Visok-sumpor u odnosu na niski-naftni koks sumpora: kako odabrati za različite primjene?

Sadržaj sumpora u naftnom koksu je ključni indikator za mjerenje njegovog kvaliteta i područja primjene. Prema trenutnim industrijskim standardima, naftni koks sa sadržajem sumpora manjim od 1% naziva se nisko-koks sa niskim sadržajem sumpora (odgovara 1#, 2A), sa sadržajem sumpora između 1% i 3% naziva se srednji-koks sumpora (odgovara 2B, 2C, 3A, C), a sa sadržajem sumpora veći od 3,3 koks sa visokim{14}sumpornim sadržajem. Ova klasifikacija direktno određuje nizvodno odredište i tržišnu cijenu naftnog koksa.

U praktičnim primenama, rafiniraniji standardi klasifikacije se takođe široko koriste. Prema kineskom standardu kvaliteta odloženog petrolej koksa (ZBE44002-86), sirovi koks je klasifikovan u No. 1, No. 2 i No. 3, svaki dalje podijeljen na A koks i B koks. No. 1 Koks ima sadržaj sumpora ne veći od 0,5%, No. 1 B koks ne veći od 0,8%, No. 2 A koks ne veći od 1,0%, a No. 2 B koks ne veći od 1,5%. Što je ranije slovo i manji broj, manji je sadržaj sumpora i bolji je kvalitet.

Vrijedi napomenuti da trenutno ne postoji nacionalni standard za naftni koks sa sadržajem sumpora od 3% ili više. Iako je poslovni standard koji je ranije izdao Sinopec ukinut, on se još uvijek koristi na tržištu koksa s visokim{2}}sumpornim sadržajem.

Nisko-koks sa svojim vrhunskim kvalitetom postao je poželjna sirovina za visoko-ugljične proizvode, igrajući nezamjenjivu ulogu u grafitnim elektrodama, litijum-jonskim anodnim materijalima za baterije i vrhunski-prepečenim anodama.

• Grafitne elektrode

Grafitne elektrode su jedna od najvažnijih primjena koksa s niskim-sumpornim sadržajem. Glavna sirovina za proizvodnju grafitnih elektroda je naftni koks. Mala količina smole koksa može se dodati običnim grafitnim elektrodama, ali sadržaj sumpora i petrolej koksa i smole koksa ne može biti veći od 0,5%. Za proizvodnju grafitnih elektroda velike{5}}ili ultra-velike-elektrode, potreban je igličasti koks. Sadržaj sumpora ima posebno kritičan uticaj na performanse grafitnih elektroda-tokom procesa grafitizacije na visokim-ima, sumpor se ne može potpuno osloboditi. Kada je elektroda izložena temperaturama iznad 1500 stepeni, sumpor se razgrađuje, uzrokujući širenje kristala. Nakon hlađenja, kristali se skupljaju, što dovodi do pucanja elektrode. Ovaj fenomen, poznat kao "širenje plina", ozbiljno utječe na kvalitetu i performanse grafitne elektrode.

Grafitne elektrode ultra{0}}velike-elektrode ne samo da zahtijevaju nisku otpornost, već i niske koeficijente termičkog širenja, dobru otpornost na oksidaciju i dobru otpornost na termički udar nakon grafitizacije. Igličasti koks visokih{3}}koksa koristi se za proizvodnju -kvalitetnih grafitnih elektroda za električne peći velike-i ultra{6}}-električne snage, dok se naftni koks koji sadrži približno 1% sumpora uglavnom koristi u industriji topljenja aluminijuma za proizvodnju anodne paste.

• Materijali anode za litijum{0}jonske baterije

Posljednjih godina, s eksplozivnim rastom novih energetskih vozila i industrija skladištenja energije, brzo se pojavila primjena koksa s niskim-sumpornim sadržajem u oblasti litijum{1}}ionskih anodnih materijala za baterije. Nisko-koks ima nizak koeficijent termičke ekspanzije, nisku poroznost, nizak sadržaj pepela i metalnih elemenata, visoku provodljivost i lako se grafitizira, što ga čini idealnom sirovinom za pripremu umjetnih grafitnih anodnih materijala.

