مركز أبحاث تكنولوجيا معالجة النفط الثقيل التابع لشركة سينوك (تشينغداو) المحدودة
تكنولوجيا صيانة المعدات، العدد 32، 2021
ملخص: ساهم التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا الصينية في تعزيز تنمية مختلف قطاعات المجتمع، كما عزز بشكل فعال من قوتنا الاقتصادية وقوتنا الوطنية الشاملة. يُستخدم فحم الكوك الإبري، باعتباره جزءًا أساسيًا من عملية تصنيع الصلب الدائري، بشكل رئيسي في إنتاج أقطاب الجرافيت. كما يلعب دورًا هامًا في إنتاج منتجات بطاريات الليثيوم، وفي صناعة الطاقة النووية ومجالات الطيران. ومع تطور العلوم والتكنولوجيا، تم تعزيز التحسين والتطوير المستمر لتكنولوجيا صناعة الصلب بالأفران الكهربائية، وتحديث المعايير والمتطلبات المقابلة لفحم الكوك الإبري في عمليات البحث والتطوير والإنتاج باستمرار، بما يتوافق مع متطلبات تنمية الإنتاج الاجتماعي. ونظرًا لاختلاف المواد الخام المستخدمة في عملية الإنتاج، يُصنف فحم الكوك الإبري إلى سلسلة بترولية وسلسلة فحم. ووفقًا لنتائج التطبيقات المحددة، يمكن ملاحظة أن فحم الكوك الإبري من سلسلة بترولية يتميز بنشاط كيميائي أقوى من سلسلة الفحم. في هذه الورقة، قمنا بدراسة الوضع الحالي لسوق التركيز على إبرة البترول والمشاكل في عملية البحث والإنتاج للتكنولوجيا ذات الصلة، وتحليل الصعوبات في تطوير الإنتاج والصعوبات التقنية ذات الصلة بالتركيز على إبرة البترول.
أولا: المقدمة
يلعب فحم الكوك الإبري دورًا هامًا في إنتاج أقطاب الجرافيت. في ظل الوضع التنموي الحالي، بدأت الدول المتقدمة الأجنبية، مثل الولايات المتحدة واليابان، في وقت مبكر في البحث والتطوير وإنتاج فحم الكوك الإبري، وبلغت تطبيقات التقنيات ذات الصلة ذروتها، وأتقنت تكنولوجيا التصنيع الأساسية لفحم الكوك الإبري البترولي. في المقابل، بدأ البحث والإنتاج المستقل لفحم الكوك الإبري في تركيز الزيت متأخرًا. ولكن مع التطور المستمر لاقتصاد السوق لدينا، وتعزيز التوسع الشامل لمختلف مجالات الصناعة، حقق بحث وتطوير فحم الكوك الإبري في تركيز الزيت تقدمًا كبيرًا في السنوات الأخيرة، مما أدى إلى تحقيق الإنتاج الصناعي. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض الفجوات في الجودة وتأثير الاستخدام مقارنة بالمنتجات المستوردة. لذلك، من الضروري توضيح حالة تطور السوق الحالية والصعوبات التقنية في نظام البترول.
