Cnooc (Qingdao) Heavy Oil Processing Engineering Technology Research Center Co., LTD
Gerätewartungstechnik, Ausgabe 32, 2021
Zusammenfassung: Die kontinuierliche Weiterentwicklung der chinesischen Wissenschaft und Technologie hat die Entwicklung verschiedener gesellschaftlicher Sektoren gefördert und gleichzeitig unsere Wirtschaftskraft und die nationale Stärke insgesamt gestärkt. Nadelkoks, ein wichtiger Bestandteil der Stahlherstellung, wird hauptsächlich zur Produktion von Graphitelektroden verwendet. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Lithiumbatterien sowie in der Kernenergie- und Luftfahrtindustrie. Mit dem Fortschritt in Wissenschaft und Technologie wurden die Elektroofen-Stahlherstellungstechnologie kontinuierlich optimiert und verbessert. Die entsprechenden Normen und Anforderungen an Nadelkoks in Forschung, Entwicklung und Produktion wurden stetig aktualisiert, um den Anforderungen der gesellschaftlichen Produktionsentwicklung gerecht zu werden. Aufgrund der unterschiedlichen Rohstoffe, die im Produktionsprozess verwendet werden, wird Nadelkoks in Erdöl- und Kohlekoks unterteilt. Die Ergebnisse spezifischer Anwendungen zeigen, dass erdölbasierter Nadelkoks eine höhere chemische Aktivität aufweist als kohlebasierter. In diesem Beitrag untersuchen wir die aktuelle Situation des Marktes für Erdöl-Nadelfokussierungen sowie die Probleme im Forschungs- und Produktionsprozess der entsprechenden Technologie und analysieren die Schwierigkeiten bei der Produktionsentwicklung und die damit verbundenen technischen Schwierigkeiten der Erdöl-Nadelfokussierung.
I. Einleitung
Nadelkoks spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Graphitelektroden. Im Vergleich dazu begannen Industrieländer wie die USA und Japan frühzeitig mit der Forschung, Entwicklung und Produktion von Nadelkoks. Die Anwendung der entsprechenden Technologien ist dort weitgehend ausgereift, und sie beherrschen die Kerntechnologie der Herstellung von Erdöl-Nadelkoks. Im Erdölsektor hingegen begann die eigenständige Forschung und Produktion von Nadelkoks erst später. Doch mit der kontinuierlichen Entwicklung unserer Marktwirtschaft und der umfassenden Expansion verschiedener Industriezweige hat die Forschung und Entwicklung von Nadelkoks im Erdölsektor in den letzten Jahren einen Durchbruch erzielt und die industrielle Produktion aufgenommen. Dennoch bestehen im Vergleich zu Importprodukten noch Lücken in Qualität und Anwendungseffektivität. Daher ist es notwendig, den aktuellen Stand der Marktentwicklung und die technischen Herausforderungen im Erdölsektor zu analysieren.
II. Einführung und Analyse der Anwendung der Petroleum-Nadelkoks-Technologie
(1) Analyse des aktuellen Entwicklungsstands von Erdölnadelkoks im In- und Ausland
Die Technologie der Petroleumnadelkoksgewinnung entstand in den 1950er Jahren in den Vereinigten Staaten. Aber unser Land ist offiziell offen
Die Forschung zur Technologie und Herstellung von Petroleumnadelkoks begann in den frühen 1980er Jahren. Dank der nationalen Technologiepolitik führten chinesische Forschungsinstitute diverse Tests mit Petroleumnadelkoks durch und erforschten kontinuierlich verschiedene Testmethoden. In den 1990er Jahren wurden zudem umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Herstellung von nadelfokussierten Petroleumsystemen durchgeführt und entsprechende Patente angemeldet. In den letzten Jahren investierten zahlreiche chinesische Akademien der Wissenschaften und verwandte Unternehmen mit Unterstützung nationaler Förderprogramme in Forschung und Entwicklung und förderten die Produktion in der Branche. Das Forschungs- und Entwicklungsniveau der Petroleumnadelkoks-Technologie verbessert sich stetig. Hauptgrund hierfür ist die hohe Inlandsnachfrage nach Petroleumnadelkoks. Da die inländische Forschung, Entwicklung und Produktion diese Nachfrage nicht decken können, wird ein Großteil des Inlandsmarktes von Importprodukten dominiert. Angesichts der aktuellen Entwicklungssituation nimmt zwar der Fokus auf die Forschung, Entwicklung und Herstellung von Erdöl-Nadeltechnologie zu, doch bestehen hinsichtlich des Niveaus der Technologieentwicklung einige Schwierigkeiten, die die entsprechende Technologieentwicklung behindern und zu einer großen Kluft zwischen unserem Land und den entwickelten Ländern führen.
