Cnooc (Qingdao) raskete õlide töötlemise inseneritehnoloogia uurimiskeskus, LTD
Seadmete hooldustehnoloogia, väljaanne 32, 2021
Kokkuvõte: Hiina teaduse ja tehnoloogia pidev areng on edendanud ühiskonna erinevate sektorite arengut. Samal ajal on see tõhusalt suurendanud ka meie majanduslikku tugevust ja üldist riigi tugevust. Nõelkoksi, mis on oluline osa vooluringi terasetootmisprotsessist, kasutatakse peamiselt grafiitelektroodide tootmisel. See mängib olulist rolli liitiumakude tootmisel, samuti tuumaenergia ja lennunduse valdkonnas. Teaduse ja tehnoloogia tausta edendamisega on edendatud elektriahjude terasetootmistehnoloogia pidevat optimeerimist ja täiustamist ning nõelkoksi vastavaid standardeid ja nõudeid uurimis- ja arendustegevuses ning tootmisprotsessis on pidevalt ajakohastatud, et see vastaks sotsiaalse tootmise arengu nõuetele. Tootmisprotsessis kasutatavate erinevate toorainete tõttu jaguneb nõelkoks nafta- ja kivisöe-tüüpi. Konkreetse rakenduse tulemuste põhjal on näha, et nafta-tüüpi nõelkoksi keemiline aktiivsus on tugevam kui kivisöe-tüüpi nõelkoksi. Selles töös uurime nafta nõelfokuseerimise turu praegust olukorda ja probleeme asjakohase tehnoloogia uurimis- ja tootmisprotsessis ning analüüsime nafta nõelfokuseerimise tootmise arendamise raskusi ja sellega seotud tehnilisi raskusi.
I. Sissejuhatus
Nõelkoksil on grafiitelektroodide tootmisel oluline roll. Praegusest arengusituatsioonist alates on välismaised arenenud riigid, nagu Ameerika Ühendriigid ja Jaapan, nõelkoksi uurimis- ja arendustegevuse ning tootmisega alustanud varem ning asjakohaste tehnoloogiate rakendamine on olnud küps ja nad on omandanud nafta nõelkoksi põhitootmistehnoloogia. Võrdluseks, naftatööstuses nõelkoksi iseseisev uurimine ja tootmine algas hiljem. Kuid turumajanduse pideva arengu ja erinevate tööstusharude ulatusliku laienemise edendamisega on nõelkoksi uurimine ja arendamine naftatööstuses viimastel aastatel teinud läbimurde, realiseerides tööstustoodangu. Siiski on imporditud toodetega võrreldes endiselt mõningaid kvaliteedi ja kasutusefekti lünki. Seetõttu on vaja selgitada praegust turu arenguseisundit ja tehnilisi raskusi naftasüsteemis.
Ii. Nafta nõelkoksi tehnoloogia rakendamise tutvustus ja analüüs
(1) Nafta nõelkoksi praeguse arenguseisundi analüüs kodus ja välismaal
Nafta nõelkoksi tehnoloogia sai alguse Ameerika Ühendriikides 1950. aastatel. Kuid meie riik on ametlikult avatud
Nafta nõelkoksi tehnoloogia ja tootmise uuringud algasid 1980. aastate alguses. Riikliku tehnoloogiaalase teadus- ja arenduspoliitika toel hakkasid Hiina uurimisinstituudid läbi viima mitmesuguseid nafta nõelkoksi katseid ning pidevalt uurisid ja analüüsisid mitmesuguseid katsemeetodeid. Lisaks on meie riik 1990. aastatel lõpetanud palju eksperimentaalseid uuringuid nõelkeskse naftasüsteemi ettevalmistamise kohta ning taotlenud vastavat patenttehnoloogiat. Viimastel aastatel on paljud kodumaised teaduste akadeemiad ja nendega seotud ettevõtted asjakohase riikliku poliitika toel investeerinud teadus- ja arendustegevusse ning edendanud tootmise ja valmistamise arengut tööstuses. Ka nafta nõelkoksi tehnoloogia teadus- ja arendustase paraneb pidevalt. Selle nähtuse peamiseks põhjuseks on suur sisenõudlus nafta nõelkoksi järele. Kodumaine teadus- ja arendustegevus ning tootmine ei suuda aga turu nõudlust rahuldada ning suure osa siseturust hõivavad imporditud tooted. Praegust arenguolukorda arvestades, kuigi nafta nõelakeskse tehnoloogia uurimis- ja arendustegevuse ning tootmise praegune fookus ja tähelepanu suureneb, on tehnoloogia uurimis- ja arendustegevuse taseme osas siiski mõningaid raskusi, mis takistavad asjakohast tehnoloogia uurimis- ja arendustegevust, mis tekitab suure lõhe meie riigi ja arenenud riikide vahel.
