Cnooc (Qingdao) Heavy Oil Processing Engineering Technology Research Center Co., LTD
Technologie voor apparatuuronderhoud, nummer 32, 2021
Abstract: De voortdurende ontwikkeling van de Chinese wetenschap en technologie heeft de ontwikkeling van diverse maatschappelijke sectoren bevorderd. Tegelijkertijd heeft het ook onze economische kracht en de algehele nationale kracht effectief versterkt. Naaldcokes, een belangrijk onderdeel van het productieproces van circuitstaal, wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van grafietelektroden. Het speelt een belangrijke rol bij de productie van lithiumbatterijen, evenals in de kernenergie-industrie en de luchtvaart. Met de vooruitgang in wetenschap en technologie is de continue optimalisatie en verbetering van de elektrische ovenstaalproductietechnologie gestimuleerd, en zijn de bijbehorende normen en eisen voor naaldcokes in het onderzoeks- en ontwikkelings- en productieproces voortdurend bijgewerkt om te voldoen aan de eisen van de maatschappelijke productieontwikkeling. Vanwege de verschillende grondstoffen die in het productieproces worden gebruikt, wordt naaldcokes onderverdeeld in petroleumcokes en steenkoolcokes. Uit specifieke toepassingsresultaten blijkt dat naaldcokes van de petroleumcokes een sterkere chemische activiteit heeft dan die van de steenkoolcokes. In dit artikel onderzoeken we de huidige situatie van de markt voor petroleumnaaldfocussen en de problemen in het onderzoeks- en productieproces van de relevante technologie. We analyseren tevens de moeilijkheden bij de productieontwikkeling en de daarmee samenhangende technische problemen van petroleumnaaldfocussen.
I. Inleiding
Naaldcokes speelt een belangrijke rol in de productie van grafietelektroden. Gezien de huidige ontwikkelingen zijn ontwikkelde landen zoals de Verenigde Staten en Japan eerder begonnen met onderzoek, ontwikkeling en productie van naaldcokes. De toepassing van relevante technologieën is inmiddels volwassen en zij beheersen de kerntechnologie voor de productie van petroleumnaaldcokes. Ter vergelijking: het onafhankelijke onderzoek en de productie van naaldcokes in de olie-industrie zijn later van start gegaan. Maar met de voortdurende ontwikkeling van onze markteconomie en de bevordering van de algehele expansie van diverse industriële sectoren, heeft het onderzoek en de ontwikkeling van naaldcokes in de olie-industrie de afgelopen jaren een doorbraak bereikt en is industriële productie mogelijk geworden. Er zijn echter nog steeds enkele tekortkomingen in kwaliteit en gebruikseffectiviteit vergeleken met geïmporteerde producten. Daarom is het noodzakelijk om de huidige marktontwikkelingen en technische moeilijkheden binnen het petroleumsysteem in kaart te brengen.
II. Inleiding en analyse van de toepassing van petroleumnaaldcokes-technologie
(1) Analyse van de huidige ontwikkelingsstatus van petroleumnaaldcokes in binnen- en buitenland
De technologie voor de productie van petroleumnaaldcokes is in de jaren vijftig in de Verenigde Staten ontstaan. Maar ons land is officieel open.
Het onderzoek naar de technologie en productie van petroleumnaaldcokes begon begin jaren tachtig. Met steun van het nationale beleid voor technologisch onderzoek en ontwikkeling begonnen Chinese onderzoeksinstellingen diverse tests uit te voeren op petroleumnaaldcokes en bleven ze verschillende testmethoden onderzoeken. Daarnaast heeft ons land in de jaren negentig veel experimenteel onderzoek gedaan naar de bereiding van naaldcokes in petroleumsystemen en relevante patenten aangevraagd. De afgelopen jaren hebben veel Chinese academische instellingen en aanverwante bedrijven, met steun van het nationale beleid, geïnvesteerd in onderzoek en ontwikkeling en de productie en fabricage binnen de industrie bevorderd. Het niveau van onderzoek en ontwikkeling op het gebied van petroleumnaaldcokestechnologie verbetert voortdurend. De belangrijkste reden hiervoor is de grote binnenlandse vraag naar petroleumnaaldcokes. De binnenlandse onderzoeks- en ontwikkelingscapaciteit en productie kunnen echter niet aan de marktvraag voldoen; een groot deel van de binnenlandse markt wordt ingenomen door geïmporteerde producten. Gezien de huidige ontwikkelingssituatie, hoewel de focus en aandacht voor onderzoek, ontwikkeling en productie van petroleumnaaldtechnologie toenemen, zijn er op het gebied van technologisch onderzoek en ontwikkeling enkele moeilijkheden die de relevante technologische ontwikkeling belemmeren, wat leidt tot een grote kloof tussen ons land en de ontwikkelde landen.