(2) Technische Anwendungsanalyse inländischer Erdöl-Nadelkoks-Unternehmen
Die Analyse der Produktqualität und Anwendungswirkung inländischer und ausländischer Hersteller zeigt, dass die Qualitätsunterschiede bei Petroleumnadelkoks hauptsächlich auf die unterschiedlichen Kennwerte Wärmeausdehnungskoeffizient und Partikelgrößenverteilung zurückzuführen sind, welche die Produktqualität widerspiegeln [1]. Diese Qualitätslücke entsteht vor allem durch Produktionsschwierigkeiten im Herstellungsprozess. Die Kerntechnologie der Petroleumnadelkoks-Herstellung liegt in der Vorbehandlung der Rohstoffe. Derzeit produzieren nur Shanxi Hongte Chemical Co., LTD., Sinosteel (Anshan) und Jinzhou Petrochemical in Serie. Das Produktions- und Herstellungssystem von Jinzhou Petrochemical ist vergleichsweise ausgereift, die Anlagenkapazität wird kontinuierlich verbessert, und die hergestellten Produkte erreichen ein mittleres bis hohes Marktniveau und eignen sich für die Herstellung von Hochleistungs- und Ultrahochleistungsstahlelektroden.
III. Analyse des inländischen Marktes für Petroleumnadelkoks
(1) Mit der zunehmenden Industrialisierung steigt die Nachfrage nach Nadelkoks täglich.
Unser Land ist das größte Industrieproduktionsland der Welt, was vor allem durch die Struktur unserer Industrie bedingt ist.
Die Eisen- und Stahlproduktion ist ein wichtiger Wirtschaftszweig und trägt maßgeblich zur Entwicklung unserer Wirtschaft bei. Vor diesem Hintergrund steigt der Bedarf an Nadeln stetig. Derzeit entsprechen jedoch weder unser technischer Entwicklungsstand noch unsere Produktionskapazitäten der Marktnachfrage. Hauptgrund hierfür ist die geringe Anzahl an auf Erdöl-Nadelkoks spezialisierten Unternehmen, die die geforderten Qualitätsstandards erfüllen können, und die schwankende Produktionskapazität. Obwohl die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich Fortschritte macht, besteht noch eine große Lücke hinsichtlich der Anforderungen an Hochleistungs- und Ultrahochleistungs-Graphitelektroden. Dies erschwert die Qualitätskontrolle von Erdöl-Nadelkoksprodukten. Der Markt für Nadelkoks ist derzeit in Erdöl-Nadelkoks und Kohle-Nadelkoks unterteilt. Der Erdöl-Nadelkoks weist sowohl hinsichtlich der Projektmenge als auch des Entwicklungsstands ein geringeres Potenzial auf als der Kohle-Nadelkoks. Dies ist einer der Hauptgründe für die eingeschränkte Expansion des chinesischen Erdöl-Nadelkoksmarktes. Doch mit der kontinuierlichen Verbesserung der Produktionstechnologie in der Stahlindustrie steigt auch der Bedarf an Hochleistungsgraphitelektroden für die Stahlproduktion. Dies unterstreicht, dass mit der fortschreitenden industriellen Entwicklung und der beschleunigten Industrialisierung auch der Bedarf an Nadelkoks stetig wachsen wird.
(2) Analyse des variablen Preises des Nadelkoksmarktes
Gemäß dem aktuellen Stand der industriellen Entwicklung und der Anpassung der Industriestruktur und -zusammensetzung unseres Landes hat sich gezeigt, dass die Nadelkoks-Herstellung auf Erdölbasis für unser Land besser geeignet ist als die auf Kohlebasis. Dies wird die bestehende Angebots- und Nachfrageungleichheit bei Nadelkoks im Inland weiter verschärfen. Um diese Ungleichgewichte im Erdölsystem zu beheben, sind wir auf Importe angewiesen. Die Analyse der Preisschwankungen importierter Produkte in den letzten Jahren zeigt, dass die Preise für importierte Erdöl-Nadelkoksprodukte seit 2014 steigen. Daher wird Erdöl-Nadelkoks angesichts der zunehmenden Angebotslücke und der steigenden Importpreise zu einem neuen Investitionsschwerpunkt in der chinesischen Nadelkoksindustrie [2].