(2) Kodumaiste naftanõelkoksiettevõtete tehniline rakendusanalüüs
Kodumaiste ja välismaiste toodete kvaliteedi ja rakendusmõju analüüsi põhjal on näha, et naftanõelkoksi kvaliteedi erinevus tuleneb peamiselt kahe indeksi – soojuspaisumisteguri ja osakeste suurusjaotuse – erinevusest, mis peegeldab toote kvaliteedi erinevust [1]. See kvaliteedilõhe tuleneb peamiselt tootmisprotsessi raskustest. Koos naftanõelkoksi spetsiifilise tootmisprotsessi ja -meetodi sisuga on selle peamine tootmistehnoloogia suunatud peamiselt tooraine eeltöötlusele. Praegu on masstootmisega tegelenud ainult Shanxi Hongte Chemical Co., LTD., Sinosteel (Anshan) ja Jinzhou Petrochemical. Seevastu Jinzhou Petrochemical Company naftanõelkoksi tootmis- ja valmistamissüsteem on suhteliselt küps, seadme töötlemisvõimsust pidevalt täiustatakse ning toodetud seotud tooted võivad jõuda turu keskmisele ja kõrgele tasemele ning neid saab kasutada suure või ülivõimsa terasetootmiselektroodide jaoks.
Iii. Kodumaise nafta nõelkoksi turu analüüs
(1) Industrialiseerimise kiirenemisega suureneb nõelkoksi nõudlus iga päevaga
Meie riik on maailma suurim tööstustootmisriik, mida määrab peamiselt meie tööstusstruktuuri olemus.
Raua- ja terasetootmine on samuti üks olulisi tööstusharusid meie majanduse arengu edendamisel. Selle taustal kasvab nõeltöötluse nõudlus iga päevaga. Kuid praegu ei vasta meie tehnilise uurimis- ja arendustegevuse tase ning tootmisvõimsus turu nõudlusele. Peamine põhjus on see, et on vähe naftanõeltöötlusele keskendunud ettevõtteid, mis suudavad tegelikult toota kvaliteedistandardeid, ja tootmisvõimsus on ebastabiilne. Kuigi asjakohane tehnoloogiaalane uurimis- ja arendustöö praegu edeneb, on suur puudujääk, mis takistab naftanõeltöötlusele keskendunud toodete kvaliteedikontrolli. Praegu jaguneb nõelmõõtekoksi turg naftanõelmõõtekoksiks ja kivisöenõelmõõtekoksiks. Seevastu naftanõelmõõtekoksi projekti arendusmaht või arendustase on kivisöenõelmõõtekoksist veidi madalam, mis on ka üks peamisi põhjuseid, mis takistab Hiina naftanõelmõõtekoksi tõhusat laienemist. Kuid koos terasetööstuse tootmistehnoloogia taseme pideva paranemisega suureneb ka terasetootmise ja ülivõimsate grafiitelektroodide nõudlus terasetootmise ja -valmistamise järele. See rõhutab ka seda, et meie tööstusliku arengu taseme pideva paranemise ja industrialiseerimisprotsessi kiirenemisega suureneb nõelkoksi nõudlus üha enam.
(2) Nõelkoksi turu ujuva hinna analüüs
Arvestades meie riigi tööstusliku arengu praegust taset ning tööstusstruktuuri ja tööstusliku sisu kohandumist, on leitud, et nõelkoksistamise naftatootmine sobib meie riigile paremini kui nõelkoksistamine kivisöega, mis süvendab veelgi nõelkoksistamise pakkumise ja nõudluse tasakaalustamatust siseriiklikust olukorrast. Naftasüsteemi pakkumise ja nõudluse tasakaalustamatuse lahendamiseks saame loota ainult impordile. Viimaste aastate imporditud toodete hinnakõikumiste analüüsist nähtub, et imporditud nafta nõelkoksi toodete hind on alates 2014. aastast tõusnud. Seega saab nafta nõelkoksist kodumaise tööstuse jaoks, suureneva pakkumise puudujäägi ja tõusvate impordihindade tõttu uus investeerimiskoht Hiina nõelkoksitööstuses [2].