(2) Technische toepassingsanalyse van binnenlandse petroleumnaaldcokesbedrijven
Op basis van de analyse van de kwaliteit en toepassingseffecten van binnenlandse en buitenlandse producten, blijkt dat het kwaliteitsverschil tussen beide soorten petroleumnaaldcokes voornamelijk te wijten is aan de verschillen in de thermische uitzettingscoëfficiënt en de deeltjesgrootteverdeling, wat de verschillen in productkwaliteit weerspiegelt [1]. Dit kwaliteitsverschil wordt voornamelijk veroorzaakt door de productieproblemen in het fabricageproces. In combinatie met het specifieke productieproces en de methoden die worden gebruikt voor de productie van petroleumnaaldcokes, ligt de kern van de productietechnologie voornamelijk in de voorbehandeling van de grondstoffen. Momenteel hebben alleen Shanxi Hongte Chemical Co., LTD., Sinosteel (Anshan) en Jinzhou Petrochemical massaproductie gerealiseerd. Daarentegen is het productie- en fabricagesysteem van petroleumnaaldcokes bij Jinzhou Petrochemical Company relatief volwassen, wordt de verwerkingscapaciteit van de installatie continu verbeterd en kunnen de geproduceerde producten een midden- tot hoog niveau in de markt bereiken, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik als elektroden voor hoog- of ultrahoogvermogenstaal.
III. Analyse van de binnenlandse markt voor petroleumnaaldcokes
(1) Door de versnelling van de industrialisatie neemt de vraag naar naaldcokes dagelijks toe.
Ons land is een van de grootste industriële productielanden ter wereld, wat voornamelijk te danken is aan de structuur van onze industrie.
De ijzer- en staalproductie is een van de belangrijkste industrieën voor de ontwikkeling van onze economie. Tegen deze achtergrond neemt de vraag naar naalden dagelijks toe. Momenteel sluiten ons niveau van technisch onderzoek en ontwikkeling en onze productiecapaciteit echter niet aan op de marktvraag. De belangrijkste reden hiervoor is dat er weinig bedrijven zijn die zich richten op naalden op aardoliebasis en die daadwerkelijk aan de kwaliteitsnormen kunnen voldoen, en dat de productiecapaciteit instabiel is. Hoewel het relevante technologische onderzoek en de ontwikkeling momenteel vooruitgang boeken, is er een grote kloof om te voldoen aan de eisen voor hoogvermogen of ultrahoogvermogen grafietelektroden, wat leidt tot problemen bij de kwaliteitscontrole van producten die specifiek voor naalden op aardoliebasis zijn ontwikkeld. De markt voor naaldcokes is momenteel verdeeld in naaldcokes op aardoliebasis en naaldcokes op steenkoolbasis. De markt voor naaldcokes op aardoliebasis loopt echter iets achter op de markt voor naaldcokes op steenkoolbasis, zowel wat betreft het aantal projecten als het ontwikkelingsniveau. Dit is een van de belangrijkste redenen waarom de Chinese markt voor naaldcokes op aardoliebasis niet effectief kan groeien. Maar naarmate het technologische niveau van de staalindustrie zich continu verbetert, neemt ook de vraag naar ultrahoogvermogen grafietelektroden toe. Dit wijst er tevens op dat, met de voortdurende verbetering van ons industriële ontwikkelingsniveau en de versnelling van het industrialisatieproces, de vraag naar naaldcokes steeds groter zal worden.
(2) Analyse van de zwevende prijs van de naaldcokesmarkt
Volgens het huidige niveau van industriële ontwikkeling en de aanpassing van de industriële structuur en het industriële gehalte van ons land, blijkt dat de petroleumvariant van naaldcokes beter geschikt is voor ons land dan de steenkoolvariant. Dit zal de binnenlandse situatie van onevenwichtigheid tussen vraag en aanbod van naaldcokes verder verergeren. Om deze onevenwichtigheid in het petroleumsysteem op te lossen, kunnen we alleen op import vertrouwen. Uit een analyse van de prijsschommelingen van geïmporteerde producten in de afgelopen jaren blijkt dat de prijs van geïmporteerde petroleumnaaldcokes sinds 2014 is gestegen. Daarom zal petroleumnaaldcokes, met een toenemend aanbodtekort en stijgende importprijzen, voor de binnenlandse industrie een nieuwe investeringshotspot worden in de Chinese naaldcokesindustrie [2].