Viertens: Analyse der technologischen Schwierigkeiten im Fokus unserer Ölforschung und -entwicklung.
(1) Analyse der Schwierigkeiten bei der Rohmaterialvorbehandlung
Die Analyse des gesamten Produktionsprozesses von Petroleumnadelkoks zeigt, dass Erdöl aufgrund seiner besonderen Eigenschaften der Hauptrohstoff für die Vorbehandlung ist. Rohöl muss unter Tage gefördert werden, wobei in unserem Land verschiedene Katalysatoren zum Einsatz kommen. Dies führt zu Verunreinigungen in den Erdölprodukten. Diese Vorbehandlungsmethode beeinträchtigt die Herstellung von Petroleumnadelkoks. Darüber hinaus besteht Erdöl selbst hauptsächlich aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen, der Anteil an aromatischen Kohlenwasserstoffen ist gering. Dies ist auf die Eigenschaften der vorhandenen Erdölvorkommen zurückzuführen. Es ist anzumerken, dass die Herstellung von hochwertigem Petroleum-Nadelkoks strenge Anforderungen an die Rohstoffe stellt. Diese müssen einen hohen Anteil an aromatischen Kohlenwasserstoffen aufweisen und enthalten wenig Schwefel, Sauerstoff, Asphaltene und andere Erdölprodukte. Der Massenanteil an Schwefel muss unter 0,3 % und der an Asphaltenen unter 1,0 % liegen. Analysen der Ausgangszusammensetzung zeigen jedoch, dass der Großteil des in China verarbeiteten Rohöls einen hohen Schwefelgehalt aufweist und daher für die Herstellung von Nadelkoks mit hohem Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen ungeeignet ist. Die Entfernung der Verunreinigungen stellt eine große technische Herausforderung dar. Jinzhou Petrochemical, ein Unternehmen mit fortgeschrittener Forschung und Entwicklung sowie Produktionserfahrung, benötigt für die Herstellung und Verarbeitung von Petroleum-Nadelkoks geeignete Rohstoffe. Rohstoffmangel und Qualitätsschwankungen sind Hauptfaktoren, die die Qualitätsstabilität von Nadelkoks beeinträchtigen [3]. Shandong Yida New Material Co., Ltd. entwickelte und implementierte die Vorbehandlung von Rohstoffen für die Produktionsanlage von Petroleumnadelkoks.
Gleichzeitig wurden verschiedene Methoden zur Entfernung fester Partikel angewendet. Neben der Auswahl von Schweröl, das für die Herstellung von Nadelkoks geeignet ist, wurden Schadstoffe in den Rohstoffen vor dem Verkokungsprozess entfernt.
(2) Analyse der technischen Schwierigkeiten beim verzögerten Verkokungsprozess von Erdölnadelkoks
Die Herstellung von Nadelkoks ist ein relativ komplexer Prozess, der hohe Anforderungen an die Kontrolle von Umgebungstemperatur und Betriebsdruck stellt. Eine der Herausforderungen beim Verkokungsprozess von Nadelkoks besteht darin, Druck, Zeit und Temperatur präzise und effizient zu steuern, um die geforderte Reaktionszeit zu erreichen. Gleichzeitig trägt die Optimierung und Anpassung der Verkokungsparameter und der spezifischen Betriebsnormen wesentlich zur Verbesserung der gesamten Nadelkoksproduktion bei.
Der Hauptzweck des Einsatzes eines Heizofens zur Temperaturänderung besteht darin, die standardisierten Produktionsprozesse von Nadelkoks so durchzuführen, dass die Umgebungstemperatur die erforderlichen Parameter erreicht. Die Temperaturänderung dient dazu, die Verkokungsreaktion in einer langsamen und kühlen Umgebung zu fördern und gleichzeitig zu verzögern. Dadurch wird die aromatische Kondensation ermöglicht, eine geordnete Molekülanordnung sichergestellt, die unter Druckeinwirkung ausgerichtet und verfestigt werden kann, und die Stabilität des Zustands gefördert. Der Heizofen ist ein wesentlicher Bestandteil des gesamten Produktionsprozesses von Erdöl-Nadelkoks. Für die spezifischen Temperaturparameter gelten bestimmte Anforderungen und Normen: Die untere Grenze liegt bei 476 °C, die obere Grenze bei 500 °C. Gleichzeitig ist zu beachten, dass der Ofen mit variabler Temperatur eine große Anlage darstellt. Daher ist auf die Gleichmäßigkeit der Nadelkoks-Qualität in den einzelnen Säulen zu achten: Im Beschickungsprozess verändern sich Temperatur, Druck, Luftgeschwindigkeit und andere Faktoren, wodurch die Qualität des produzierten Nadelkokses ungleichmäßig und mittel bis niedrig ist. Die effektive Lösung dieses Problems der Qualitätsgleichmäßigkeit ist daher ein wichtiger Aspekt bei der Nadelkoks-Produktion.
