиде (нпр. NaOH).
- Фаза високе температуре (>1000°C): Испарљивост натријума значајно се повећава. Једињења настала са сумпором и хлором (нпр. Na₂S, NaCl) лако сублимирају или се разлажу на високим температурама, што доводи до изласка натријума у гасовитом облику.
- Фактори утицаја: Испаравање натријума је значајно под утицајем атмосфере калцинације (оксидационе/редукционе). Под редукционим условима, натријум ће вероватније испаравати у облику сулфида.
2. Миграција и испаравање ванадијума (V)
- Облици појављивања: Ванадијум у нафтном коксу првенствено постоји у органски везаним облицима (нпр. ванадил порфирини) и стабилним облицима (нпр. ванадијум оксиди, силикати).
- Фаза ниске температуре (<1100°C): Органски везани ванадијум се постепено разлаже са повећањем температуре, трансформишући се у облике растворљиве у води, јонски заменљиве или карбонатно везане облике. Неки ванадијум реагује са минералима калцијума и гвожђа формирајући еутектике са ниском тачком топљења.
- Фаза високе температуре (>1100°C): Испарљивост ванадијума нагло расте. Органски везани ванадијум се брзо разлаже на гасовите врсте VOₓ (нпр. VO₂, V₂O₅), док се стабилни ванадијум (нпр. V₂O₃) делимично топи и ослобађа малу количину ванадијума на високим температурама.
- Фактори који утичу: На испаравање ванадијума утичу температура, брзина сагоревања и минерални састав. На високим температурама, ванадијум формира нанокристалне структуре са силицијумом и сумпором, што доводи до делимичног испаравања у гасовитом облику.
3. Миграција и испаравање никла (Ni)
- Облици појављивања: Никл у нафтном коксу првенствено постоји у облику сулфида (Ni₃S₂), оксида (NiO) или силиката.
- Нискотемпературна фаза (<900°C): Никл постоји као Ni₃S₂, са ниском испарљивошћу.
- Средњетемпературна фаза (900–1200°C): Ni₃S₂ се постепено трансформише у NiS у течној згури, достижући максимални садржај NiS од приближно 22,4% на 1200°C, пре него што се врати у Ni₃S₂ како температура даље расте.
- Фаза високе температуре (>1400°C): Никл испарава у облику гасовитих једињења (нпр. Ni(g), NiS(g)), али Ni₃S₂ се не претвара директно у чврсти Ni(s).
- Фактори који утичу: На испаравање никла значајно утичу средства за гасификацију (нпр. O₂, H₂O). Додавање O₂ инхибира конверзију Ni₃S₂ у елементарни Ni и сузбија стварање спинелних једињења (нпр. NiAl₂O₄).
4. Миграција и испаравање калцијума (Ca)
- Облици појављивања: Калцијум у петролном коксу првенствено постоји у облику карбоната (CaCO₃), сулфата (CaSO₄) или силиката.
- Нискотемпературна фаза (<800°C): Карбонати се разлажу на CaO и CO₂, док се сулфати разлажу на CaO и SO₃, што доводи до обогаћивања калцијума у облику оксида.
- Средњетемпературна фаза (800–1200°C): CaO реагује са силицијумом и алуминијумом формирајући минерале са ниском тачком топљења (нпр. анортит CaAl₂Si₂O₈), при чему нешто калцијума остаје у чврстом облику.
- Фаза високе температуре (>1200°C): Испарљивост калцијума је ниска, али минерали са ниском тачком топљења могу се делимично отопити или разложити на високим температурама, што узрокује миграцију калцијума у гасовитом или течном облику.
- Фактори утицаја: На миграцију калцијума значајно утичу однос силицијум-диоксида и алуминијум-оксида и однос гвожђа и калцијума. Повећање односа силицијум-диоксида поспешује конверзију FeV₂O₄ у V₂O₃, док повећање односа гвожђа и калцијума инхибира стварање CaAl₂Si₂O₈.
Свеобухватни обрасци
- Зависност од температуре: Брзина испаравања елемената у траговима расте са температуром, али распони температура испаравања значајно варирају међу елементима (нпр. ванадијум нагло испарава изнад 1100°C, док никл постаје значајан изнад 1400°C).
- Утицај облика појављивања: Органски везани елементи у траговима (нпр. органски ванадијум) су испарљивији од стабилних облика (нпр. ванадијум оксиди).
- Контрола хемијске реакције: Испаравање елемената у траговима контролише се реакцијама са сумпором и хлором, формирајући једињења са ниском тачком топљења или гасовита једињења (нпр. Na₂S, VOₓ).
- Правци за оптимизацију процеса: Контролисање температуре калцинације, атмосфере и адитива (нпр. модификатора односа силицијум диоксида и алуминијума) може сузбити испаравање штетних елемената и побољшати квалитет калцинисаног кокса.
Време објаве: 17. април 2026.