Ten vierde, onze focus op onderzoek en ontwikkeling van olieproductietechnologie en de analyse van de moeilijkheden die daarmee gepaard gaan.
(1) Analyse van de moeilijkheden bij de voorbehandeling van grondstoffen
Uit de analyse van het gehele productie- en fabricageproces van petroleumnaaldcokes blijkt dat voor de voorbehandeling van de grondstoffen aardolie de belangrijkste grondstof is. Vanwege de specifieke eigenschappen van aardoliebronnen moet ruwe olie ondergronds worden gewonnen, en in ons land worden tijdens de winning en verwerking van ruwe olie diverse katalysatoren gebruikt, waardoor er een zekere hoeveelheid onzuiverheden in de aardolieproducten aanwezig is. Deze voorbehandelingsmethode heeft nadelige gevolgen voor de productie van petroleumnaaldcokes. Bovendien bestaat de samenstelling van aardolie zelf voornamelijk uit alifatische koolwaterstoffen, met een laag gehalte aan aromatische koolwaterstoffen, wat te wijten is aan de kenmerken van de bestaande aardoliebronnen. Het is belangrijk op te merken dat de productie van hoogwaardige petroleumnaaldcokes strenge eisen stelt aan de grondstoffen, met een hoog gehalte aan aromatische koolwaterstoffen, en dat er gekozen moet worden voor aardolie met een laag zwavel-, zuurstof- en asfalteengehalte, waarbij het massafractiegehalte van zwavel minder dan 0,3% en het massafractiegehalte van asfalteen minder dan 1,0% moet zijn. Uit de detectie en analyse van de oorspronkelijke samenstelling blijkt echter dat het grootste deel van de in ons land verwerkte ruwe olie een hoog zwavelgehalte heeft en dat er een tekort is aan olie met een hoog gehalte aan aromatische koolwaterstoffen die geschikt is voor de productie van naaldcokes. Het verwijderen van onzuiverheden uit de olie is een grote technische uitdaging. Tegelijkertijd heeft Jinzhou Petrochemical, dat momenteel verder gevorderd is in onderzoek en ontwikkeling en productie, grondstoffen nodig die geschikt zijn voor de productie van naaldcokes. Het tekort aan grondstoffen en de instabiliteit van de kwaliteit zijn een van de belangrijkste factoren die de kwaliteitsstabiliteit van naaldcokes beperken [3]. Shandong Yida New Material Co., Ltd. heeft een voorbehandeling van grondstoffen ontworpen en toegepast voor de productie-eenheid van naaldcokes.
Tegelijkertijd werden diverse methoden toegepast om vaste deeltjes te verwijderen. Naast het selecteren van zware olie die geschikt is voor de productie van naaldcokes, werden schadelijke stoffen in de grondstoffen vóór het cokesproces verwijderd.
(2) Analyse van technische moeilijkheden bij het vertraagde cokesproces van petroleumnaaldcokes
De productie van naaldcokes is relatief complex en stelt hoge eisen aan de beheersing van de omgevingstemperatuur en de werkdruk tijdens het specifieke verwerkingsproces. Een van de moeilijkheden bij de cokesprocesproductie is of de druk, tijd en temperatuur van de cokes op een wetenschappelijke en redelijke manier kunnen worden gecontroleerd, zodat de reactietijd aan de normvereisten voldoet. Tegelijkertijd kan een betere optimalisatie en afstemming van de cokesprocesparameters en specifieke operationele normen een belangrijke rol spelen bij de optimalisatie en kwaliteitsverbetering van de gehele naaldcokeproductie.