Neljandaks, meie õlinõela fookuses olev uurimis- ja arendustegevus ning tootmistehnoloogia raskuste analüüs
(1) Tooraine eeltöötlemise raskuste analüüs
Nafta nõelkoksi tootmis- ja valmistamisprotsessi kogu protsessi analüüsimisel on näha, et tooraine eeltöötluses on nafta peamine tooraine. Naftavarude eripära tõttu tuleb toornafta kaevandada maa all ning meie riigis kasutatakse toornafta kaevandamise ja töötlemise protsessis mitmesuguseid katalüsaatoreid, mistõttu naftatoodetes on teatud kogus lisandeid. See eeltöötlusmeetod avaldab nafta nõelkoksi tootmisele kahjulikku mõju. Lisaks koosneb nafta ise peamiselt alifaatsetest süsivesinikest ja aromaatsete süsivesinike sisaldus on madal, mis on tingitud olemasolevate naftavarude omadustest. Tuleb märkida, et kvaliteetse nafta nõelkoksi tootmisel on toorainele ranged nõuded, aromaatsete süsivesinike sisaldus on suur, ning toorainena valitakse madala väävli- ja hapnikusisaldusega nafta, asfalteen ja muu nafta, mille puhul väävli massifraktsioon peab olema alla 0,3% ja asfalteen massifraktsioon alla 1,0%. Algkoostise tuvastamise ja analüüsi põhjal on aga leitud, et suurem osa meie riigis töödeldavast toornaftast on kõrge väävlisisaldusega toornafta ning nõelkoksi tootmiseks sobiva õli, millel on kõrge aromaatsete süsivesinike sisaldus, napib. Lisandite eemaldamine õlist on tehniliselt väga keeruline. Samal ajal vajab Jinzhou Petrochemical, mis on praegu teadus- ja arendustegevuses ning tootmises küpsem, nõelorienteeritud naftakoksi tootmiseks ja töötlemiseks sobivaid tooraineid. Tooraine puudus ja kvaliteedi ebastabiilsus on üks peamisi tegureid, mis piiravad nõelorienteeritud koksi kvaliteedi stabiilsust [3]. Shandong Yida New Material Co., Ltd. kavandas ja võttis kasutusele naftanõelkoksi tootmisüksuse tooraine eeltöötluse.
Samal ajal võeti tahkete osakeste eemaldamiseks kasutusele mitmesuguseid meetodeid. Lisaks nõelkoksi tootmiseks sobiva raskeõli valimisele eemaldati enne koksimist ka tooraines leiduvad kahjulikud ained.
(2) Nafta nõelkoksi aeglustatud koksimisprotsessi tehniliste raskuste analüüs
Nõelkoksi tootmisprotsess on suhteliselt keeruline ning konkreetse töötlemisprotsessi käigus on keskkonnatemperatuuri muutuste ja töörõhu kontrollimisele seatud kõrged nõuded. Üks raskusi nõelkoksi tootmisel on see, kas koksi rõhku, aega ja temperatuuri on võimalik teaduslikult ja mõistlikult kontrollida, et reaktsiooniaeg vastaks standardnõuetele. Samal ajal võib nõelkoksi tootmise optimeerimisel ja kvaliteedi parandamisel olulist rolli mängida ka koksimisprotsessi parameetrite parem optimeerimine ja kohandamine ning spetsiifilised tööstandardid.
