Petrolkoks z visoko{0}}žveplom v primerjavi z nizko-žveplom: Kako izbrati za različne aplikacije?

Vsebnost žvepla v naftnem koksu je glavni kazalnik za merjenje njegove kakovosti in področja uporabe. V skladu z veljavnimi industrijskimi standardi se naftni koks z vsebnostjo žvepla manj kot 1 % imenuje nizko{2}}žveplov koks (ustreza 1#, 2A), z vsebnostjo žvepla med 1 % in 3 % se imenuje srednje-žveplov koks (ustreza 2B, 2C, 3A, 3B, 3C), z vsebnostjo žvepla nad 3 % pa je razvrščen kot visoko{14}}žveplov koks. Ta razvrstitev neposredno določa namembni kraj in tržno ceno naftnega koksa.

V praktičnih aplikacijah se pogosto uporabljajo tudi bolj izpopolnjeni klasifikacijski standardi. V skladu s kitajskim standardom kakovosti zakasnjenega naftnega koksa (ZBE44002-86) je surovi koks razvrščen v št.. 1, št.. 2 in št.. 3, od katerih je vsak nadalje razdeljen na koks A in koks B. Koks št. . 1 A vsebuje največ 0,5 % žvepla, koks št. . 1 B ne več kot 0,8 %, koks št. . 2 A ne več kot 1,0 %, koks št. . 2 B ne več kot 1,5 %. Čim prej je črka in čim manjša je številka, tem manjša je vsebnost žvepla in boljša je kakovost.

Omeniti velja, da trenutno ni nacionalnega standarda za naftni koks z vsebnostjo žvepla 3 % ali več. Čeprav je bil poslovni standard, ki ga je prej izdal Sinopec, ukinjen, se še vedno uporablja na trgu koksa z visoko-žveplom.

Koks z nizko -žveplom je s svojo vrhunsko kakovostjo postal prednostna surovina za visokokakovostne -izdelke iz ogljika in igra nenadomestljivo vlogo pri grafitnih elektrodah, anodnih materialih za litij-ionske baterije in visoko-predpečenih anodah.

• Grafitne elektrode

Grafitne elektrode so ena najpomembnejših aplikacij koksa z nizko-žveplom. Glavna surovina za proizvodnjo grafitnih elektrod je naftni koks. Majhno količino smolnega koksa lahko dodamo običajnim energetskim grafitnim elektrodam, vendar vsebnost žvepla tako v naftnem koksu kot v smolnem koksu ne sme preseči 0,5 %. Za proizvodnjo grafitnih-zmogljivih ali ultra-z-zmogljivih grafitnih elektrod je potreben igelni koks. Vsebnost žvepla ima še posebej kritičen vpliv na delovanje grafitnih elektrod-med postopkom grafitizacije pri visoki-temperaturi se žveplo ne more popolnoma sprostiti. Ko je elektroda izpostavljena temperaturam nad 1500 stopinj, žveplo razpade, kar povzroči, da se kristali razširijo. Pri ohlajanju se kristali skrčijo, kar povzroči pokanje elektrode. Ta pojav, znan kot "širjenje plina", resno vpliva na kakovost in delovanje grafitne elektrode.

Ultra{0}}-zmogljive grafitne elektrode ne zahtevajo le nizke upornosti, temveč tudi nizke koeficiente toplotnega raztezanja, dobro odpornost proti oksidaciji in dobro odpornost na toplotni udar po grafitizaciji. Visoko{3}}igelni koks se uporablja za proizvodnjo visoko-kakovostnih grafitnih elektrod za visoko-močne in ultra-visoke-električne peči, medtem ko se naftni koks, ki vsebuje približno 1 % žvepla, uporablja predvsem v industriji taljenja aluminija za proizvodnjo anodne paste ali ogljikovih anod.

• Materiali anod za litij-ionske baterije

V zadnjih letih se je z eksplozivno rastjo novih energetskih vozil in industrij za shranjevanje energije hitro pojavila uporaba koksa z nizko-žveplom na področju anodnih materialov za litij-ionske baterije. Koks z nizko -žveplom ima nizek koeficient toplotnega raztezanja, nizko poroznost, nizko vsebnost pepela in kovinskih elementov, visoko prevodnost in se zlahka grafitizira, zaradi česar je idealna surovina za pripravo materialov za umetno grafitno anodo.