Het belangrijkste doel van het gebruik van een verwarmingsoven voor temperatuurregeling is het uitvoeren van standaardwerkzaamheden in het productieproces van naaldcokes, zodat de omgevingstemperatuur de vereiste parameters bereikt. Het proces van temperatuurregeling bevordert de cokesvorming in een langzame omgeving met een lage temperatuur, waardoor aromatische condensatie wordt bereikt, de geordende rangschikking van moleculen wordt gewaarborgd, de oriëntatie en stolling onder druk worden gegarandeerd en de stabiliteit van de toestand wordt bevorderd. De verwarmingsoven is een essentiële stap in het gehele productieproces van petroleumnaaldcokes, en er gelden specifieke eisen en normen voor het temperatuurbereik, dat niet lager mag zijn dan 476 °C en niet hoger dan 500 °C. Tegelijkertijd moet ook worden opgemerkt dat de temperatuurregeloven een grote en complexe installatie is. We moeten daarom aandacht besteden aan de uniformiteit van de kwaliteit van elke toren met naaldcokes: in elke toren veranderen de temperatuur, druk en luchtsnelheid door andere factoren tijdens het toevoerproces. Hierdoor kan de kwaliteit van de cokes na de toren ongelijkmatig zijn, met name de kwaliteit van de naaldcokes kan variëren. Het effectief oplossen van het probleem van de kwaliteitsuniformiteit van naaldcokes is dan ook een van de aandachtspunten bij de productie ervan.
5. Analyse van de toekomstige ontwikkelingsrichting van petroleumnaaldcokes
(a) Bevorder de voortdurende verbetering van de kwaliteit van naaldcokes uit het binnenlandse petroleumsysteem
De technologie en markt voor naaldcokes worden al gedomineerd door de Verenigde Staten en Japan. De daadwerkelijke productie van naaldcokes in China kampt momenteel echter nog met problemen, zoals een instabiele kwaliteit, een lage cokessterkte en een overmaat aan poedercokes. Hoewel de geproduceerde naaldcokes op grote schaal wordt gebruikt voor de productie van hoogvermogen- en ultrahoogvermogengrafietelektroden, is deze niet geschikt voor de productie van ultrahoogvermogengrafietelektroden met een grote diameter. De afgelopen jaren is ons onderzoek en onze ontwikkeling op het gebied van naaldcokes onverminderd doorgegaan, met als doel de productkwaliteit continu te verbeteren. De naaldcokesproductie-eenheden van Shanxi Hongte Coal Chemical Co., LTD., Sinosteel Coal en Jinzhou Petrochemical Co., LTD. hebben een productiecapaciteit van 40.000-50.000 ton per jaar bereikt, draaien stabiel en verbeteren voortdurend de kwaliteit.
(2) De binnenlandse vraag naar petroleumnaaldcokes blijft groeien
De ontwikkeling van de ijzer- en staalindustrie vereist een grote hoeveelheid ultra-hoogvermogen elektroden en hoogvermogen elektroden. In deze context groeit de vraag naar naaldcokes voor de productie van ultra-hoogvermogen en hoogvermogen elektroden snel, geschat op ongeveer 250.000 ton per jaar. De productie van elektrisch ovenstaal in China bedraagt minder dan 10%, terwijl het wereldgemiddelde 30% bedraagt. Onze staalschrootproductie is opgelopen tot 160 miljoen ton. Gezien de huidige situatie zal de ontwikkeling van elektrisch ovenstaal op de lange termijn onvermijdelijk leiden tot een tekort aan naaldcokes. Daarom moeten er maatregelen worden genomen om de aanvoer van grondstoffen te vergroten en de productiemethoden te verbeteren om aan de productiebehoeften te voldoen.
(3) De groei van de marktvraag bevordert de verbetering van het binnenlandse R&D-technologieniveau.
De kwaliteitskloof en de toenemende vraag naar naaldcokes vereisen een versnelde ontwikkeling van dit product. Tijdens de ontwikkeling en productie van naaldcokes zijn onderzoekers zich steeds meer bewust geworden van de moeilijkheden bij de productie ervan. Dit heeft geleid tot meer onderzoek en de bouw van kleinschalige proefinstallaties om experimentele gegevens te verzamelen die de productie kunnen sturen. De verwerkingstechnologie van naaldcokes wordt voortdurend verbeterd om aan de groeiende vraag te voldoen. Vanuit het perspectief van grondstoffen en productiemethoden beperken het wereldwijde olietekort en het toenemende zwavelgehalte de ontwikkeling van naaldcokes voor de olie-industrie. Bij Shandong Yida New Material Co., Ltd. is een nieuwe industriële productiefaciliteit voor de voorbehandeling van grondstoffen voor naaldcokes gebouwd en in gebruik genomen. Hierdoor wordt een uitstekende grondstof voor naaldcokes geproduceerd, wat de kwaliteit en de opbrengst van naaldcokes voor de olie-industrie aanzienlijk zal verbeteren.
Geplaatst op: 7 december 2022