نسبة الكبريت العالية-نسبة الكبريت المنخفض مقابل نسبة الكبريت المنخفضة-فحم الكوك النفطي: كيفية الاختيار للتطبيقات المختلفة؟

يعد محتوى الكبريت في فحم الكوك البترولي هو المؤشر الأساسي لقياس درجة الجودة ونطاق التطبيق. وفقًا لمعايير الصناعة الحالية، يُطلق على فحم الكوك البترولي الذي يحتوي على محتوى كبريت أقل من 1% اسم فحم الكوك منخفض الكبريت- (الموافق 1#، 2A)، مع محتوى كبريت يتراوح بين 1% و3% يسمى فحم الكوك المتوسط- فحم كبريت (الموافق 2B، 2C، 3A، 3B، 3C)، وبمحتوى كبريت أكبر من 3% يتم تصنيفه على أنه نسبة عالية من-فحم الكوك. يحدد هذا التصنيف بشكل مباشر الوجهة النهائية وسعر السوق لفحم الكوك البترولي.

وفي التطبيقات العملية، يتم أيضًا استخدام معايير تصنيف أكثر دقة على نطاق واسع. وفقًا لمعيار جودة فحم الكوك البترولي المؤجل الصيني (ZBE44002-86)، يتم تصنيف فحم الكوك الخام إلى رقم . 1، ورقم . 2، ورقم . 3، وينقسم كل منها أيضًا إلى فحم الكوك A وفحم الكوك B. لا. 1 فحم الكوك يحتوي على محتوى كبريت لا يزيد عن 0.5%، لا . 1 ب فحم الكوك لا يزيد عن 0.8%، لا . 2 فحم الكوك لا يزيد عن 1.0%، ولا . 2 ب فحم الكوك لا يزيد عن 1.5%. كلما كان الحرف مبكرًا وكان الرقم أصغر، انخفض محتوى الكبريت وكانت الجودة أفضل.

ومن الجدير بالذكر أنه لا يوجد حاليًا أي معيار وطني لفحم الكوك النفطي الذي يحتوي على نسبة كبريت تبلغ 3% أو أعلى. على الرغم من إلغاء معيار المؤسسة الذي أصدرته شركة Sinopec سابقًا، إلا أنه لا يزال يُستخدم في سوق فحم الكوك الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت-.

لقد أصبح فحم الكوك منخفض-الكبريت، بجودته الفائقة، المادة الخام المفضلة لمنتجات الكربون-عالية الجودة، حيث يلعب دورًا لا يمكن استبداله في أقطاب الجرافيت، ومواد أنود بطارية الليثيوم-، والأنودات-عالية الجودة المخبوزة مسبقًا.

• أقطاب الجرافيت

تعد أقطاب الجرافيت أحد أهم تطبيقات فحم الكوك منخفض-الكبريت. المادة الخام الرئيسية لإنتاج أقطاب الجرافيت هي فحم الكوك. يمكن إضافة كمية صغيرة من فحم الكوك إلى أقطاب الجرافيت الكهربائية العادية، لكن محتوى الكبريت في كل من فحم الكوك البترولي وفحم الكوك لا يمكن أن يتجاوز 0.5%. لإنتاج أقطاب الجرافيت-عالية القدرة أو فائقة-عالية-القدرة، يلزم استخدام فحم الكوك. لمحتوى الكبريت تأثير حاسم بشكل خاص على أداء أقطاب الجرافيت-أثناء عملية الجرافيت-في درجة الحرارة العالية، لا يمكن إطلاق الكبريت بالكامل. عندما يتعرض القطب لدرجات حرارة أعلى من 1500 درجة، يتحلل الكبريت، مما يؤدي إلى تمدد البلورات. عند التبريد، تنقبض البلورات، مما يؤدي إلى تشقق الأقطاب الكهربائية. تؤثر هذه الظاهرة، المعروفة باسم "تمدد الغاز"، بشدة على جودة وأداء قطب الجرافيت.

لا تتطلب أقطاب الجرافيت-عالية القوة-مقاومة منخفضة فحسب، بل تتطلب أيضًا معاملات تمدد حراري منخفضة، ومقاومة جيدة للأكسدة، ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية بعد الجرافيت. يتم استخدام-فحم الكوك عالي الأداء لإنتاج-أقطاب جرافيت عالية الجودة للأفران الكهربائية-ذات القدرة العالية و-العالية جدًا-، بينما يُستخدم فحم الكوك البترولي المحتوي على 1% تقريبًا من الكبريت بشكل أساسي في صناعة صهر الألومنيوم لإنتاج معجون الأنود أو أنودات الكربون.

• مواد أنود بطارية الليثيوم-أيون

في السنوات الأخيرة، ومع النمو الهائل لمركبات الطاقة الجديدة وصناعات تخزين الطاقة، ظهر بسرعة استخدام فحم الكوك منخفض-الكبريت في مجال مواد أنود بطارية الليثيوم-. يتمتع فحم الكوك منخفض الكبريت- بمعامل منخفض للتمدد الحراري، ومسامية منخفضة، ومحتوى منخفض من الرماد والعناصر المعدنية، وموصلية عالية، ويمكن تحويله إلى جرافيت بسهولة، مما يجعله مادة خام مثالية لتحضير مواد أنود الجرافيت الاصطناعية.