5. Analyse der zukünftigen Entwicklungsrichtung von Erdölnadelkoks
(a) Förderung der kontinuierlichen Verbesserung der Qualität des inländischen Nadelkokses aus dem Erdölsystem.
Technologie und Markt für Nadelkoks werden von den USA und Japan dominiert. Aktuell bestehen in der chinesischen Nadelkoksproduktion noch Probleme wie instabile Qualität, geringe Koksfestigkeit und ein hoher Anteil an Pulverkoks. Obwohl der produzierte Nadelkoks in großen Mengen für die Herstellung von Hochleistungs- und Ultrahochleistungs-Graphitelektroden verwendet wird, eignet er sich nicht für die Produktion von Ultrahochleistungs-Graphitelektroden mit großem Durchmesser. Unsere Forschung und Entwicklung im Bereich Nadelkoks wurde in den letzten Jahren kontinuierlich fortgesetzt, und die Produktqualität wird stetig verbessert. Die Nadelkoksanlagen der Shanxi Hongte Coal Chemical Co., LTD., Sinosteel Coal Measure Needle Coke und Jinzhou Petrochemical Co., LTD. haben eine Kapazität von 40.000–50.000 Tonnen pro Jahr erreicht und arbeiten stabil bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung.
(2) Die Inlandsnachfrage nach Petroleumnadelkoks wächst weiter.
Die Entwicklung der Eisen- und Stahlindustrie erfordert eine große Menge an Hochleistungs- und Ultrahochleistungselektroden. In diesem Zusammenhang steigt der Bedarf an Nadelkoks für die Herstellung dieser Elektroden rasant und wird auf rund 250.000 Tonnen pro Jahr geschätzt. Die Elektroofenproduktion in China liegt bei unter 10 %, während der weltweite Durchschnitt bei 30 % liegt. Unser Stahlschrottaufkommen beläuft sich auf 160 Millionen Tonnen. Angesichts der aktuellen Lage ist die langfristige Entwicklung der Elektroofenproduktion unausweichlich, wodurch auch die Versorgung mit Nadelkoks zwangsläufig eingeschränkt sein wird. Daher sind Maßnahmen erforderlich, um die Rohstoffquellen zu erweitern und die Herstellungsverfahren zu verbessern, um den Produktionsbedarf zu decken.
(3) Die Ausweitung der Marktnachfrage fördert die Verbesserung des inländischen Forschungs- und Entwicklungstechnologieniveaus.
Die Qualitätslücke und die steigende Nachfrage nach Nadelkoks erfordern eine beschleunigte Entwicklung dieses Produkts. Im Zuge der Entwicklung und Produktion von Nadelkoks wurden sich Forscher zunehmend der Produktionsschwierigkeiten bewusst und verstärkten ihre Forschungsbemühungen. Zudem wurden kleine Pilotanlagen errichtet, um experimentelle Daten für die Produktionssteuerung zu gewinnen. Die Verarbeitungstechnologie von Nadelkoks wird kontinuierlich verbessert, um der wachsenden Nachfrage gerecht zu werden. Aus Sicht der Rohstoffe und Herstellungsverfahren schränken die weltweite Ölknappheit und der steigende Schwefelgehalt die Entwicklung von Nadelkoks für Erdölsysteme ein. Die neue industrielle Produktionsanlage zur Rohstoffvorbehandlung von Nadelkoks für Erdölsysteme wurde bei Shandong Yida New Material Co., LTD. errichtet und in Betrieb genommen. Dort wird hochwertiger Rohstoff für Nadelkoks für Erdölsysteme produziert, der die Qualität und die Produktionsmenge effektiv verbessern wird.
Veröffentlichungsdatum: 07.12.2022