Centro de Investigación de Tecnología de Ingeniería para el Procesamiento de Petróleo Pesado de Cnooc (Qingdao), Ltd.
Tecnología de Mantenimiento de Equipos, Número 32, 2021
Resumen: El continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología chinas ha impulsado el desarrollo de diversos sectores de la sociedad. Al mismo tiempo, ha fortalecido eficazmente nuestra economía y nuestra posición nacional. Como parte fundamental del proceso de fabricación de acero en hornos eléctricos, el coque de aguja se utiliza principalmente en la producción de electrodos de grafito. Desempeña un papel importante en la producción de baterías de litio, así como en la industria nuclear y la aviación. Gracias al avance de la ciencia y la tecnología, se ha impulsado la optimización y mejora continua de la tecnología de fabricación de acero en hornos eléctricos, y se han actualizado constantemente las normas y requisitos correspondientes para el coque de aguja en los procesos de investigación, desarrollo y producción, con el fin de cumplir con las exigencias del desarrollo productivo. Debido a las diferentes materias primas utilizadas en el proceso de producción, el coque de aguja se divide en coque de petróleo y coque de carbón. Según los resultados de aplicaciones específicas, se observa que el coque de aguja de la serie de petróleo presenta una mayor actividad química que el de la serie de carbón. En este artículo, estudiamos la situación actual del mercado de los sistemas de enfoque de agujas para petróleo y los problemas en el proceso de investigación y producción de la tecnología pertinente, y analizamos las dificultades en el desarrollo de la producción y las dificultades técnicas relacionadas con los sistemas de enfoque de agujas para petróleo.
I. Introducción
El coque de aguja desempeña un papel importante en la producción de electrodos de grafito. En la actualidad, países desarrollados como Estados Unidos y Japón iniciaron antes la investigación, el desarrollo y la producción de coque de aguja, y la aplicación de las tecnologías pertinentes tiende a estar madura, dominando la tecnología central de fabricación del coque de aguja de petróleo. En comparación, la investigación y producción independiente de coque de aguja en el sector petrolero comenzó más tarde. Sin embargo, con el continuo desarrollo de nuestra economía de mercado, que promueve la expansión integral de diversos campos industriales, la investigación y el desarrollo del coque de aguja en el sector petrolero han logrado avances significativos en los últimos años, alcanzando la producción industrial. No obstante, aún existen algunas deficiencias en cuanto a calidad y eficacia en comparación con los productos importados. Por lo tanto, es necesario aclarar el estado actual del desarrollo del mercado y las dificultades técnicas en el sistema petrolero.
II. Introducción y análisis de la aplicación de la tecnología de coque de agujas de petróleo.
(1) Análisis del estado actual de desarrollo del coque de agujas de petróleo a nivel nacional e internacional.
La tecnología del coque de aguja de petróleo se originó en los Estados Unidos en la década de 1950. Pero nuestro país está oficialmente abierto.
La investigación sobre la tecnología y la fabricación de coque de aguja de petróleo comenzó a principios de la década de 1980. Con el apoyo de la política nacional de investigación y desarrollo tecnológico, los institutos de investigación chinos comenzaron a realizar diversas pruebas sobre el coque de aguja de petróleo y a explorar e investigar constantemente una variedad de métodos de prueba. Además, en la década de 1990, nuestro país completó una gran cantidad de investigación experimental sobre la preparación del sistema de petróleo enfocado en agujas y solicitó la patente correspondiente. En los últimos años, con el apoyo de las políticas nacionales pertinentes, muchas academias de ciencias nacionales y empresas relacionadas han invertido en investigación y desarrollo y promovido el desarrollo de la producción y la fabricación dentro de la industria. El nivel de investigación y desarrollo de la tecnología de coque de aguja de petróleo también está mejorando continuamente. La razón principal de este fenómeno es que existe una gran demanda interna de coque de aguja de petróleo. Sin embargo, la investigación, el desarrollo y la fabricación nacionales no pueden satisfacer la demanda del mercado, y gran parte del mercado interno está ocupado por productos importados. En vista de la situación actual de desarrollo, si bien el enfoque y la atención que se presta actualmente a la investigación, el desarrollo y la fabricación de tecnología de agujas de petróleo están aumentando, en términos del nivel de investigación y desarrollo tecnológico, existen algunas dificultades que constituyen obstáculos para la investigación y el desarrollo de la tecnología pertinente, lo que genera una gran brecha entre nuestro país y los países desarrollados.