في الوقت الحالي، يعتبر فحم الكوك البترولي المتوفر تجاريًا والمستخدم بكميات كبيرة عبارة عن فحم كوك منخفض-من الكبريت، ويؤدي الإمداد القليل من فحم الكوك المنخفض-من الكبريت إلى ارتفاع التكاليف. في هيكل الطلب على فحم الكوك-منخفض الكبريت، تمثل أنودات بطاريات الليثيوم-الأيونية 29%، وأصبح تأثير مزاحمتها-على الطلب من الحقول التقليدية بارزًا بشكل متزايد. تحافظ شركات مواد الأنود على وتيرة توسعها، ويستمر الطلب على فحم الكوك منخفض-الكبريت في النمو بشكل جيد.

• أنودات -مسبقة الصنع عالية الجودة

تعتبر الأنودات المخبوزة مسبقًا مكونات رئيسية في خلايا التحليل الكهربائي للألمنيوم، حيث تقوم بتوصيل التيار والمشاركة في التفاعلات الكهروكيميائية، كما أنها ضرورية في إنتاج التحليل الكهربائي للألمنيوم. تستخدم الأنودات منخفضة الانبعاثات-فحم الكوك النفطي مع تحكم أكثر صرامة في محتوى الكبريت ومؤشرات العناصر النزرة، مما يمكن أن يقلل بشكل فعال من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في عمليات التحليل الكهربائي للألمنيوم، مما يساهم في الحفاظ على الطاقة وتقليل الانبعاثات بموجب أهداف "الكربون المزدوج" لصناعة التحليل الكهربائي للألمنيوم. عادةً ما يتطلب فحم الكوك البترولي المستخدم في الأنودات المخبوزة مسبقًا محتوى كبريت أقل من 1.5%.

• تطبيقات أخرى عالية الجودة.-

في مجال رفع الكربون، تتطلب صناعة المسابك عادةً محتوى كبريت منخفض للغاية، وغالبًا ما يستخدم فحم الكوك البترولي "شبه جرافيت" أو "الجرافيت بالكامل" مع محتوى كربون ثابت يزيد عن 98% ومحتوى كبريت أقل من 0.05%. علاوة على ذلك، يتطلب إنتاج منتجات الجرافيت-عالية النقاء أن يكون محتوى رماد المادة الخام منخفضًا قدر الإمكان (على سبيل المثال، أقل من 0.15%).

على الرغم من أن فحم الكوك الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت-يحتوي على نسبة كبريت أعلى، إلا أنه يتمتع بقدرة تنافسية كبيرة من حيث التكلفة وحجم الإنتاج، ولا يزال يلعب دورًا مهمًا في مجالات تطبيق محددة.

• الأنودات الجاهزة

مع التطور السريع لصناعة الألومنيوم التحليلي الكهربائي، فإن استخدام فحم الكوك عالي-الكبريت في إنتاج الأنودات المخبوزة مسبقًا للألمنيوم يظهر اتجاهًا متزايدًا. نظرًا لقلة إمدادات فحم الكوك المنخفض-، اضطرت العديد من مصانع الكربون إلى استخدام فحم الكوك البترولي عالي الكبريت-، مما أدى إلى زيادة محتوى الكبريت في كتل كربون الأنود المخبوزة مسبقًا، والذي بدوره يعرض عملية التحليل الكهربائي للألمنيوم لخطر تجاوز معايير انبعاث ثاني أكسيد الكبريت.

على المستوى الفني، أصبح استخدام فحم الكوك المخلوط بمحتويات مختلفة من الكبريت وسيلة مهمة لمصنعي أنود الألومنيوم لتحقيق التوازن بين جودة الأنود واستهلاك الأنود والأداء البيئي. ومن خلال عملية مزج معقولة، يمكن تلبية المتطلبات البيئية مع التحكم في التكاليف.

• وفي قطاع الوقود

لقد تم تقليديًا استخدام فحم الكوك عالي الكبريت-على نطاق واسع كوقود في مصانع الأسمنت ومحطات الطاقة. ومع ذلك، ومع تزايد صرامة السياسات البيئية، فإن استخدام فحم الكوك الذي يحتوي على نسبة عالية من-الكبريت كوقود يواجه قيودًا كبيرة. تنص "خطة عمل الحفاظ على الطاقة وتقليل الكربون" صراحةً على أنه لا يمكن استخدام فحم الكوك الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت- كوقود. نظرًا لسياسات تقليل انبعاثات الكربون، يواجه فحم الكوك الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت-ضغطًا بديلاً في تطبيقات مثل تصنيع الوقود والزجاج.

