Cnooc (Qingdao) Centro de Pesquisa em Tecnologia de Engenharia de Processamento de Óleo Pesado Co., LTD
Tecnologia de Manutenção de Equipamentos, Edição 32, 2021
Resumo: O desenvolvimento contínuo da ciência e tecnologia chinesas impulsionou o desenvolvimento de diversos setores da sociedade. Ao mesmo tempo, fortaleceu significativamente nossa economia e o poder nacional como um todo. Como parte importante do processo de fabricação de aço em forno elétrico, o coque de agulha é utilizado principalmente na produção de eletrodos de grafite. Desempenha um papel importante na produção de baterias de lítio, bem como nas indústrias de energia nuclear e aeroespacial. Com o avanço da ciência e da tecnologia, houve um aumento contínuo na otimização e no aprimoramento da tecnologia de fabricação de aço em forno elétrico, e os padrões e requisitos correspondentes para o coque de agulha nos processos de pesquisa, desenvolvimento e produção foram constantemente atualizados, a fim de atender às demandas do desenvolvimento produtivo da sociedade. Devido às diferentes matérias-primas utilizadas no processo de produção, o coque de agulha é dividido em série de petróleo e série de carvão. De acordo com os resultados de aplicações específicas, observa-se que o coque de agulha da série de petróleo apresenta maior reatividade química do que o da série de carvão. Neste artigo, estudamos a situação atual do mercado de agulhas de petróleo e os problemas no processo de pesquisa e produção da tecnologia relevante, além de analisar as dificuldades no desenvolvimento da produção e as dificuldades técnicas relacionadas às agulhas de petróleo.
I. Introdução
O coque de agulha desempenha um papel importante na produção de eletrodos de grafite. No contexto atual, países desenvolvidos como os Estados Unidos e o Japão iniciaram mais cedo a pesquisa, o desenvolvimento e a produção de coque de agulha, e a aplicação das tecnologias relevantes tende a ser madura, dominando a tecnologia essencial de fabricação do coque de agulha derivado do petróleo. Em comparação, a pesquisa e a produção independentes de coque de agulha no setor petrolífero começaram mais tarde. Contudo, com o desenvolvimento contínuo da nossa economia de mercado, promovendo a expansão abrangente de vários setores industriais, a pesquisa e o desenvolvimento de coque de agulha no setor petrolífero avançaram significativamente nos últimos anos, viabilizando a produção industrial. No entanto, ainda existem algumas lacunas em termos de qualidade e eficácia em comparação com os produtos importados. Portanto, é necessário esclarecer o atual estado de desenvolvimento do mercado e as dificuldades técnicas no sistema petrolífero.
II. Introdução e análise da aplicação da tecnologia de coque de agulha de petróleo
(1) Análise do estado atual de desenvolvimento do coque de agulha de petróleo no país e no exterior
A tecnologia de coque de agulha de petróleo teve origem nos Estados Unidos na década de 1950. Mas nosso país está oficialmente aberto.
A pesquisa sobre a tecnologia e a fabricação de coque de agulhamento de petróleo começou no início da década de 1980. Com o apoio da política nacional de pesquisa e desenvolvimento tecnológico, institutos de pesquisa chineses começaram a realizar diversos testes com coque de agulhamento de petróleo e a explorar e pesquisar constantemente uma variedade de métodos de teste. Além disso, na década de 1990, o país concluiu muitas pesquisas experimentais sobre a preparação de sistemas de coque de agulhamento de petróleo e solicitou patentes para a tecnologia correspondente. Nos últimos anos, com o apoio de políticas nacionais relevantes, muitas academias de ciências e empresas relacionadas investiram em pesquisa e desenvolvimento e promoveram o desenvolvimento da produção e fabricação dentro do setor. O nível de pesquisa e desenvolvimento da tecnologia de coque de agulhamento de petróleo também está melhorando continuamente. A principal razão para esse fenômeno é a grande demanda interna por coque de agulhamento de petróleo. No entanto, a pesquisa, o desenvolvimento e a fabricação nacionais não conseguem atender à demanda do mercado, e grande parte do mercado interno é ocupada por produtos importados. Tendo em vista o atual cenário de desenvolvimento, embora o foco e a atenção na pesquisa, desenvolvimento e fabricação de tecnologias voltadas para a extração de petróleo estejam aumentando, em termos de nível de pesquisa e desenvolvimento tecnológico, existem algumas dificuldades que criam obstáculos, o que resulta em uma grande lacuna entre o nosso país e os países desenvolvidos.
