Висок-сумпор у односу на ниско-нафтни кокс сумпора: како одабрати за различите примене?

Садржај сумпора у петролеј коксу је кључни индикатор за мерење његовог квалитета и опсега примене. Према тренутним индустријским стандардима, нафтни кокс са садржајем сумпора мањим од 1% назива се ниско-кокс са ниским садржајем сумпора (одговара 1#, 2А), са садржајем сумпора између 1% и 3% назива се средњи-кокс сумпора (одговара 2Б, 2Ц, 3А, 3Б), а садржај сумпора је већи од 3. високо-кокс сумпора. Ова класификација директно одређује низводно одредиште и тржишну цену нафтног кокса.

У практичним применама, рафиниранији стандарди класификације се такође широко користе. Према кинеском стандарду квалитета одложеног петролеј кокса (ЗБЕ44002-86), сирови кокс је класификован у Но. 1, Но. 2 и Но. 3, сваки даље подељен на А кокс и Б кокс. Не. 1 Кокс има садржај сумпора не већи од 0,5%, Но. 1 Б кокс не већи од 0,8%, Не. 2 А кокс не већи од 1,0%, а Но. 2 Б кокс не већи од 1,5%. Што је раније слово и мањи број, мањи је садржај сумпора и бољи је квалитет.

Вреди напоменути да тренутно не постоји национални стандард за нафтни кокс са садржајем сумпора од 3% или више. Иако је стандард предузећа који је раније издао Синопец укинут, и даље се користи на тржишту кокса са високим{2}}сумпорним садржајем.

Ниско{0}}кокс са ниским садржајем сумпора, са својим врхунским квалитетом, постао је пожељна сировина за високо-производе од угљеника, играјући незаменљиву улогу у графитним електродама, литијум-јонским анодним материјалима за батерије и врхунски-препеченим анодама.

• Графитне електроде

Графитне електроде су једна од најважнијих примена кокса са мало{0}}сумпора. Главна сировина за производњу графитних електрода је нафтни кокс. Мала количина смоле кокса може се додати обичним графитним електродама, али садржај сумпора и петролеј кокса и смоле кокса не може прећи 0,5%. За производњу графитних електрода велике{5}}или ултра-велике-електроде, потребан је игличасти кокс. Садржај сумпора има посебно критичан утицај на перформансе графитних електрода-током процеса графитизације на високим{10} температурама, сумпор се не може у потпуности ослободити. Када је електрода изложена температурама изнад 1500 степени, сумпор се распада, узрокујући ширење кристала. Након хлађења, кристали се скупљају, што доводи до пуцања електроде. Овај феномен, познат као "ширење гаса", озбиљно утиче на квалитет и перформансе графитне електроде.

Графитне електроде ултра{0}}велике-електроде не захтевају само ниску отпорност, већ и ниске коефицијенте топлотног ширења, добру отпорност на оксидацију и добру отпорност на топлотни удар након графитизације. Игличасти кокс високих{3}}кокса користи се за производњу -квалитетне графитне електроде за електричне пећи велике{5}}и ултра{6}}електричне{7}}е снаге, док се нафтни кокс који садржи приближно 1% сумпора углавном користи у индустрији топљења алуминијума за производњу анодне пасте.

• Материјали аноде за литијум{0}јонске батерије

Последњих година, са експлозивним растом нових енергетских возила и индустрија складиштења енергије, брзо се појавила примена -кокса са ниским садржајем сумпора у области анодних материјала литијум{1}}јонских батерија. Ниско-кокс има низак коефицијент термичке експанзије, ниску порозност, низак садржај пепела и металних елемената, високу проводљивост и лако се графитизује, што га чини идеалном сировином за припрему вештачких графитних анодних материјала.

Тренутно, комерцијално доступан нафтни кокс који се користи у великим количинама је сав са ниским-сумпорним коксом, а ограничено снабдевање коксом са ниским садржајем-кокса доводи до високих трошкова. У структури потражње за коксом са ниским садржајем-сумпора, аноде литијум{4}}јонских батерија чине 29%, а ефекат његовог истискивања-на потражњу са традиционалних поља постаје све израженији. Компаније за анодне материјале одржавају свој темпо ширења, а потражња за коксом са мало-сумпора наставља да расте.

• Врхунске{0}}препечене аноде

Претходно печене аноде су кључне компоненте у ћелијама за електролизу алуминијума, проводе струју и учествују у електрохемијским реакцијама, и кључне су у производњи електролизе алуминијума. Ниско{1}}аноде са ниским емисијама користе нафтни кокс са строжом контролом садржаја сумпора и индикатора елемената у траговима, који могу ефикасно да смање емисије угљен-диоксида у операцијама електролизе алуминијума, доприносећи очувању енергије и смањењу емисије у складу са циљевима „двоугљеничне“ индустрије електролизе алуминијума. Нафтни кокс који се користи за претходно печене аноде обично захтева садржај сумпора испод 1,5%.

• Друге{0}}апликације високе класе

У области подизача угљеника, ливничка индустрија обично захтева изузетно низак садржај сумпора, често користећи „полу-графитизовани“ или „потпуно графитизовани“ петролеј кокс са фиксним садржајем угљеника од преко 98% и садржајем сумпора испод 0,05%. Штавише, производња производа од графита високе{4}}чистоће захтева да садржај пепела сировине буде што је могуће нижи (нпр. испод 0,15%).