Temperatuuri muutmise eesmärgil kasutatava kuumutusahju peamine eesmärk on nõelkoksi tootmisprotsessis standardtoimingute läbiviimine vastavalt standardile, et ümbritseva õhu temperatuur saavutaks nõutavad parameetrid. Tegelikult on temperatuuri muutmise protsessi eesmärk soodustada koksistumisreaktsiooni toimumist aeglases ja madala temperatuuriga keskkonnas, aeglustades samal ajal koksistumisreaktsiooni, et saavutada aromaatne kondenseerumine, tagada molekulide korrapärane paigutus, tagada nende orienteerumine ja rõhu all tahkestumine ning soodustada oleku stabiilsust. Kuumutusahi on nafta nõelkoksi kogu tootmisprotsessi oluline toiming ning konkreetsetele temperatuurivahemiku parameetritele on kehtestatud teatud nõuded ja standardid, mis ei tohi olla madalamad kui alumine piir 476 ℃ ega ületada ülemist piiri 500 ℃. Samal ajal tuleb märkida, et muutuva temperatuuriga ahi on suur seade ja rajatis, peaksime pöörama tähelepanu iga nõelkoksi torni kvaliteedi ühtlusele: iga torn söötmisprotsessis muutub temperatuuri, rõhu, õhukiiruse ja muude tegurite tõttu, mistõttu on koksitorn pärast koksimist ebaühtlane, keskmise ja madalama kvaliteediga. Nõelkoksi kvaliteedi ühtluse probleemi tõhus lahendamine on samuti üks probleemidest, mida tuleks nõelkoksi tootmisel arvestada.
5. Nafta nõelkoksi edasise arengusuuna analüüs
a) Edendada kodumaise naftatööstuse nõelkoksi kvaliteedi pidevat parandamist
Nõelkoksi tehnoloogiat ja turgu on domineerinud Ameerika Ühendriigid ja Jaapan. Praegu on Hiinas nõelkoksi tootmisel endiselt mõningaid probleeme, näiteks ebastabiilne kvaliteet, madal koksi tugevus ja suur pulbrilise koksi kogus. Kuigi toodetud nõelkoksi on suurtes kogustes kasutatud suure võimsusega ja ülivõimsate grafiitelektroodide tootmiseks, ei saa seda kasutada suure läbimõõduga ülivõimsate grafiitelektroodide tootmiseks suurtes kogustes. Viimastel aastatel pole meie nõelkoksi uurimis- ja arendustegevus peatunud ning toote kvaliteet paraneb jätkuvalt. Shanxi Hongte Coal Chemical Co., LTD., Sinosteel Coal measure needle coke, Jinzhou Petrochemical Co., LTD. Õliseeria nõelkoksiseadmed on saavutanud 40 000–50 000 tonni aastas ning suudavad töötada stabiilselt ja pidevalt kvaliteeti parandada.
(2) Nafta nõelkoksi järele sisenõudlus kasvab jätkuvalt
Raua- ja terasetööstuse areng nõuab suurt hulka ülikõrge võimsusega elektroode ja suure võimsusega elektroode. Selles kontekstis kasvab ülikõrge võimsusega elektroodide ja suure võimsusega elektroodide tootmiseks vajaliku nõelkoksi nõudlus kiiresti, hinnanguliselt umbes 250 000 tonni aastas. Elektriahjuterase toodang Hiinas on alla 10% ja maailma keskmine elektriahjuterase toodang on ulatunud 30%-ni. Meie terasejäätmed on ulatunud 160 miljoni tonnini. Praeguse olukorra kohaselt on elektriahjuterase areng pikas perspektiivis vältimatu ja nõelkoksi pakkumise puudus on vältimatu. Seetõttu tuleks võtta meetmeid tooraineallikate suurendamiseks ja tootmismeetodite täiustamiseks, et rahuldada tootmisvajadusi.
(3) Turunõudluse laienemine soodustab kodumaise teadus- ja arendustegevuse tehnoloogia taseme paranemist
Kvaliteedi erinevused ja nõelkoksi nõudluse kasv nõuavad nõelkoksi arendamise kiirendamist. Nõelkoksi arendamise ja tootmise käigus on teadlased üha enam teadlikud nõelkoksi tootmise raskustest, suurendanud uurimistööd ning ehitanud väikeseid ja pilootkatserajatisi, et saada tootmist suunavaid eksperimentaalseid andmeid. Nõelkoksi töötlemistehnoloogiat täiustatakse pidevalt, et rahuldada kasvavat nõudlust. Toorainete ja tootmismeetodite seisukohast piiravad ülemaailmne naftapuudus ja suurenev väävlisisaldus õlisüsteemi nõelkoksi arengut. Shandong Yida New Material Co., LTD.-s on ehitatud ja kasutusele võetud uus tooraine eeltöötluse tööstuslik tootmisüksus õliseeria nõelkoksi tootmiseks ning toodetud on suurepärane õliseeria nõelkoksi tooraine, mis parandab tõhusalt õliseeria nõelkoksi kvaliteeti ja toodangut.
Postituse aeg: 07. dets. 2022