(2) Análise da aplicação técnica das empresas nacionais de coque de agulha de petróleo
Com base na análise da qualidade e do efeito de aplicação de produtos nacionais e estrangeiros, observa-se que a diferença na qualidade do coque de agulha de petróleo entre eles se deve principalmente à diferença nos dois índices: coeficiente de expansão térmica e distribuição granulométrica, o que reflete a diferença na qualidade do produto [1]. Essa diferença de qualidade é causada principalmente pelas dificuldades de produção no processo de fabricação. Considerando o processo de produção específico e o conteúdo do método de produção do coque de agulha de petróleo, sua principal tecnologia de produção está relacionada ao nível de pré-tratamento das matérias-primas. Atualmente, apenas a Shanxi Hongte Chemical Co., LTD., a Sinosteel (Anshan) e a Jinzhou Petrochemical realizaram produção em massa. Em contrapartida, o sistema de produção e fabricação de coque de agulha de petróleo da Jinzhou Petrochemical Company é relativamente maduro, a capacidade de processamento dos equipamentos é continuamente aprimorada e os produtos derivados atingem um nível médio e alto no mercado, podendo ser utilizados na fabricação de eletrodos para aço de alta ou ultra-alta potência.
III. Análise do mercado interno de coque de agulha de petróleo
(1) Com a aceleração da industrialização, a demanda por coque de agulha está aumentando diariamente
Nosso país é um dos maiores produtores industriais do mundo, o que se deve principalmente ao modelo de nossa estrutura industrial.
A produção de ferro e aço também é uma das indústrias importantes para impulsionar o desenvolvimento da nossa economia. Nesse contexto, a demanda por agulhas de coque aumenta a cada dia. No entanto, atualmente, nosso nível de pesquisa e desenvolvimento tecnológico e nossa capacidade de produção não correspondem à demanda do mercado. O principal motivo é que existem poucas empresas focadas em agulhas de coque de petróleo que realmente conseguem produzir produtos com padrões de qualidade, e a capacidade de produção é instável. Embora a pesquisa e o desenvolvimento tecnológico relevantes estejam avançando, ainda existe uma grande lacuna para atender à demanda por eletrodos de grafite de alta ou ultra-alta potência, o que gera obstáculos no controle de qualidade dos produtos derivados de agulhas de coque de petróleo. Atualmente, o mercado de agulhas de coque se divide em coque de coque de petróleo e coque de coque de carvão. Em contrapartida, o mercado de agulhas de coque de petróleo apresenta um nível de desenvolvimento de projetos ligeiramente inferior ao de coque de carvão, tanto em quantidade quanto em estágio de desenvolvimento, o que também é um dos principais fatores que dificultam a expansão efetiva do mercado chinês de agulhas de coque de petróleo. Mas, juntamente com a melhoria contínua do nível tecnológico de produção da indústria siderúrgica, a demanda por eletrodos de grafite de ultra-alta potência na produção e fabricação de aço está aumentando. Isso também evidencia que, com a melhoria contínua do nosso nível de desenvolvimento industrial e a aceleração do processo de industrialização, a demanda por coque de agulha será cada vez maior.