(2) Análisis de la aplicación técnica de las empresas nacionales de coque de agujas de petróleo
Basándonos en el análisis de la calidad y el efecto de aplicación de los productos nacionales y extranjeros, se puede ver que la diferencia entre ellos en la calidad del coque de aguja de petróleo se debe principalmente a la diferencia en los dos índices del coeficiente de expansión térmica y la distribución del tamaño de partícula, lo que refleja la diferencia en la calidad del producto [1]. Esta brecha de calidad se debe principalmente a las dificultades de producción en el proceso de fabricación. Combinado con el contenido específico del proceso y método de producción del coque de aguja de petróleo, su tecnología de producción central es principalmente para el nivel de pretratamiento de las materias primas. En la actualidad, solo Shanxi Hongte Chemical Co., LTD., Sinosteel (Anshan) y Jinzhou Petrochemical han logrado la producción en masa. En contraste, el sistema de producción y fabricación de coque de aguja de petróleo de Jinzhou Petrochemical Company es relativamente maduro, la capacidad de procesamiento del dispositivo se mejora continuamente, y los productos relacionados producidos pueden alcanzar un nivel medio y alto en el mercado, que puede utilizarse para electrodos de fabricación de acero de alta o ultra alta potencia.
iii. Análisis del mercado nacional de coque de agujas de petróleo.
(1) Con la aceleración de la industrialización, la demanda de coque de aguja aumenta diariamente.
Nuestro país es el mayor productor industrial del mundo, lo cual se debe principalmente al modelo de nuestra estructura industrial.
La producción de hierro y acero es una de las industrias importantes para impulsar el desarrollo de nuestra economía. En este contexto, la demanda de coque de precisión aumenta día a día. Sin embargo, actualmente, nuestro nivel de investigación y desarrollo tecnológico y nuestra capacidad de producción no se ajustan a la demanda del mercado. La razón principal es que existen pocas empresas especializadas en coque de precisión que puedan cumplir con los estándares de calidad, y la capacidad de producción es inestable. Si bien la investigación y el desarrollo tecnológico en este ámbito están avanzando, existe una gran brecha para satisfacer las necesidades de electrodos de grafito de alta o ultra alta potencia, lo que genera obstáculos en el control de calidad de los productos de coque de precisión. Actualmente, el mercado del coque de precisión se divide en coque de precisión de petróleo y coque de precisión de carbón. En contraste, el coque de precisión de petróleo se encuentra ligeramente por debajo del coque de precisión de carbón, tanto en cantidad de proyectos como en nivel de desarrollo, lo que constituye una de las principales razones que dificultan la expansión efectiva del coque de precisión de petróleo en China. Sin embargo, con la mejora continua del nivel tecnológico de producción de la industria siderúrgica, aumenta la demanda de electrodos de grafito de ultra alta potencia para la producción y fabricación de acero. Esto también pone de manifiesto que, con la mejora constante de nuestro nivel de desarrollo industrial y la aceleración del proceso de industrialización, la demanda de coque de aguja será cada vez mayor.
(2) Análisis del precio flotante del mercado de coque de aguja
Según el nivel actual de desarrollo industrial y el ajuste de la estructura y el contenido industrial de nuestro país, se encuentra que la serie de coque de aguja de petróleo es más adecuada para nuestro país que la serie de coque de aguja de carbón, lo que agravará aún más la situación interna de desequilibrio entre la oferta y la demanda de coque de aguja. Para resolver la situación de desequilibrio entre la oferta y la demanda del sistema petrolero, solo podemos depender de las importaciones. Del análisis de las características de fluctuación de precios de los productos importados en los últimos años, se puede ver que el precio de los productos de coque de aguja de petróleo importados ha estado en aumento desde 2014. Por lo tanto, para la industria nacional, para la creciente brecha de suministro y el aumento del precio de importación, el coque de aguja de petróleo se convertirá en un nuevo foco de inversión en la industria de coque de aguja de China [2].
