Vysoký-sírový vs. nízký-sirný ropný koks: Jak si vybrat pro různé aplikace?

Obsah síry v ropném koksu je základním ukazatelem pro měření stupně kvality a rozsahu použití. Podle současných průmyslových standardů se ropný koks s obsahem síry nižším než 1 % nazývá koks s nízkým-sirným obsahem (odpovídá 1#, 2A), s obsahem síry mezi 1 % a 3 % se nazývá koks se středním-sirným obsahem (odpovídá 2B, 2C, 3A, 3B, 3C), klasifikovaný jako s obsahem síry vyšším než 3 % koks s vysokým-sirným obsahem. Tato klasifikace přímo určuje cílovou destinaci a tržní cenu ropného koksu.

V praktických aplikacích jsou také široce používány jemnější klasifikační standardy. Podle čínské normy kvality zpožděného ropného koksu (ZBE44002-86) je surový koks klasifikován do č. . 1, č. . 2 a č. . 3, přičemž každý z nich se dále dělí na koks A a koks B. NE Čím dřívější písmeno a menší číslo, tím nižší obsah síry a lepší kvalita.

Stojí za zmínku, že v současné době neexistuje žádná národní norma pro ropný koks s obsahem síry 3 % nebo vyšším. Přestože byl podnikový standard dříve vydaný společností Sinopec zrušen, stále se používá na trhu s koksem s vysokým-sirným obsahem.

Koks s nízkým-sirným obsahem se díky své vynikající kvalitě stal preferovanou surovinou pro vysoce-karbonové produkty, přičemž hraje nezastupitelnou roli v grafitových elektrodách, lithiových-iontových bateriových anodách a špičkových-předpálených anodách.

• Grafitové elektrody

Grafitové elektrody jsou jednou z nejdůležitějších aplikací koksu s nízkým-sirným obsahem. Hlavní surovinou pro výrobu grafitových elektrod je ropný koks. Malé množství smolného koksu lze přidat do běžných výkonových grafitových elektrod, ale obsah síry v ropném i smolném koksu nesmí překročit 0,5 %. K výrobě vysoce-výkonových nebo ultra{6}}vysokovýkonných- grafitových elektrod je zapotřebí jehlový koks. Obsah síry má zvláště kritický dopad na výkon grafitových elektrod-během procesu vysokoteplotní grafitizace{10}}síra nemůže být zcela uvolněna. Když je elektroda vystavena teplotám nad 1500 stupňů, síra se rozkládá, což způsobuje expanzi krystalů. Při ochlazení se krystaly smršťují, což vede k praskání elektrody. Tento jev, známý jako "expanze plynu", vážně ovlivňuje kvalitu a výkon grafitové elektrody.

Grafitové elektrody s ultra{0}}vysokým{1}}výkonem vyžadují nejen nízký měrný odpor, ale také nízké koeficienty tepelné roztažnosti, dobrou odolnost proti oxidaci a dobrou odolnost proti tepelným šokům po grafitizaci. Vysoce-výkonný jehlový koks se používá k výrobě vysoce-kvalitních grafitových elektrod pro-a ultra{6}}vysokovýkonné-elektrické pece, zatímco ropný koks obsahující přibližně 1 % síry se používá hlavně v průmyslu tavení hliníku k výrobě anodové pasty nebo uhlíkových anod.

• Lithium-iontové materiály pro baterie

V posledních letech, s prudkým růstem nových energetických vozidel a odvětví skladování energie, se rychle objevilo použití koksu s nízkým -sirným obsahem v oblasti materiálů pro anody lithium-iontových baterií. Nízký-sírový koks má nízký koeficient tepelné roztažnosti, nízkou pórovitost, nízký obsah popela a kovových prvků, vysokou vodivost a snadno se grafitizuje, což z něj činí ideální surovinu pro přípravu materiálů na umělé grafitové anody.

V současné době je komerčně dostupný ropný koks používaný ve velkých množstvích výhradně koks s nízkým-sirným obsahem a omezené zásoby koksu s nízkým-sirným obsahem vedou k vysokým nákladům. Ve struktuře poptávky po koksu s nízkým-sirným obsahem tvoří anody lithium-iontových baterií 29 % a jejich vytěsňovací-efekt na poptávku z tradičních oborů je stále významnější. Výrobci anodových materiálů si udržují tempo rozšiřování a poptávka po koksu s nízkým-sirným obsahem stále dobře roste.

• Špičkové-předpečené anody

Předpálené anody jsou klíčovými součástmi článků pro elektrolýzu hliníku, vedou proud a účastní se elektrochemických reakcí a jsou klíčové při výrobě elektrolýzy hliníku. Níz Ropný koks používaný pro předpečené anody typicky vyžaduje obsah síry pod 1,5 %.

• Jiné špičkové-aplikace

V oblasti nosičů uhlíku vyžaduje slévárenský průmysl obvykle extrémně nízký obsah síry, přičemž se často používá „polo{0}}grafitizovaný“ nebo „plně grafitizovaný“ ropný koks s pevným obsahem uhlíku nad 98 % a obsahem síry pod 0,05 %. Kromě toho výroba vysoce-grafitových produktů vyžaduje, aby obsah popela v surovinách byl co nejnižší (např. pod 0,15 %).

Ačkoli má koks s vysokým{0}}sirným obsahem vyšší obsah síry, je výrazně konkurenceschopný, pokud jde o náklady a rozsah výroby, a stále hraje důležitou roli ve specifických oblastech použití.