Trenutno je komercialno dostopen naftni koks, ki se uporablja v velikih količinah, koks z nizko-žveplom, omejena ponudba koksa z nizko-žveplom pa povzroča visoke stroške. V strukturi povpraševanja po koksu z nizko-žveplom litij-ionske akumulatorske anode predstavljajo 29 %, njegov-učinek izrivanja na povpraševanje s tradicionalnih področij pa postaja vse bolj izrazit. Podjetja za izdelavo anodnih materialov ohranjajo svojo hitrost širitve in povpraševanje po koksu z nizko vsebnostjo-žvepla še naprej dobro raste.

• Predpečene anode visokega razreda

Predpečene anode so ključne komponente v celicah za elektrolizo aluminija, saj prevajajo tok in sodelujejo v elektrokemičnih reakcijah ter so ključne pri proizvodnji elektrolize aluminija. Anode z nizkimi -emisijami uporabljajo naftni koks s strožjim nadzorom nad vsebnostjo žvepla in indikatorji elementov v sledovih, ki lahko učinkovito zmanjšajo emisije ogljikovega dioksida pri postopkih elektrolize aluminija, kar prispeva k varčevanju z energijo in zmanjšanju emisij v skladu s cilji "dvojnega ogljika" industrije elektrolize aluminija. Naftni koks, ki se uporablja za predpečene anode, običajno zahteva vsebnost žvepla pod 1,5 %.

• Druge-vrhunske aplikacije

Na področju dvigalnikov ogljika livarska industrija običajno zahteva izredno nizko vsebnost žvepla, pri čemer se pogosto uporablja "pol-grafitiziran" ali "popolnoma grafitiziran" naftni koks z vsebnostjo vezanega ogljika nad 98 % in vsebnostjo žvepla pod 0,05 %. Poleg tega je za proizvodnjo visoko{4}}čistih grafitnih izdelkov potrebna čim nižja vsebnost pepela v surovin (npr. pod 0,15 %).

Čeprav ima visoko{0}}žveplov koks višjo vsebnost žvepla, je precej konkurenčen glede stroškov in obsega proizvodnje ter ima še vedno pomembno vlogo na določenih področjih uporabe.

• Predpečene anode

S hitrim razvojem elektrolitske industrije aluminija kaže naraščajoč trend uporabe visoko{0}}žveplovega koksa v proizvodnji predpečenih anod za aluminij. Zaradi omejene oskrbe s koksom z nizko-žveplom so morale številne tovarne ogljika uporabljati petrolkoks z visoko-žveplom, kar je povzročilo povečanje vsebnosti žvepla v predpečenih anodnih ogljikovih blokih, kar posledično izpostavi postopek elektrolize aluminija tveganju prekoračitve standardov za emisije žveplovega dioksida.

Na tehnični ravni je uporaba mešanice naftnega koksa z različnimi vsebnostmi žvepla postala pomembno sredstvo za proizvajalce aluminijevih anod za uravnoteženje kakovosti anode, porabe anode in okoljske učinkovitosti. Z razumnim postopkom mešanja je mogoče izpolniti okoljske zahteve in hkrati nadzorovati stroške.

• V sektorju goriva,

-koks z visoko vsebnostjo žvepla se tradicionalno pogosto uporablja kot gorivo v cementarnah in elektrarnah. Vendar pa se zaradi vse strožjih okoljskih politik uporaba koksa z visoko -žveplom kot goriva sooča s precejšnjimi omejitvami. »Akcijski načrt za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij ogljika« izrecno določa, da koksa z visoko -žveplom ni mogoče uporabiti kot gorivo. Zaradi politike zmanjševanja emisij ogljika se koks z visoko-žveplom sooča s pritiskom zamenjave v aplikacijah, kot sta proizvodnja goriva in stekla.

