Koks naftowy o wysokiej-siarce czy o niskiej-siarce: jaki wybrać do różnych zastosowań?

Zawartość siarki w koksie naftowym jest głównym wskaźnikiem służącym do pomiaru jego jakości i zakresu zastosowania. Zgodnie z obowiązującymi normami branżowymi koks naftowy o zawartości siarki poniżej 1% nazywany jest koksem nisko-siarkowym (odpowiadającym 1#, 2A), o zawartości siarki od 1% do 3% nazywany jest koksem średnio-siarkowym (odpowiadającym 2B, 2C, 3A, 3B, 3C), a o zawartości siarki większej niż 3% jest klasyfikowany jako koks o wysokiej-siarce. Klasyfikacja ta bezpośrednio określa dalsze przeznaczenie i cenę rynkową koksu naftowego.

W zastosowaniach praktycznych szeroko stosowane są również bardziej wyrafinowane standardy klasyfikacji. Zgodnie z chińską normą jakości opóźnionego koksu naftowego (ZBE44002-86), surowy koks dzieli się na nr. 1, nr. 2 i nr. 3, przy czym każdy z nich dzieli się dalej na koks A i koks B. Nie. 1 koks ma zawartość siarki nie większą niż 0,5%, koks No. 1 B nie więcej niż 0,8%, koks No. 2 A nie więcej niż 1,0%, a koks No. 2 B nie więcej niż 1,5%. Im wcześniejsza litera i mniejsza cyfra, tym niższa zawartość siarki i lepsza jakość.

Warto zaznaczyć, że obecnie nie ma krajowej normy dla koksu naftowego o zawartości siarki 3% i wyższej. Chociaż standard korporacyjny wydany wcześniej przez firmę Sinopec został zniesiony, nadal jest on stosowany na rynku koksu o wysokiej-siarce.

Dzięki swojej doskonałej jakości koks o niskiej-siarce stał się preferowanym surowcem do-wysokiej jakości produktów węglowych, odgrywając niezastąpioną rolę w elektrodach grafitowych, materiałach anodowych do akumulatorów litowo-jonowych i wysokiej klasy-anodach wstępnie spiekanych.

• Elektrody grafitowe

Elektrody grafitowe są jednym z najważniejszych zastosowań koksu o niskiej-siarce. Głównym surowcem do produkcji elektrod grafitowych jest koks naftowy. Do zwykłych elektrod grafitowych mocy można dodać niewielką ilość koksu pakowego, ale zawartość siarki zarówno w koksie naftowym, jak i koksie pakowym nie może przekraczać 0,5%. Do produkcji elektrod grafitowych o-wysokiej lub ultra{6}}wysokiej-mocy wymagany jest koks igłowy. Zawartość siarki ma szczególnie krytyczny wpływ na działanie elektrod grafitowych-podczas-procesu grafityzacji w wysokiej temperaturze siarka nie może zostać całkowicie uwolniona. Kiedy elektroda jest wystawiona na działanie temperatur powyżej 1500 stopni, siarka rozkłada się, powodując rozszerzanie się kryształów. Po ochłodzeniu kryształy kurczą się, co prowadzi do pękania elektrody. Zjawisko to, znane jako „rozprężanie gazu”, poważnie wpływa na jakość i działanie elektrody grafitowej.

Elektrody grafitowe o ultra-wysokiej-mocy wymagają nie tylko niskiej rezystywności, ale także niskich współczynników rozszerzalności cieplnej, dobrej odporności na utlenianie i dobrej odporności na szok termiczny po grafityzacji. Wysoko-koks igłowy jest używany do produkcji-wysokiej jakości elektrod grafitowych do pieców elektrycznych-o dużej i bardzo-o dużej-mocy, natomiast koks naftowy zawierający około 1% siarki jest stosowany głównie w przemyśle hutnictwa aluminium do produkcji pasty anodowej lub anod węglowych.

• Materiały na anody-baterii litowo-jonowych

W ostatnich latach, wraz z gwałtownym rozwojem nowych pojazdów napędzanych energią i branż magazynowania energii, szybko pojawiło się zastosowanie koksu o niskiej-siarce w dziedzinie materiałów anodowych do akumulatorów litowo-jonowych. Koks o niskiej-siarce ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, niską porowatość, niską zawartość popiołu i pierwiastków metalicznych, wysoką przewodność i łatwo ulega grafityzacji, co czyni go idealnym surowcem do wytwarzania materiałów anodowych ze sztucznego grafitu.

