Les profils de migration et de volatilisation des éléments traces tels que le sodium (Na), le vanadium (V), le nickel (Ni) et le calcium (Ca) dans le coke de pétrole lors de la calcination sont influencés conjointement par la température, les formes d'occurrence et les réactions chimiques. Les profils spécifiques sont les suivants :
1. Migration et volatilisation du sodium (Na)
- Phase à basse température (<1000 °C) : le sodium existe principalement sous forme de sels inorganiques (par exemple, sulfate de sodium, chlorure de sodium) ou de complexes organiques, et présente une faible volatilité. Lorsque la température augmente, il se décompose progressivement en oxydes gazeux (par exemple, Na₂O) ou en hydroxydes (par exemple, NaOH).
- Phase à haute température (>1000 °C) : La volatilité du sodium augmente considérablement. Les composés formés avec le soufre et le chlore (par exemple, Na₂S, NaCl) se subliment ou se décomposent facilement à haute température, ce qui provoque la libération de sodium sous forme gazeuse.
- Facteurs influents : La volatilisation du sodium est fortement influencée par l’atmosphère de calcination (oxydante/réductrice). En milieu réducteur, le sodium a tendance à se volatiliser sous forme de sulfures.
2. Migration et volatilisation du vanadium (V)
- Formes d'occurrence : Le vanadium dans le coke de pétrole existe principalement sous des formes liées à la matière organique (par exemple, les porphyrines de vanadyle) et sous des formes stables (par exemple, les oxydes de vanadium, les silicates).
- Phase à basse température (<1100 °C) : le vanadium lié à la matière organique se décompose progressivement avec l’augmentation de la température, se transformant en formes solubles dans l’eau, échangeables d’ions ou liées aux carbonates. Une partie du vanadium réagit avec les minéraux de calcium et de fer pour former des eutectiques à bas point de fusion.
- Phase à haute température (>1100 °C) : La volatilité du vanadium augmente fortement. Le vanadium lié à la matière organique se décompose rapidement en espèces gazeuses VOₓ (par exemple, VO, V₂O₅), tandis que le vanadium stable (par exemple, V₂O₃) fond partiellement et libère une petite quantité de vanadium à haute température.
- Facteurs influents : La volatilisation du vanadium est influencée par la température, la vitesse de combustion et la composition minérale. À haute température, le vanadium forme des structures nanocristallines avec le silicium et le soufre, ce qui entraîne une volatilisation partielle sous forme gazeuse.
3. Migration et volatilisation du nickel (Ni)
- Formes d'occurrence : Le nickel dans le coke de pétrole existe principalement sous forme de sulfures (Ni₃S₂), d'oxydes (NiO) ou de silicates.
- Étape à basse température (<900°C) : Le nickel existe sous forme de Ni₃S₂, avec une faible volatilité.
- Étape à température moyenne (900–1200°C) : Ni₃S₂ se transforme progressivement en NiS dans le laitier liquide, atteignant une teneur maximale en NiS d'environ 22,4 % à 1200°C, avant de revenir à Ni₃S₂ lorsque la température augmente encore.
- Étape à haute température (>1400°C) : Le nickel se volatilise sous forme de composés gazeux (par exemple Ni(g), NiS(g)), mais Ni₃S₂ ne se convertit pas directement en Ni(s) solide.
- Facteurs influents : La volatilisation du nickel est fortement influencée par les agents de gazéification (par exemple, O₂, H₂O). L’ajout d’O₂ inhibe la conversion de Ni₃S₂ en Ni élémentaire et supprime la formation de composés spinelles (par exemple, NiAl₂O₄).
4. Migration et volatilisation du calcium (Ca)
- Formes d'occurrence : Le calcium dans le coke de pétrole existe principalement sous forme de carbonates (CaCO₃), de sulfates (CaSO₄) ou de silicates.
- Étape à basse température (<800°C) : Les carbonates se décomposent en CaO et CO₂, tandis que les sulfates se décomposent en CaO et SO₃, conduisant à l'enrichissement du calcium sous forme d'oxyde.
- Étape à température moyenne (800–1200°C) : le CaO réagit avec le silicium et l'aluminium pour former des minéraux à bas point de fusion (par exemple, l'anorthite CaAl₂Si₂O₈), avec une partie du calcium restant sous forme solide.
- Étape à haute température (>1200°C) : La volatilité du calcium est faible, mais les minéraux à bas point de fusion peuvent fondre partiellement ou se décomposer à haute température, ce qui provoque la migration du calcium sous forme gazeuse ou liquide.
- Facteurs influents : La migration du calcium est fortement influencée par les rapports silice/alumine et fer/calcium. Une augmentation du rapport silice/alumine favorise la conversion de FeV₂O₄ en V₂O₃, tandis qu’une augmentation du rapport fer/calcium inhibe la formation de CaAl₂Si₂O₈.
Modèles complets
- Dépendance à la température : Le taux de volatilisation des éléments traces augmente avec la température, mais les plages de température de volatilisation varient considérablement d'un élément à l'autre (par exemple, le vanadium se volatilise fortement au-dessus de 1100 °C, tandis que le nickel devient significatif au-dessus de 1400 °C).
- Influence des formes d’occurrence : Les éléments traces liés à la matière organique (par exemple, le vanadium organique) sont plus volatils que les formes stables (par exemple, les oxydes de vanadium).
- Contrôle des réactions chimiques : La volatilisation des éléments traces est contrôlée par des réactions avec le soufre et le chlore, formant des composés à bas point de fusion ou gazeux (par exemple, Na₂S, VOₓ).
- Orientations d'optimisation du procédé : Le contrôle de la température de calcination, de l'atmosphère et des additifs (par exemple, les modificateurs du rapport silice-alumine) peut supprimer la volatilisation des éléments nocifs et améliorer la qualité du coke calciné.
Date de publication : 17 avril 2026