ثانيًا: مقدمة وتحليل لتطبيقات تقنية فحم الكوك الإبري البترولي
(1) تحليل الوضع الحالي لتطوير فحم الإبرة البترولية في الداخل والخارج
نشأت تقنية فحم الكوك الإبري البترولي في الولايات المتحدة في خمسينيات القرن الماضي. لكن بلدنا مفتوح رسميًا
بدأ البحث في تكنولوجيا وتصنيع فحم الكوك البترولي في أوائل ثمانينيات القرن الماضي. بدعم من السياسة الوطنية للبحث والتطوير التكنولوجي، بدأت معاهد البحث الصينية بإجراء اختبارات متنوعة على فحم الكوك البترولي، واستكشاف وبحث طرق اختبار متنوعة باستمرار. بالإضافة إلى ذلك، في التسعينيات، أنجزت بلادنا العديد من البحوث التجريبية حول إعداد نظام البترول المُركّز على الإبر، وتقدمت بطلب للحصول على براءة اختراع التكنولوجيا ذات الصلة. في السنوات الأخيرة، وبدعم من السياسات الوطنية ذات الصلة، استثمرت العديد من الأكاديميات الوطنية للعلوم والمؤسسات ذات الصلة في البحث والتطوير، وعززت تطوير الإنتاج والتصنيع في هذه الصناعة. كما أن مستوى البحث والتطوير في تكنولوجيا فحم الكوك البترولي في تحسن مستمر. والسبب الرئيسي لهذه الظاهرة هو وجود طلب محلي كبير على فحم الكوك البترولي. ومع ذلك، فإن البحث والتطوير والتصنيع المحلي لا يستطيعان تلبية طلب السوق، حيث تشغل المنتجات المستوردة جزءًا كبيرًا من السوق المحلية. في ضوء الوضع التنموي الحالي، وعلى الرغم من تزايد التركيز والاهتمام الحالي بأبحاث وتطوير وتصنيع تكنولوجيا إبرة البترول، إلا أنه من حيث مستوى البحث والتطوير التكنولوجي، هناك بعض الصعوبات التي تجعل من البحث والتطوير التكنولوجي ذي الصلة عقبات، مما يؤدي إلى فجوة كبيرة بين بلدنا والدول المتقدمة.
(2) تحليل التطبيقات الفنية لمؤسسات فحم الإبرة البترولية المحلية
بناءً على تحليل جودة المنتج المحلي والأجنبي وتأثير التطبيق، يمكن ملاحظة أن الفرق بينهما في جودة فحم الإبرة البترولية يرجع بشكل رئيسي إلى الفرق في مؤشري معامل التمدد الحراري وتوزيع حجم الجسيمات، مما يعكس الفرق في جودة المنتج [1]. ترجع هذه الفجوة في الجودة بشكل رئيسي إلى صعوبات الإنتاج في عملية التصنيع. إلى جانب عملية الإنتاج المحددة ومحتوى طريقة إنتاج فحم الإبرة البترولية، فإن تقنية الإنتاج الأساسية الخاصة به تعتمد بشكل أساسي على مستوى المعالجة المسبقة للمواد الخام. في الوقت الحاضر، حققت شركة Shanxi Hongte Chemical Co.، LTD. و Sinosteel (Anshan) و Jinzhou Petrochemical الإنتاج الضخم فقط. في المقابل، فإن نظام إنتاج وتصنيع شركة Jinzhou Petrochemical لفحم الإبرة البترولية ناضج نسبيًا، ويتم تحسين قدرة المعالجة للجهاز باستمرار، ويمكن للمنتجات ذات الصلة المنتجة أن تصل إلى المستوى المتوسط والعالي في السوق، والتي يمكن استخدامها في أقطاب صناعة الفولاذ عالية الطاقة أو فائقة الطاقة.
ثالثًا: تحليل سوق فحم الكوك البترولي المحلي
(1) مع تسارع التصنيع، يتزايد الطلب على فحم الإبرة يوميًا
بلدنا هو أكبر بلد إنتاج صناعي في العالم، وهذا يتحدد بشكل أساسي من خلال نمط هيكلنا الصناعي.