Иако -кокс са високим садржајем сумпора има већи садржај сумпора, значајно је конкурентан у погледу трошкова и обима производње и још увек игра важну улогу у специфичним областима примене.

• Претходно печене аноде

Са брзим развојем индустрије електролитичког алуминијума, употреба кокса са високим{0}}сумпорним садржајем у производњи претходно печених анода за алуминијум показује све већи тренд. Због оскудног снабдевања коксом са мало-сумпора, многе фабрике угљеника су морале да користе нафтни кокс са високим-сумпором, што је довело до повећања садржаја сумпора у претходно печеним анодним угљеничним блоковима, што заузврат излаже процес електролизе алуминијума ризику од прекорачења стандарда емисије сумпор-диоксида.

На техничком нивоу, употреба мешаног петролеј кокса са различитим садржајем сумпора постала је важно средство за произвођаче алуминијумских анода да уравнотеже квалитет аноде, потрошњу аноде и еколошке перформансе. Кроз разуман процес мешања, еколошки захтеви се могу испунити уз контролу трошкова.

• У сектору горива,

високо{0}}кокс се традиционално широко користи као гориво у цементарама и електранама. Међутим, са све строжим еколошким политикама, примена кокса са високим{2}}сумпорним садржајем као горива суочава се са значајним ограничењима. „Акциони план за очување енергије и смањење угљеника“ изричито предвиђа да се кокс са високим{4}}сумпорним садржајем не може користити као гориво. Вођен политиком смањења емисије угљеника, кокс са високим-сумпорним садржајем суочава се са притиском замене у апликацијама као што су производња горива и стакла.

• Нови покушаји у материјалима аноде литијум{0}јонских батерија

Иако -кокс са ниским садржајем сумпора остаје главни избор за аноде литијум-јонских батерија, кокс са високим-сумпором, са својим предностима у погледу цене јефтинијих сировина и већег обима производње, привлачи многе произвођаче графита да истраже његову примену у области анодних материјала. Међутим, превисок садржај сумпора у коксу са високим{4}}сумпором доводи до низа проблема: током графитизације, сумпор излази у гасовитом облику, повећавајући порозност графита и специфичну површину; истовремено, сумпор омета континуирани раст графита, узрокујући скупљање кристала, смањујући анизотропију графита и резултирајући значајним смањењем густине збијања, капацитета и почетне куломбичке ефикасности. Тренутно, индустрија развија технологије као што су композитни графитни анодни материјали, покушавајући да превазиђе инхерентна ограничења кокса са високим{6}}сумпором кроз формулацију сировина и оптимизацију процеса.

• Хемијска производња

Обични сирови кокс-са високим садржајем сумпора може се користити у хемијској производњи, као што је производња калцијум карбида и силицијум карбида, или као гориво у ливењу метала и производњи стакла.

На основу горње анализе, избор петролеј кокса за различите сценарије примене може се сумирати на следећи начин:

Графитне електроде: Обичне графитне електроде захтевају садржај сумпора петролеј кокса који не прелази 0,5%; Графитне електроде велике-и ултра-велике-електроде захтевају игличасти кокс, са још строжим захтевима за садржај сумпора.

Материјали аноде за литијум{0}јонске батерије: Тренутно је главни комерцијални материјал са ниским-коксом (садржај сумпора мањи од 1%), а високо-анодни материјали имају изузетно строгу контролу садржаја сумпора.

Претходно печене аноде: Садржај сумпора се обично тражи испод 1,5%; Ниско{1}}аноде са ниском емисијом имају још строжије захтеве и морају да испуне еколошке стандарде у оквиру циља „двоугљеничног“.

Карбонизатори: Карбонизатори за ливење{0}} захтевају изузетно низак садржај сумпора (мањи или једнак 0,05%), што захтева употребу „полу-графитизованог“ или „потпуно графитизованог“ нафтног кокса.

Хемијска производња и гориво: Обични сирови кокс-са високим садржајем сумпора може се користити у хемијској производњи, али је његова употреба као горива строго ограничена.

Приликом одабира нафтног кокса, поред садржаја сумпора као основног индикатора, морају се свеобухватно узети у обзир фактори као што су садржај пепела, права густина, отпорност на термички удар и морфологија. Садржај пепела омета кристализацију и утиче на перформансе производа; права густина одражава степен кристалности; а морфологија одређује применљивост петрол кокса у специфичним применама. Индустријски консензус је: намеравана употреба одређује избор квалитета-за електролитичке алуминијумске аноде или високо{3}}производе од графита, преферира се кокс разреда А; за -производе са ниским садржајем угљеника или гориво, може се изабрати степен Б и нижи.

У позадини континуираног унапређења циљева „двоогљичног“ и брзог развоја нове енергетске индустрије, тржишне позиције кокса са ниским{0}}сумпорним и високим{1}}коксом пролазе кроз дубока прилагођавања. Ниско{3}}кокс, са својом незаменљивом улогом у врхунским{4}} апликацијама, има стално растућу потражњу; док се кокс са високим{5}}сумпорним садржајем суочава са све строжим еколошким ограничењима и хитно му је потребна открића у технолошким надоградњама и проширењу примене. За практичаре у индустрији, тачно схватање захтева квалитета нафтног кокса за различите сценарије примене и доношење научних одлука заснованих на обрасцима понуде и потражње и трендова цена биће кључно за стицање предности на све диференциранијем тржишту нафтног кокса.