(2) Análise do mercado de coque de agulha com preço flutuante
De acordo com o nível atual de desenvolvimento industrial e o ajuste da estrutura e do conteúdo industrial do nosso país, constatou-se que a série de coque de agulha de petróleo é mais adequada para o país do que a série de coque de agulha de carvão, o que agravará ainda mais a situação interna de desequilíbrio entre a oferta e a demanda de coque de agulha. Para solucionar esse desequilíbrio no sistema petrolífero, resta-nos recorrer às importações. A análise das características de flutuação de preços dos produtos importados nos últimos anos mostra que o preço do coque de agulha de petróleo importado tem aumentado desde 2014. Portanto, para a indústria nacional, com o aumento da lacuna de oferta e a alta do preço de importação, o coque de agulha de petróleo se tornará um novo ponto de investimento promissor na indústria de coque de agulha da China [2].
Quatro, nosso foco em pesquisa e desenvolvimento de agulhas de óleo e análise das dificuldades da tecnologia de produção.
(1) Análise das dificuldades de pré-tratamento da matéria-prima
Através da análise de todo o processo de produção e fabricação de coque de agulha de petróleo, observa-se que, para o pré-tratamento das matérias-primas, o petróleo é a principal matéria-prima. Devido às particularidades dos recursos petrolíferos, o petróleo bruto precisa ser extraído do subsolo, e o petróleo bruto no Brasil utiliza diversos catalisadores durante o processo de extração e processamento, o que resulta em uma certa quantidade de impurezas nos produtos petrolíferos. Esse método de pré-tratamento traz efeitos adversos na produção de coque de agulha de petróleo. Além disso, a composição do próprio petróleo é predominantemente de hidrocarbonetos alifáticos, com baixo teor de hidrocarbonetos aromáticos, o que se deve às características dos recursos petrolíferos existentes. Deve-se notar que a produção de coque de agulha de petróleo de alta qualidade possui requisitos rigorosos para as matérias-primas, com alto teor de hidrocarbonetos aromáticos, e utiliza petróleo com baixo teor de enxofre, oxigênio e asfaltenos, exigindo que a fração mássica de enxofre seja inferior a 0,3% e a fração mássica de asfaltenos seja inferior a 1,0%. No entanto, com base na detecção e análise da composição original, constatou-se que a maior parte do petróleo bruto processado em nosso país pertence à categoria de petróleo bruto com alto teor de enxofre, havendo escassez de petróleo adequado para a produção de coque de agulha com alto teor de hidrocarbonetos aromáticos. A remoção de impurezas do petróleo representa uma grande dificuldade técnica. Além disso, a Jinzhou Petrochemical, que atualmente possui maior maturidade em P&D e produção, necessita de matérias-primas adequadas para a produção de coque de agulha no processo de produção e processamento de coque de agulha de petróleo. A escassez de matérias-primas e a instabilidade da qualidade são alguns dos principais fatores que restringem a estabilidade da qualidade do coque de agulha [3]. A Shandong Yida New Material Co., Ltd. projetou e adotou o pré-tratamento de matérias-primas para a unidade de produção de coque de agulha de petróleo.
Ao mesmo tempo, diversos métodos foram adotados para remover partículas sólidas. Além da seleção de óleo pesado adequado para a produção de coque de agulha, substâncias nocivas presentes nas matérias-primas foram removidas antes da coqueificação.
(2) Análise das dificuldades técnicas no processo de coqueamento retardado do coque de agulha de petróleo
A produção de coque de agulha é relativamente complexa e exige alto controle das variações de temperatura e pressão no processo específico. Uma das dificuldades na produção de coque de agulha reside no controle científico e racional da pressão, do tempo e da temperatura do coque, de modo que o tempo de reação atenda aos padrões exigidos. Ao mesmo tempo, a otimização e o ajuste precisos dos parâmetros do processo de coqueificação e dos padrões operacionais específicos também desempenham um papel importante na otimização e na melhoria da qualidade de toda a produção de coque de agulha.