• محاولات جديدة في مواد أنود بطارية الليثيوم-أيون

على الرغم من أن فحم الكوك المنخفض-يظل الخيار السائد لأنودات بطارية أيون الليثيوم-، إلا أن فحم الكوك عالي الكبريت-، مع مزاياه من حيث التكلفة المتمثلة في المواد الخام الرخيصة وحجم الإنتاج الأعلى، يجذب العديد من مصنعي الجرافيت لاستكشاف تطبيقاته في مجال مواد الأنود. ومع ذلك، فإن المحتوى العالي جدًا من الكبريت في فحم الكوك عالي الكبريت- يؤدي إلى سلسلة من المشكلات: أثناء عملية الجرافيت، يتسرب الكبريت في شكل غازي، مما يؤدي إلى زيادة مسامية الجرافيت ومساحة سطح محددة؛ في الوقت نفسه، يعيق الكبريت نمو الجرافيت المستمر، مما يتسبب في تقلص البلورات، مما يقلل من تباين الجرافيت، ويؤدي إلى انخفاض كبير في كثافة الضغط والسعة والكفاءة الكولومية الأولية. في الوقت الحالي، تعمل الصناعة على تطوير تقنيات مثل مواد الأنود المركبة من الجرافيت، في محاولة للتغلب على القيود المتأصلة في فحم الكوك الذي يحتوي على نسبة عالية من-الكبريت من خلال تركيب المواد الخام وتحسين العملية.

• الإنتاج الكيميائي

يمكن استخدام-فحم الكوك الخام العادي عالي الكبريت في الإنتاج الكيميائي، مثل تصنيع كربيد الكالسيوم وكربيد السيليكون، أو كوقود في صب المعادن وتصنيع الزجاج.

بناءً على التحليل أعلاه، يمكن تلخيص اختيار فحم الكوك البترولي لسيناريوهات التطبيق المختلفة على النحو التالي:

أقطاب الجرافيت: تتطلب أقطاب الجرافيت ذات الطاقة العادية محتوى كبريت فحم الكوك البترولي لا يتجاوز 0.5٪؛ تتطلب أقطاب الجرافيت عالية-الطاقة-عالية جدًا-فحم الكوك الإبري، مع متطلبات أكثر صرامة لمحتوى الكبريت.

مواد أنود بطارية الليثيوم-أيون: في الوقت الحالي، المواد التجارية السائدة عبارة عن فحم الكوك منخفض-الكبريت (محتوى الكبريت أقل من 1%)، ومواد الأنود عالية الجودة-تتمتع بتحكم صارم للغاية في محتوى الكبريت.

الأنودات الجاهزة: عادة ما يكون محتوى الكبريت أقل من 1.5%؛ تتمتع الأنودات ذات الانبعاثات المنخفضة- بمتطلبات أكثر صرامة، حيث تحتاج إلى تلبية المعايير البيئية ضمن هدف "الكربون المزدوج".

المكربنات: تتطلب عملية صب الكربنات-محتوى كبريت منخفض للغاية (أقل من أو يساوي 0.05%)، مما يستلزم استخدام فحم الكوك البترولي "شبه-"المجرافيت" أو "الجرافيت بالكامل".

إنتاج المواد الكيميائية والوقود: يمكن استخدام-فحم الكوك الخام العادي الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت في إنتاج المواد الكيميائية، ولكن استخدامه كوقود محدود للغاية.

عند اختيار فحم الكوك، بالإضافة إلى محتوى الكبريت كمؤشر أساسي، يجب مراعاة عوامل مثل محتوى الرماد والكثافة الحقيقية ومقاومة الصدمات الحرارية والشكل بشكل شامل. محتوى الرماد يعيق التبلور ويؤثر على أداء المنتج؛ وتعكس الكثافة الحقيقية درجة التبلور؛ ويحدد الشكل إمكانية تطبيق فحم الكوك في تطبيقات محددة. إجماع الصناعة هو: الاستخدام المقصود يحدد اختيار الدرجة-لأنودات الألومنيوم الالكتروليتية أو منتجات الجرافيت عالية الجودة-، ويفضل فحم الكوك من الدرجة الأولى؛ بالنسبة إلى المنتجات أو الوقود منخفض الكربون-، يمكن تحديد الدرجة "ب" وما دونها.

على خلفية التقدم المستمر في أهداف "الكربون المزدوج" والتطور السريع في صناعة الطاقة الجديدة، فإن أوضاع فحم الكوك المنخفض-والكبريت العالي-في السوق تخضع لتعديلات عميقة. يشهد فحم الكوك منخفض-الكبريت، مع دوره الذي لا يمكن استبداله في التطبيقات المتطورة-، ارتفاعًا مستمرًا في الطلب؛ بينما يواجه فحم الكوك الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت- قيودًا بيئية صارمة بشكل متزايد ويحتاج بشكل عاجل إلى تحقيق اختراقات في التحسينات التكنولوجية وتوسيع التطبيقات. بالنسبة لممارسي الصناعة، سيكون الفهم الدقيق لمتطلبات جودة فحم الكوك البترولي لسيناريوهات التطبيق المختلفة واتخاذ القرارات العلمية بناءً على أنماط العرض والطلب في السوق واتجاهات الأسعار أمرًا أساسيًا لاكتساب ميزة في سوق فحم الكوك البترولي المتباين بشكل متزايد.