Cuatro, nuestro enfoque en la investigación y el desarrollo de la tecnología de producción de agujas de petróleo y el análisis de las dificultades
(1) Análisis de las dificultades del pretratamiento de la materia prima
Tras analizar el proceso completo de producción y fabricación de coque de aguja de petróleo, se observa que, para el pretratamiento de las materias primas, el petróleo es la principal materia prima. Debido a la particularidad de los recursos petrolíferos, el crudo debe extraerse de minas subterráneas, y el petróleo crudo en nuestro país utiliza diversos catalizadores en el proceso de extracción y procesamiento, lo que genera cierta cantidad de impurezas en los productos derivados del petróleo. Este método de pretratamiento tiene efectos adversos en la producción de coque de aguja de petróleo. Además, la composición del petróleo en sí es principalmente hidrocarburos alifáticos, con un bajo contenido de hidrocarburos aromáticos, debido a las características de los recursos petrolíferos existentes. Cabe destacar que la producción de coque de aguja de petróleo de alta calidad requiere materias primas con una alta proporción de hidrocarburos aromáticos, y se seleccionan materias primas con bajo contenido de azufre, oxígeno y asfaltenos, requiriendo que la fracción másica de azufre sea inferior al 0,3 % y la de asfaltenos inferior al 1,0 %. Sin embargo, basándose en la detección y el análisis de la composición original, se encontró que la mayor parte del petróleo crudo procesado en nuestro país pertenece al petróleo crudo con alto contenido de azufre, y la falta de petróleo adecuado para la producción de coque de aguja con alto contenido de hidrocarburos aromáticos. Es una gran dificultad técnica eliminar las impurezas del petróleo. Mientras tanto, Jinzhou Petrochemical, que actualmente está más madura en I+D y fabricación, requiere materias primas adecuadas para la producción de coque orientado de aguja en el proceso de producción y procesamiento de coque orientado de aguja de petróleo. La escasez de materias primas y la inestabilidad de la calidad son uno de los principales factores que restringen la estabilidad de la calidad del coque orientado de aguja [3]. Shandong Yida New Material Co., Ltd. diseñó y adoptó el pretratamiento de materias primas para la unidad de producción de coque de aguja de petróleo.
Al mismo tiempo, se adoptaron diversos métodos para eliminar las partículas sólidas. Además de seleccionar petróleo pesado adecuado para la producción de coque de aguja, se eliminaron las sustancias nocivas presentes en las materias primas antes de la coquización.
(2) Análisis de las dificultades técnicas en el proceso de coquización retardada del coque de agujas de petróleo
La producción de coque de aguja es relativamente compleja y requiere un control preciso de la temperatura ambiente y la presión de operación. Una de las dificultades del proceso de coquización radica en el control científico y racional de la presión, el tiempo y la temperatura, para que el tiempo de reacción cumpla con los estándares. Asimismo, la optimización y el ajuste de los parámetros del proceso de coquización y los estándares operativos específicos desempeñan un papel fundamental en la mejora de la calidad de la producción de coque de aguja.