يُعد إنتاج الحديد والصلب من الصناعات المهمة لتعزيز تنمية اقتصادنا. في ظل هذه الظروف، يتزايد الطلب على الإبر يومًا بعد يوم. لكن في الوقت الحالي، لا يلبي مستوى البحث والتطوير التقني وقدرتنا الإنتاجية متطلبات السوق. والسبب الرئيسي هو قلة الشركات المتخصصة في إبر البترول القادرة على إنتاج معايير الجودة، وعدم استقرار الطاقة الإنتاجية. على الرغم من التقدم الذي يشهده البحث والتطوير التكنولوجي في الوقت الحالي، إلا أن هناك فجوة كبيرة في تلبية متطلبات أقطاب الجرافيت عالية الطاقة أو فائقة الطاقة، مما يُعيق مراقبة جودة المنتجات المُستخدمة في إبر البترول. في الوقت الحالي، ينقسم سوق فحم الكوك المُقاس بالإبر إلى فحم الكوك المُقاس بالإبر البترولي وفحم الكوك المُقاس بالإبر الفحمي. في المقابل، يُعد فحم الكوك المُقاس بالإبر البترولي أقل بقليل من فحم الكوك المُقاس بالإبر الفحمي من حيث كمية تطوير المشاريع أو مستوى التطوير، وهو أيضًا أحد الأسباب الرئيسية التي تُعيق التوسع الفعال لفحم الكوك المُقاس بالإبر البترولي الصيني. مع التحسين المستمر لمستوى تكنولوجيا إنتاج صناعة الصلب، يتزايد الطلب على أقطاب الجرافيت فائقة القدرة في إنتاج وتصنيع الصلب. وهذا يُبرز أيضًا أنه مع التحسين المستمر لمستوى تطورنا الصناعي وتسارع عملية التصنيع، سيزداد الطلب على فحم الإبرة.
(2) تحليل السعر العائم لسوق الكوك الإبري
وفقًا للمستوى الحالي للتنمية الصناعية وتعديل الهيكل الصناعي والمحتوى الصناعي لبلدنا، فقد وجد أن سلسلة البترول من فحم الإبرة أكثر ملاءمة لبلدنا من سلسلة الفحم من فحم الإبرة، مما سيؤدي إلى تفاقم الوضع المحلي لعدم التوازن بين العرض والطلب على فحم الإبرة، من أجل حل حالة عدم التوازن بين العرض والطلب في نظام البترول، لا يمكننا الاعتماد إلا على الواردات. من تحليل خصائص تقلب أسعار المنتجات المستوردة في السنوات الأخيرة، يمكن ملاحظة أن سعر منتجات فحم الإبرة البترولية المستوردة في ارتفاع منذ عام 2014. لذلك، بالنسبة للصناعة المحلية، مع تزايد فجوة العرض وارتفاع سعر الاستيراد، سيصبح فحم الإبرة البترولية نقطة استثمار ساخنة جديدة في صناعة فحم الإبرة في الصين [2].
رابعا، تركيزنا على البحث والتطوير وتحليل صعوبات تكنولوجيا الإنتاج
(1) تحليل صعوبات المعالجة المسبقة للمواد الخام
من خلال تحليل عملية إنتاج وتصنيع فحم الكوك البترولي الإبري، يتضح أن البترول هو المادة الخام الرئيسية للمعالجة المسبقة للمواد الخام. نظرًا لخصوصية موارد البترول، يتطلب استخراج النفط الخام من باطن الأرض، ويستخدم النفط الخام البترولي في بلدنا محفزات متنوعة في عملية التعدين والمعالجة، مما يؤدي إلى وجود كمية معينة من الشوائب في المنتجات البترولية. ستؤدي طريقة المعالجة المسبقة هذه إلى آثار سلبية على إنتاج فحم الكوك البترولي الإبري. بالإضافة إلى ذلك، يتكون البترول نفسه في الغالب من الهيدروكربون الأليفاتي، ومحتوى الهيدروكربون العطري منخفض، وهو ما ينتج عن خصائص موارد البترول الحالية. تجدر الإشارة إلى أن إنتاج فحم الكوك الإبري عالي الجودة يتطلب متطلبات صارمة للمواد الخام، مع نسبة عالية