O principal objetivo da utilização de um forno de aquecimento para a operação de variação de temperatura é realizar a operação padrão de acordo com as normas no processo de produção de coque de agulha, de modo que a temperatura ambiente atinja os parâmetros necessários. Na verdade, o processo de variação de temperatura visa promover a reação de coqueificação em um ambiente de baixa temperatura e baixa intensidade, retardando-a para que ocorra a condensação aromática, garantindo o arranjo ordenado das moléculas, que podem ser orientadas e solidificadas sob a ação da pressão, promovendo assim a estabilidade do processo. O forno de aquecimento é uma operação essencial em todo o processo de produção de coque de agulha de petróleo, e existem requisitos e normas específicos para a faixa de temperatura, que não pode ser inferior a 476 °C nem superior a 500 °C. Ao mesmo tempo, é importante notar que o forno de temperatura variável é um equipamento de grande porte, e devemos prestar atenção à uniformidade da qualidade do coque de agulha em cada torre: durante o processo de alimentação, as variações de temperatura, pressão, velocidade do ar e outros fatores em cada torre resultam em coque com qualidade irregular, apresentando porções de qualidade média e inferior. Como resolver eficazmente o problema da uniformidade da qualidade do coque de agulha é também uma das questões que devem ser consideradas na produção desse material.
5. Análise da direção futura do desenvolvimento do coque de agulha de petróleo
(a) Promover a melhoria contínua da qualidade do coque de agulha do sistema petrolífero nacional.
A tecnologia e o mercado de coque de agulha têm sido dominados pelos Estados Unidos e pelo Japão. Atualmente, na produção de coque de agulha na China, ainda existem alguns problemas, como qualidade instável, baixa resistência do coque e grande quantidade de coque em pó. Embora o coque de agulha produzido tenha sido utilizado em larga escala na fabricação de eletrodos de grafite de alta e ultra-alta potência, ele não é adequado para a produção em larga escala de eletrodos de grafite de ultra-alta potência de grande diâmetro. Nos últimos anos, nossa pesquisa e desenvolvimento em coque de agulha têm sido constantes, e a qualidade do produto continuará a ser aprimorada. As unidades de coque de agulha da Shanxi Hongte Coal Chemical Co., LTD., da Sinosteel Coal e da Jinzhou Petrochemical Co., LTD., que produzem coque de agulha para a indústria petrolífera, atingiram a escala de 40.000 a 50.000 toneladas/ano e operam de forma estável, melhorando continuamente a qualidade.
(2) A procura interna de coque de agulha de petróleo continua a crescer
O desenvolvimento da indústria siderúrgica exige um grande número de eletrodos de ultra-alta potência e eletrodos de alta potência. Nesse contexto, a demanda por coque de agulha para a produção de eletrodos de ultra-alta potência e eletrodos de alta potência está crescendo rapidamente, estimada em cerca de 250.000 toneladas por ano. A produção de aço em forno elétrico na China é inferior a 10%, enquanto a média mundial atinge 30%. Nossa produção de sucata de aço chega a 160 milhões de toneladas. Diante da situação atual, a longo prazo, o desenvolvimento da produção de aço em forno elétrico é inevitável, assim como a escassez de coque de agulha. Portanto, medidas devem ser tomadas para aumentar as fontes de matéria-prima e aprimorar os métodos de fabricação para atender às necessidades da produção.
(3) A expansão da demanda de mercado promove a melhoria do nível tecnológico nacional de P&D
A discrepância na qualidade e o aumento da demanda por coque de agulha exigem uma aceleração no seu desenvolvimento. Durante o desenvolvimento e a produção do coque de agulha, os pesquisadores têm se conscientizado cada vez mais das dificuldades inerentes à sua produção, intensificando os esforços de pesquisa e construindo instalações de teste piloto e em pequena escala para obter dados experimentais que orientem a produção. A tecnologia de processamento do coque de agulha está em constante aprimoramento para atender à crescente demanda. Do ponto de vista das matérias-primas e dos métodos de fabricação, a escassez mundial de petróleo e o aumento do teor de enxofre restringem o desenvolvimento do coque de agulha para a indústria petrolífera. A Shandong Yida New Material Co., LTD. construiu e colocou em operação uma nova unidade de produção industrial de coque de agulha para a indústria petrolífera com pré-tratamento de matérias-primas, produzindo matérias-primas de excelente qualidade, o que contribuirá significativamente para o aumento da qualidade e da produção desse produto.
Data da publicação: 07/12/2022