El objetivo principal del uso del horno de calentamiento para la operación de cambio de temperatura es llevar a cabo la operación estándar de acuerdo con la norma en el proceso de producción de coque de aguja, de modo que la temperatura ambiente pueda alcanzar los parámetros requeridos. De hecho, el proceso de cambio de temperatura tiene como propósito promover que la reacción de coquización se pueda llevar a cabo en un entorno de baja temperatura y lento, retrasando así la reacción de coquización, para lograr la condensación aromática, asegurar la disposición ordenada de las moléculas, asegurar que puedan orientarse y solidificarse bajo la acción de la presión, y promover la estabilidad del estado. El horno de calentamiento es una operación esencial en todo el proceso de producción de coque de aguja de petróleo, y existen ciertos requisitos y estándares para los parámetros específicos del rango de temperatura, que no puede ser inferior al límite inferior de 476 ℃ ni superior al límite superior de 500 ℃. Al mismo tiempo, cabe destacar que el horno de temperatura variable es un equipo e instalación de gran tamaño, por lo que debemos prestar atención a la uniformidad de la calidad de cada torre de coque de aguja. Durante el proceso de alimentación, cada torre experimenta variaciones de temperatura, presión, velocidad del aire y otros factores, lo que provoca que el coque resultante sea de calidad irregular, media o baja. Resolver eficazmente el problema de la uniformidad de la calidad del coque de aguja es uno de los aspectos que deben considerarse en su producción.
5. Análisis de la dirección futura del desarrollo del coque de aguja de petróleo
(a) Promover la mejora continua de la calidad del coque de aguja del sistema petrolero nacional
La tecnología y el mercado del coque de aguja han estado dominados por Estados Unidos y Japón. Actualmente, en la producción real de coque de aguja en China, todavía existen algunos problemas, como la calidad inestable, la baja resistencia del coque y la gran cantidad de coque en polvo. Aunque el coque de aguja producido se ha utilizado en la producción de electrodos de grafito de alta y ultra alta potencia en grandes cantidades, no se puede utilizar en la producción de electrodos de grafito de ultra alta potencia de gran diámetro en grandes cantidades. En los últimos años, nuestra investigación y desarrollo del coque de aguja no se ha detenido, y la calidad del producto continuará mejorando. Shanxi Hongte Coal Chemical Co., LTD., Sinosteel Coal measure needle coke, Jinzhou Petrochemical Co., LTD. Las unidades de coque de aguja de la serie Oil han alcanzado una escala de 40.000-50.000 toneladas/año, y pueden operar de manera estable, mejorando constantemente la calidad.
(2) La demanda interna de coque de aguja de petróleo continúa creciendo.
El desarrollo de la industria siderúrgica requiere una gran cantidad de electrodos de ultra alta potencia y electrodos de alta potencia. En este contexto, la demanda de coque de aguja para la producción de estos electrodos está creciendo rápidamente, estimándose en alrededor de 250 000 toneladas anuales. La producción de acero en hornos eléctricos en China representa menos del 10%, mientras que la producción mundial promedio alcanza el 30%. Nuestra chatarra de acero asciende a 160 millones de toneladas. De acuerdo con la situación actual, a largo plazo, el desarrollo del acero en hornos eléctricos es inevitable, y la escasez de coque de aguja también lo será. Por lo tanto, se deben tomar medidas para aumentar las fuentes de materia prima y mejorar los métodos de fabricación para satisfacer las necesidades de producción.
(3) La expansión de la demanda del mercado promueve la mejora del nivel de tecnología de I+D nacional.
La brecha en la calidad y el aumento de la demanda de coque de aguja requieren una aceleración en su desarrollo. Durante el desarrollo y la producción de coque de aguja, los investigadores se han vuelto cada vez más conscientes de las dificultades en su producción, intensificando los esfuerzos de investigación y construyendo instalaciones de prueba piloto y a pequeña escala para obtener datos experimentales que guíen la producción. La tecnología de procesamiento del coque de aguja se mejora constantemente para satisfacer la creciente demanda. Desde la perspectiva de las materias primas y los métodos de fabricación, la escasez mundial de petróleo y el aumento del contenido de azufre limitan el desarrollo del coque de aguja del sistema petrolero. Se ha construido y puesto en funcionamiento una nueva planta de producción industrial de pretratamiento de materia prima para coque de aguja de la serie petrolera en Shandong Yida New Material Co., LTD., donde se ha producido materia prima de excelente calidad, lo que mejorará eficazmente la calidad y la producción de este coque.
Fecha de publicación: 7 de diciembre de 2022