من الهيدروكربونات العطرية، ويختار مواد خام منخفضة الكبريت والأكسجين والأسفلتين وأنواعًا أخرى من البترول، حيث يتطلب أن تكون نسبة كتلة الكبريت أقل من 0.3% ونسبة كتلة الأسفلتين أقل من 1.0%. ومع ذلك، بناءً على الكشف عن التركيب الأصلي وتحليله، وُجد أن معظم النفط الخام المُعالج في بلدنا ينتمي إلى النفط الخام عالي الكبريت، وأن نقص النفط المناسب لإنتاج فحم الكوك الإبري ذي المحتوى العالي من الهيدروكربونات العطرية يمثل صعوبة تقنية كبيرة لإزالة الشوائب من الزيت. في الوقت نفسه، تحتاج شركة جينتشو للبتروكيماويات، الأكثر نضجًا في البحث والتطوير والتصنيع حاليًا، إلى مواد خام مناسبة لإنتاج فحم الكوك الإبري في عملية إنتاج ومعالجة فحم الكوك الإبري البترولي. يُعد نقص المواد الخام وعدم استقرار الجودة أحد العوامل الرئيسية التي تحد من استقرار جودة فحم الكوك الإبري [3]. قامت شركة شاندونغ ييدا للمواد الجديدة المحدودة بتصميم وتبني المعالجة المسبقة للمواد الخام لوحدة إنتاج فحم الإبرة البترولية
في الوقت نفسه، تم اعتماد أساليب متنوعة لإزالة الجسيمات الصلبة. فبالإضافة إلى اختيار زيت ثقيل مناسب لإنتاج فحم الكوك الإبري، أُزيلت المواد الضارة من المواد الخام قبل عملية التفحيم.
(2) تحليل الصعوبات الفنية في عملية التكويك المتأخرة لفحم الإبرة البترولية
عملية إنتاج فحم الكوك الإبري معقدة نسبيًا، وتتطلب التحكم في تغيرات درجة الحرارة البيئية وضغط التشغيل في عملية المعالجة المحددة متطلبات عالية. ومن الصعوبات التي تواجه عملية الكوك الإبري التحكم العلمي والفعال في ضغط ووقت ودرجة حرارة فحم الكوك، بما يضمن تلبية زمن التفاعل للمتطلبات القياسية. في الوقت نفسه، يلعب تحسين وتعديل معايير عملية الكوك ومعايير التشغيل المحددة دورًا هامًا في تحسين جودة إنتاج فحم الكوك الإبري بأكمله.
الغرض الرئيسي من استخدام فرن التسخين لتغيير درجة الحرارة هو إجراء عملية قياسية وفقًا للمعايير في عملية إنتاج فحم الإبرة، بحيث تصل درجة الحرارة المحيطة إلى المعايير المطلوبة. في الواقع، تهدف عملية تغيير درجة الحرارة إلى تعزيز تفاعل الكوك، ويمكن إجراؤه في بيئة بطيئة ومنخفضة الحرارة مع تأخير تفاعل الكوك، وذلك لتحقيق التكثيف العطري، وضمان الترتيب المنظم للجزيئات، لضمان توجيهها وتصلبها تحت تأثير الضغط، وتعزيز استقرار الحالة. يُعد فرن التسخين عملية أساسية في عملية إنتاج فحم الإبرة البترولي بالكامل، وهناك متطلبات ومعايير معينة لمعايير نطاق درجة الحرارة المحددة، والتي لا يمكن أن تكون أقل من الحد الأدنى البالغ 476 درجة مئوية ولا يمكن أن تتجاوز الحد الأقصى البالغ 500 درجة مئوية. في الوقت نفسه، تجدر الإشارة إلى أن فرن درجة الحرارة المتغيرة هو معدات ومرافق كبيرة، ويجب الانتباه إلى توحيد جودة كل برج من فحم الإبرة: كل برج أثناء عملية التغذية، بسبب تغير درجة الحرارة والضغط وسرعة الهواء وعوامل أخرى، وبالتالي فإن برج الكوك بعد الكوك يكون غير متساوٍ ومتوسط الجودة ومنخفض الجودة. إن كيفية حل مشكلة توحيد جودة فحم الإبرة بفعالية هي أيضًا إحدى المشكلات التي يجب مراعاتها في إنتاج فحم الإبرة.