Obecnie dostępny na rynku koks naftowy stosowany w dużych ilościach składa się wyłącznie z koksu o niskiej-siarce, a ograniczona podaż koksu o niskiej-siarce prowadzi do wysokich kosztów. W strukturze popytu na koks-o niskiej zawartości siarki anody do akumulatorów-litowo-jonowych stanowią 29%, a efekt wypierania-koksu z tradycyjnych złóż staje się coraz bardziej widoczny. Firmy produkujące materiały anodowe utrzymują tempo ekspansji, a popyt na koks o niskiej-siarce stale rośnie.

• Wysokiej klasy-wypalane anody

Wstępnie spiekane anody są kluczowymi elementami ogniw do elektrolizy aluminium, przewodzącymi prąd i uczestniczącymi w reakcjach elektrochemicznych, a także odgrywają kluczową rolę w produkcji elektrolizy aluminium. W anodach-o niskiej emisji wykorzystuje się koks naftowy przy ściślejszej kontroli zawartości siarki i wskaźników pierwiastków śladowych, co może skutecznie zmniejszyć emisję dwutlenku węgla podczas operacji elektrolizy aluminium, przyczyniając się do oszczędzania energii i redukcji emisji w ramach celów „podwójnego węgla” w branży elektrolizy aluminium. Koks naftowy stosowany do wstępnie wypalanych anod zazwyczaj wymaga zawartości siarki poniżej 1,5%.

• Inne zaawansowane-aplikacje

W dziedzinie substancji zwiększających węgiel przemysł odlewniczy zwykle wymaga wyjątkowo niskiej zawartości siarki, często stosując „pół-grafityzowany” lub „w pełni grafitowany” koks naftowy o stałej zawartości węgla przekraczającej 98% i zawartości siarki poniżej 0,05%. Ponadto produkcja produktów grafitowych-o wysokiej czystości wymaga, aby zawartość popiołu w surowcach była jak najniższa (np. poniżej 0,15%).

Chociaż koks-wysokosiarkowy ma wyższą zawartość siarki, jest znacznie konkurencyjny pod względem kosztów i skali produkcji i nadal odgrywa ważną rolę w określonych obszarach zastosowań.

• Wstępnie wypieczone anody

Wraz z szybkim rozwojem przemysłu aluminium elektrolitycznego zastosowanie-koksu o wysokiej zawartości siarki w produkcji wstępnie wypalanych anod do aluminium wykazuje tendencję rosnącą. Ze względu na ograniczone dostawy koksu o niskiej-siarce wiele zakładów węglowych musiało stosować koks naftowy o wysokiej-siarce, co doprowadziło do wzrostu zawartości siarki we wstępnie wypalonych blokach węglowych anod, co z kolei naraża proces elektrolizy aluminium na ryzyko przekroczenia norm emisji dwutlenku siarki.

Na poziomie technicznym stosowanie mieszanego koksu naftowego o różnej zawartości siarki stało się dla producentów anod aluminiowych ważnym sposobem zrównoważenia jakości anod, zużycia anod i ekologiczności. Dzięki rozsądnemu procesowi mieszania można spełnić wymagania środowiskowe, jednocześnie kontrolując koszty.

• W branży paliwowej

Koks o wysokiej-siarce był tradycyjnie szeroko stosowany jako paliwo w cementowniach i elektrowniach. Jednak w obliczu coraz bardziej rygorystycznych polityk środowiskowych stosowanie koksu o wysokiej-siarce jako paliwa napotyka poważne ograniczenia. „Plan działania na rzecz oszczędzania energii i redukcji emisji dwutlenku węgla” wyraźnie stanowi, że koks-o wysokiej zawartości siarki nie może być używany jako paliwo. Kierując się polityką redukcji emisji dwutlenku węgla, koks-o wysokiej zawartości siarki stoi przed presją substytucji w zastosowaniach takich jak produkcja paliw i szkła.