• Novi poskusi anodnih materialov za litij-ionske baterije

Čeprav koks z nizko-žveplom ostaja glavna izbira za anode za litij-ionske baterije, koks z visoko-žveplom s svojimi stroškovnimi prednostmi cenejših surovin in večjim obsegom proizvodnje privablja številne proizvajalce grafita, da raziščejo njegovo uporabo na področju anodnega materiala. Vendar previsoka vsebnost žvepla v koksu z visoko-žveplom vodi do vrste težav: med grafitizacijo žveplo uhaja v plinasti obliki, kar povečuje poroznost grafita in specifično površino; istočasno žveplo ovira neprekinjeno rast grafita, kar povzroči krčenje kristalov, zmanjšanje anizotropije grafita in posledično znatno zmanjšanje gostote stiskanja, zmogljivosti in začetne kulonske učinkovitosti. Trenutno industrija razvija tehnologije, kot so kompozitni grafitni anodni materiali, s čimer poskuša preseči inherentne omejitve koksa z visoko-žveplom s formulacijo surovin in optimizacijo postopka.

• Kemična proizvodnja

Navadni surovi koks- z visoko vsebnostjo žvepla se lahko uporablja v kemični proizvodnji, kot je proizvodnja kalcijevega karbida in silicijevega karbida, ali kot gorivo pri litju kovin in proizvodnji stekla.

Na podlagi zgornje analize lahko izbiro naftnega koksa za različne scenarije uporabe povzamemo na naslednji način:

Grafitne elektrode: Navadne električne grafitne elektrode zahtevajo vsebnost žvepla v petrolkoksu, ki ne presega 0,5 %; visoko{1}}zmogljive in ultra{2}}visoko-zmogljive grafitne elektrode zahtevajo igelni koks s še strožjimi zahtevami glede vsebnosti žvepla.

Materiali anod za litij-ionske baterije: Trenutno je glavni komercialni material nizko{0}}žveplov koks (vsebnost žvepla manj kot 1 %), visoko{2}}kakovostni anodni materiali pa imajo izjemno strog nadzor vsebnosti žvepla.

Predpečene anode: vsebnost žvepla mora biti običajno pod 1,5 %; anode z nizko{1}}emisijo imajo še strožje zahteve, saj morajo izpolnjevati okoljske standarde v okviru cilja "dvojnega ogljika".

Karbonizatorji: Karbonizatorji-kakovosti za litje zahtevajo izjemno nizko vsebnost žvepla (manj kot ali enako 0,05 %), zaradi česar je potrebna uporaba "pol-grafitiziranega" ali "popolnoma grafitiziranega" petrolkoksa.

Kemična proizvodnja in gorivo: navaden surovi koks-z visoko vsebnostjo žvepla se lahko uporablja v kemični proizvodnji, vendar je njegova uporaba kot gorivo strogo omejena.

Pri izbiri naftnega koksa je treba poleg vsebnosti žvepla kot glavnega indikatorja celovito upoštevati dejavnike, kot so vsebnost pepela, prava gostota, odpornost na toplotne udarce in morfologija. Vsebnost pepela ovira kristalizacijo in vpliva na učinkovitost izdelka; prava gostota odraža stopnjo kristaliničnosti; morfologija pa določa uporabnost naftnega koksa v posebnih aplikacijah. Industrijsko soglasje je: predvidena uporaba določa izbiro razreda-za elektrolitske aluminijeve anode ali visokokakovostne-grafitne izdelke, prednost ima koks razreda A; za nizko-ogljične izdelke ali gorivo je mogoče izbrati razred B in nižje.

V ozadju nenehnega napredka ciljev »dvoogljika« in hitrega razvoja nove energetske industrije se tržna položaja koksa z nizko-žveplom in koksa z visoko-žveplom močno spreminjata. Koks z nizko vsebnostjo-žvepla, s svojo nenadomestljivo vlogo v aplikacijah višjega razreda, doživlja nenehno naraščajoče povpraševanje; medtem ko se koks z visoko -žveplom sooča z vse strožjimi okoljskimi omejitvami in nujno potrebuje preboje v tehnoloških nadgradnjah in razširitvi uporabe. Za strokovne delavce v industriji bo natančno razumevanje zahtev glede kakovosti naftnega koksa za različne scenarije uporabe in sprejemanje znanstvenih odločitev na podlagi vzorcev tržne ponudbe in povpraševanja ter cenovnih trendov ključno za pridobitev prednosti na vse bolj diferenciranem trgu naftnega koksa.