5. تحليل اتجاه التطوير المستقبلي لفحم الإبرة البترولية
(أ) تعزيز التحسين المستمر لجودة فحم الإبرة في نظام البترول المحلي
سيطرت الولايات المتحدة واليابان على تكنولوجيا وسوق تركيز الإبرة. في الوقت الحاضر، لا تزال هناك بعض المشاكل في الإنتاج الفعلي لفحم الإبرة في الصين، مثل الجودة غير المستقرة وقوة الكوك المنخفضة والكثير من مسحوق الكوك. على الرغم من أن فحم الإبرة المنتج قد تم استخدامه في إنتاج أقطاب الجرافيت عالية الطاقة وفائقة الطاقة بكميات كبيرة، إلا أنه لا يمكن استخدامه في إنتاج أقطاب الجرافيت فائقة الطاقة ذات القطر الكبير بكميات كبيرة. في السنوات الأخيرة، لم يتوقف بحثنا وتطويرنا لتركيز الإبرة، وستستمر جودة المنتج في التحسن. وصلت وحدات فحم الإبرة من سلسلة الزيت إلى نطاق 40،000-50،000 طن / سنة، ويمكن أن تعمل بثبات، وتحسن الجودة باستمرار.
(2) الطلب المحلي على فحم الإبرة البترولية يستمر في النمو
يتطلب تطوير صناعة الحديد والصلب عددًا كبيرًا من الأقطاب الكهربائية فائقة القدرة وعالية الطاقة. في هذا السياق، يتزايد الطلب على فحم الكوك الإبري لإنتاج الأقطاب الكهربائية فائقة القدرة وعالية الطاقة بسرعة، ويُقدر بحوالي 250,000 طن سنويًا. يقل إنتاج فولاذ الأفران الكهربائية في الصين عن 10%، بينما يصل متوسط الإنتاج العالمي من فولاذ الأفران الكهربائية إلى 30%. وقد بلغ حجم خردة الفولاذ لدينا 160 مليون طن. ووفقًا للوضع الراهن، فإن تطوير فولاذ الأفران الكهربائية أمر لا مفر منه على المدى الطويل، وسيؤدي إلى نقص في إمدادات فحم الكوك الإبري. لذلك، ينبغي اتخاذ تدابير لزيادة مصادر المواد الخام وتحسين أساليب التصنيع لتلبية احتياجات الإنتاج.
(3) إن توسيع الطلب في السوق يعزز تحسين مستوى تكنولوجيا البحث والتطوير المحلية
تتطلب الفجوة في الجودة وزيادة الطلب على فحم الإبرة المحترق تسريع تطويره. أثناء تطوير وإنتاج فحم الإبرة المحترق، أصبح الباحثون أكثر وعيًا بالصعوبات في إنتاج فحم الإبرة المحترق، مما زاد من جهود البحث، وبناء مرافق اختبار صغيرة وتجريبية للحصول على بيانات تجريبية لتوجيه الإنتاج. يتم تحسين تقنية معالجة فحم الإبرة باستمرار لتلبية الطلب المتزايد. من منظور المواد الخام وطرق التصنيع، فإن نقص النفط العالمي وزيادة محتوى الكبريت يحد من تطوير فحم الإبرة لنظام الزيت. تم بناء منشأة الإنتاج الصناعي الجديدة لمعالجة المواد الخام الأولية لفحم الإبرة سلسلة الزيت ووضعها قيد التشغيل في شركة Shandong Yida New Material Co.، LTD.، وتم إنتاج المادة الخام الممتازة لفحم الإبرة سلسلة الزيت، مما سيحسن بشكل فعال جودة وإنتاج فحم الإبرة سلسلة الزيت.
وقت النشر: ٧ ديسمبر ٢٠٢٢