• Nowe próby materiałów anodowych do akumulatorów litowo-jonowych

Chociaż koks o niskiej-siarce pozostaje głównym wyborem w przypadku anod do akumulatorów litowo-jonowych, koks o wysokiej-siarce, dzięki zaletom kosztowym wynikającym z tańszych surowców i większej wielkości produkcji, przyciąga wielu producentów grafitu do zbadania jego zastosowania w dziedzinie materiałów anodowych. Jednakże zbyt wysoka zawartość siarki w koksie-o wysokiej zawartości siarki prowadzi do szeregu problemów: podczas grafityzacji siarka ulatnia się w postaci gazowej, zwiększając porowatość grafitu i powierzchnię właściwą; jednocześnie siarka utrudnia ciągły wzrost grafitu, powodując kurczenie się kryształów, zmniejszając anizotropię grafitu i powodując znaczny spadek gęstości zagęszczenia, wydajności i początkowej wydajności kulombowskiej. Obecnie przemysł opracowuje technologie, takie jak kompozytowe materiały anodowe z grafitu, próbując przezwyciężyć nieodłączne ograniczenia koksu o wysokiej-siarce poprzez formułowanie surowców i optymalizację procesów.

• Produkcja Chemiczna

Zwykły surowy koks o wysokiej zawartości siarki może być stosowany w produkcji chemicznej, takiej jak produkcja węglika wapnia i węglika krzemu, lub jako paliwo w odlewnictwie metali i produkcji szkła.

Na podstawie powyższej analizy wybór koksu naftowego do różnych scenariuszy zastosowań można podsumować w następujący sposób:

Elektrody grafitowe: Zwykłe elektrody grafitowe energetyczne wymagają zawartości siarki w koksie naftowym nie przekraczającej 0,5%; Elektrody grafitowe o dużej-mocy i ultra-wysokiej-mocy wymagają koksu igłowego, przy jeszcze bardziej rygorystycznych wymaganiach dotyczących zawartości siarki.

Materiały na anody-baterii litowo-jonowych: Obecnie głównym materiałem komercyjnym jest koks-o niskiej zawartości siarki (zawartość siarki poniżej 1%), a wysokiej-jakości materiały anodowe podlegają niezwykle rygorystycznej kontroli zawartości siarki.

Wstępnie wypalone anody: Zazwyczaj wymagana jest zawartość siarki poniżej 1,5%; anody o niskiej-emisji mają jeszcze bardziej rygorystyczne wymagania i muszą spełniać normy środowiskowe w ramach celu „dwuemisyjnego”.

Karbonizatory: Karbonizatory klasy-odlewniczej wymagają wyjątkowo niskiej zawartości siarki (mniejszej lub równej 0,05%), co powoduje konieczność stosowania „pół-grafityzowanego” lub „w pełni grafityzowanego” koksu naftowego.

Produkcja chemiczna i paliwo: Zwykły surowy koks o wysokiej{0} zawartości siarki można stosować w produkcji chemicznej, ale jego zastosowanie jako paliwa jest ściśle ograniczone.

Przy wyborze koksu naftowego, oprócz zawartości siarki jako podstawowego wskaźnika, należy kompleksowo wziąć pod uwagę takie czynniki, jak zawartość popiołu, gęstość rzeczywista, odporność na szok termiczny i morfologia. Zawartość popiołu utrudnia krystalizację i wpływa na wydajność produktu; gęstość rzeczywista odzwierciedla stopień krystaliczności; i morfologia określa przydatność koksu naftowego w określonych zastosowaniach. Konsensus branżowy jest następujący: przeznaczenie określa wybór gatunku-w przypadku elektrolitycznych anod aluminiowych lub wysokiej jakości-produktów grafitowych, preferowany jest koks klasy A; w przypadku produktów lub paliw o niskiej-emisyjności można wybrać klasę B i niższą.

W kontekście ciągłej realizacji celów „podwójnej emisji dwutlenku węgla” i szybkiego rozwoju nowego przemysłu energetycznego pozycje rynkowe koksu o niskiej-i wysokosiarkowej-przechodzą głębokie korekty. Na koks o niskiej-siarce, odgrywający niezastąpioną rolę w-najwyższych zastosowaniach, popyt stale rośnie; podczas gdy koks-o wysokiej zawartości siarki stoi przed coraz bardziej rygorystycznymi ograniczeniami środowiskowymi i pilnie potrzebuje przełomowych udoskonaleń technologicznych i rozszerzenia zastosowań. Dla praktyków z branży dokładne zrozumienie wymagań jakościowych koksu naftowego dla różnych scenariuszy zastosowań i podejmowanie decyzji naukowych w oparciu o rynkowe wzorce podaży i popytu oraz trendy cenowe będzie kluczem do uzyskania przewagi na coraz bardziej zróżnicowanym rynku koksu naftowego.