Trenutno, komercijalno dostupan naftni koks koji se koristi u velikim količinama je sav sa niskim-sumpornim koksom, a ograničena opskrba koksom s niskim-sumpornim koksom dovodi do visokih troškova. U strukturi potražnje za niskim-sumpornim koksom, litijum{4}}anode akumulatora učestvuju sa 29%, a njegov efekat istiskivanja-na potražnju iz tradicionalnih polja postaje sve izraženiji. Kompanije za anodne materijale održavaju svoj tempo širenja, a potražnja za niskim-koksom i dalje dobro raste.

• Vrhunske{0}}prepečene anode

Prethodno pečene anode su ključne komponente u ćelijama za elektrolizu aluminijuma, provode struju i učestvuju u elektrohemijskim reakcijama, i ključne su u proizvodnji aluminijumske elektrolize. Nisko{1}}anode sa niskom emisijom koriste naftni koks sa strožom kontrolom sadržaja sumpora i indikatora elemenata u tragovima, što može efikasno smanjiti emisije ugljičnog dioksida u operacijama elektrolize aluminijuma, doprinoseći očuvanju energije i smanjenju emisija prema ciljevima "dvougljične" industrije elektrolize aluminijuma. Naftni koks koji se koristi za prethodno pečene anode obično zahtijeva sadržaj sumpora ispod 1,5%.

• Druge{0}}aplikacije visoke klase

U oblasti podizača ugljika, ljevaonica obično zahtijeva izuzetno nizak sadržaj sumpora, često koristeći "polu-grafitizirani" ili "potpuno grafitizirani" petrolej koks sa fiksnim sadržajem ugljika od preko 98% i sadržajem sumpora ispod 0,05%. Nadalje, proizvodnja proizvoda od grafita visoke -čistoće zahtijeva da sadržaj pepela sirovine bude što je moguće niži (npr. ispod 0,15%).

Iako -koks sa visokim sadržajem sumpora ima veći sadržaj sumpora, značajno je konkurentan u smislu troškova i obima proizvodnje, i još uvijek igra važnu ulogu u specifičnim područjima primjene.

• Prethodno pečene anode

Sa brzim razvojem industrije elektrolitičkog aluminijuma, upotreba koksa sa visokim-sumpornim sadržajem u proizvodnji prethodno pečenih anoda za aluminijum pokazuje sve veći trend. Zbog ograničene opskrbe koksom s niskim-sumpornim koksom, mnoge tvornice ugljika morale su koristiti visoko-sumporni naftni koks, što je dovelo do povećanja sadržaja sumpora u prethodno pečenim anodnim ugljičnim blokovima, što zauzvrat izlaže proces elektrolize aluminija riziku prekoračenja standarda emisije sumpor dioksida.

Na tehničkom nivou, upotreba miješanog naftnog koksa s različitim sadržajem sumpora postala je važno sredstvo za proizvođače aluminijskih anoda da uravnoteže kvalitet anode, potrošnju anoda i ekološke performanse. Kroz razuman proces miješanja, ekološki zahtjevi mogu biti ispunjeni uz kontrolu troškova.

• U sektoru goriva,

Visok-koks se tradicionalno široko koristi kao gorivo u cementarama i elektranama. Međutim, sa sve strožim ekološkim politikama, primjena koksa sa visokim-sumpornim sadržajem kao goriva suočava se sa značajnim ograničenjima. "Akcioni plan za očuvanje energije i smanjenje ugljika" izričito propisuje da se koks sa visokim{4}}sumpornim sadržajem ne može koristiti kao gorivo. Vođen politikom smanjenja emisije ugljika, koks sa visokim-sumpornim sadržajem suočava se sa pritiskom zamjene u aplikacijama kao što su proizvodnja goriva i stakla.