• Předpálené anody

S rychlým rozvojem průmyslu elektrolytického hliníku vykazuje používání koksu s vysokým -sirným obsahem při výrobě předpálených anod pro hliník rostoucí trend. Kvůli omezeným dodávkám koksu s nízkým-sirným obsahem muselo mnoho uhlíkových závodů používat ropný koks s vysokým-sírou, což vedlo ke zvýšení obsahu síry v předpečených anodových uhlíkových blocích, což následně vystavuje proces elektrolýzy hliníku riziku překročení emisních norem oxidu siřičitého.

Na technické úrovni se použití směsného ropného koksu s různým obsahem síry stalo pro výrobce hliníkových anod důležitým prostředkem k vyvážení kvality anody, spotřeby anody a environmentální výkonnosti. Prostřednictvím rozumného procesu míchání lze splnit požadavky na ochranu životního prostředí a zároveň kontrolovat náklady.

• V sektoru paliv,

koks s vysokým -sirným obsahem se tradičně široce používá jako palivo v cementárnách a elektrárnách. Se stále přísnějšími environmentálními politikami však používání koksu s vysokým-sirným obsahem jako paliva čelí značným omezením. „Akční plán pro zachování energie a snížení uhlíku“ výslovně stanoví, že koks s vysokým-sirným obsahem nelze používat jako palivo. Koks s vysokým-sirným tlakem, vedený politikou snižování emisí uhlíku, čelí substitučnímu tlaku v aplikacích, jako je výroba paliv a skla.

• Nové pokusy o materiály anody lithium{0}iontových baterií

Ačkoli koks s nízkým-sirným obsahem zůstává hlavní volbou pro anody lithium-iontových baterií, koks s vysokým-sirným obsahem, se svými cenovými výhodami levnějších surovin a vyšším objemem výroby, láká mnoho výrobců grafitu, aby prozkoumali jeho použití v oblasti materiálů anod. Příliš vysoký obsah síry v koksu s vysokým-sirným obsahem však vede k řadě problémů: během grafitizace síra uniká v plynné formě, zvyšuje se porozita grafitu a měrný povrch; současně síra brání kontinuálnímu růstu grafitu, což způsobuje smršťování krystalů, snižuje anizotropii grafitu a vede k významnému snížení hustoty zhutnění, kapacity a počáteční coulombické účinnosti. V současné době průmysl vyvíjí technologie, jako jsou kompozitní grafitové anodové materiály, ve snaze překonat inherentní omezení koksu s vysokým -sirným obsahem pomocí formulace surovin a optimalizace procesu.

• Chemická výroba

Běžný surový koks s vysokým -sírou lze použít v chemické výrobě, jako je výroba karbidu vápníku a karbidu křemíku, nebo jako palivo při odlévání kovů a výrobě skla.

Na základě výše uvedené analýzy lze výběr ropného koksu pro různé scénáře použití shrnout takto:

Grafitové elektrody: Běžné výkonové grafitové elektrody vyžadují obsah síry v ropném koksu nepřesahující 0,5 %; grafitové elektrody s vysokým-výkonem a ultra{2}}vysokým{3}}výkonem vyžadují jehlový koks s ještě přísnějšími požadavky na obsah síry.

Lithium-iontové materiály pro baterie: V současnosti je hlavním komerčním materiálem nízko{0}}sírový koks (obsah síry nižší než 1 %) a vysoce-kvalitní anodové materiály podléhají extrémně přísné kontrole obsahu síry.

Předpálené anody: Obvykle se požaduje, aby obsah síry byl nižší než 1,5 %; anody s nízkými-emisemi mají ještě přísnější požadavky a musí splňovat environmentální normy v rámci cíle „dvou uhlíku“.

Karbonizátory: Karbonizéry pro lití-vyžadují extrémně nízký obsah síry (méně než nebo rovný 0,05 %), což vyžaduje použití „polo{2}}grafitizovaného“ nebo „plně grafitovaného“ ropného koksu.

Chemická výroba a palivo: V chemické výrobě lze použít běžný surový koks s vysokým-sirným obsahem, ale jeho použití jako paliva je přísně omezeno.

Při výběru ropného koksu musí být kromě obsahu síry jako základního ukazatele komplexně zváženy faktory, jako je obsah popela, skutečná hustota, odolnost proti tepelným šokům a morfologie. Obsah popela brání krystalizaci a ovlivňuje výkonnost produktu; skutečná hustota odráží stupeň krystalinity; a morfologie určuje použitelnost ropného koksu ve specifických aplikacích. Průmyslový konsenzus je: zamýšlené použití určuje výběr jakosti-pro elektrolytické hliníkové anody nebo -grafitové produkty nejvyšší třídy, preferován je koks třídy A; pro nízko{4}}karbonové produkty nebo palivo lze vybrat stupeň B a nižší.

V souvislosti s neustálým prosazováním cílů „dvou uhlíku“ a rychlým rozvojem nového energetického průmyslu procházejí tržní pozice koksu s nízkým -sirným a vysokým{1}}sirným obsahem síry hlubokými změnami. Koks s nízkým-sirným obsahem, se svou nezastupitelnou rolí ve špičkových{4}}aplikacích, zažívá neustále rostoucí poptávku; zatímco koks s vysokým-sirným obsahem čelí stále přísnějším ekologickým omezením a naléhavě potřebuje průlom v technologických modernizacích a rozšíření aplikací. Pro odborníky v oboru bude klíčem k získání výhody na stále diferencovanějším trhu s ropným koksem přesné pochopení požadavků na kvalitu ropného koksu pro různé scénáře použití a vědecká rozhodnutí založená na vzorcích nabídky a poptávky na trhu a cenových trendech.