• Novi pokušaji u litijum{0}}onskim anodnim materijalima za baterije

Iako koks s niskim-sumpornim sadržajem ostaje glavni izbor za anode litijum-jonskih baterija, visoko-sumporni koks, sa svojim prednostima u pogledu cijene jeftinijih sirovina i većeg obima proizvodnje, privlači mnoge proizvođače grafita da istraže njegovu primjenu na polju anodnih materijala. Međutim, pretjerano visok sadržaj sumpora u visoko{4}}sumpornom koksu dovodi do niza problema: tokom grafitizacije, sumpor izlazi u gasovitom obliku, povećavajući poroznost grafita i specifičnu površinu; istovremeno, sumpor ometa kontinuirani rast grafita, uzrokujući skupljanje kristala, smanjujući anizotropiju grafita i rezultirajući značajnim smanjenjem gustoće zbijanja, kapaciteta i početne kulombičke efikasnosti. Trenutno, industrija razvija tehnologije kao što su kompozitni grafitni anodni materijali, pokušavajući da prevaziđe inherentna ograničenja koksa sa visokim-sumporom kroz formulaciju sirovina i optimizaciju procesa.

• Hemijska proizvodnja

Obični sirovi koks sa visokim-sumporom može se koristiti u hemijskoj proizvodnji, kao što je proizvodnja kalcijum karbida i silicijum karbida, ili kao gorivo u livenju metala i proizvodnji stakla.

Na osnovu gornje analize, izbor petrolej koksa za različite scenarije primjene može se sažeti na sljedeći način:

Grafitne elektrode: Obične grafitne elektrode zahtijevaju sadržaj sumpora petrolej koksa koji ne prelazi 0,5%; Grafitne elektrode velike{1}}i ultra-velike-elektrode zahtijevaju igličasti koks, sa još strožim zahtjevima za sadržaj sumpora.

Materijali anode za litijum{0}jonske baterije: Trenutno je glavni komercijalni materijal sa niskim-koksom (sadržaj sumpora manji od 1%), a visoko-anodni materijali imaju izuzetno strogu kontrolu sadržaja sumpora.

Prethodno pečene anode: Sadržaj sumpora se obično traži ispod 1,5%; Nisko{1}}anode sa niskom emisijom imaju još strožije zahtjeve i moraju zadovoljiti ekološke standarde u okviru cilja "dvostrukog ugljika".

Karbonizatori: Karbonizatori za livenje- zahtijevaju izuzetno nizak sadržaj sumpora (manji ili jednak 0,05%), što zahtijeva upotrebu "polu-grafitiziranog" ili "potpuno grafitiziranog" petrol koksa.

Hemijska proizvodnja i gorivo: Obični sirovi koks sa visokim-sumporom može se koristiti u hemijskoj proizvodnji, ali je njegova upotreba kao goriva strogo ograničena.

Prilikom odabira naftnog koksa, pored sadržaja sumpora kao osnovnog indikatora, moraju se sveobuhvatno uzeti u obzir faktori kao što su sadržaj pepela, stvarna gustina, otpornost na termički udar i morfologija. Sadržaj pepela ometa kristalizaciju i utiče na performanse proizvoda; prava gustina odražava stepen kristalnosti; a morfologija određuje primjenjivost naftnog koksa u specifičnim primjenama. Industrijski konsenzus je: namjeravana upotreba određuje odabir klase-za elektrolitičke aluminijske anode ili proizvode od visokokvalitetnog grafita-, preferira se koks razreda A; za nisko-ugljične proizvode ili gorivo, Grade B i niže se može odabrati.

U pozadini kontinuiranog napredovanja ciljeva "dvostrukog ugljika" i brzog razvoja nove energetske industrije, tržišne pozicije koksa sa niskim-sumpornim i visokim-koksom su podvrgnute dubokom prilagođavanju. Nisko-koks, sa svojom nezamjenjivom ulogom u vrhunskim{4}} aplikacijama, doživljava kontinuirano rastuću potražnju; dok se koks sa visokim-sumpornim sadržajem suočava sa sve strožim ekološkim ograničenjima i hitno mu je potreban napredak u tehnološkim nadogradnjama i proširenju primjene. Za praktičare u industriji, precizno razumijevanje zahtjeva za kvalitetom naftnog koksa za različite scenarije primjene i donošenje naučnih odluka zasnovanih na obrascima ponude i potražnje i trendovima cijena bit će ključ za stjecanje prednosti na sve diferenciranijem tržištu naftnog koksa.