Công ty TNHH Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Kỹ thuật Chế biến Dầu nặng Cnooc (Thanh Đảo)
Công nghệ bảo trì thiết bị, Số 32, 2021
Tóm tắt: Sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ Trung Quốc đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều lĩnh vực trong xã hội. Đồng thời, nó cũng đã nâng cao hiệu quả sức mạnh kinh tế và sức mạnh quốc gia nói chung. Là một phần quan trọng của quy trình luyện thép mạch điện, than cốc kim chủ yếu được sử dụng trong sản xuất điện cực than chì. Nó đóng vai trò quan trọng trong sản xuất các sản phẩm pin lithium, cũng như trong ngành công nghiệp hạt nhân và hàng không. Với sự phát triển của nền tảng khoa học và công nghệ, việc tối ưu hóa và cải tiến liên tục công nghệ luyện thép lò điện đã được thúc đẩy, và các tiêu chuẩn và yêu cầu tương ứng đối với than cốc kim trong quá trình nghiên cứu và phát triển và sản xuất liên tục được cập nhật, nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển sản xuất xã hội. Do nguyên liệu thô khác nhau được sử dụng trong quá trình sản xuất, than cốc kim được chia thành hai loại: loại dầu mỏ và loại than đá. Theo kết quả ứng dụng cụ thể, có thể thấy rằng than cốc kim loại loại dầu mỏ có hoạt tính hóa học mạnh hơn loại than đá. Bài báo này nghiên cứu tình hình hiện tại của thị trường thiết bị lấy mẫu dầu khí dạng kim và các vấn đề trong quá trình nghiên cứu và sản xuất công nghệ liên quan, đồng thời phân tích những khó khăn trong phát triển sản xuất và các vấn đề kỹ thuật liên quan đến thiết bị này.
I. Giới thiệu
Than cốc kim đóng vai trò quan trọng trong sản xuất điện cực than chì. Từ tình hình phát triển hiện nay, các nước phát triển như Mỹ và Nhật Bản đã đi trước trong nghiên cứu, phát triển và sản xuất than cốc kim, và việc ứng dụng các công nghệ liên quan đã khá hoàn thiện, họ đã nắm vững công nghệ sản xuất cốt lõi của than cốc kim dầu khí. So với đó, việc nghiên cứu và sản xuất than cốc kim độc lập trong ngành dầu khí bắt đầu muộn hơn. Nhưng với sự phát triển liên tục của nền kinh tế thị trường, thúc đẩy sự mở rộng toàn diện của nhiều lĩnh vực công nghiệp, nghiên cứu và phát triển than cốc kim trong ngành dầu khí đã có những bước đột phá trong những năm gần đây, hiện thực hóa sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, vẫn còn một số khoảng cách về chất lượng và hiệu quả sử dụng so với sản phẩm nhập khẩu. Do đó, cần làm rõ tình trạng phát triển thị trường hiện tại và những khó khăn kỹ thuật trong hệ thống dầu khí.
II. Giới thiệu và phân tích ứng dụng công nghệ sản xuất than cốc kim từ dầu mỏ
(1) Phân tích tình trạng phát triển hiện tại của than cốc kim dầu mỏ trong và ngoài nước
Công nghệ luyện cốc kim loại dầu mỏ có nguồn gốc từ Hoa Kỳ vào những năm 1950. Nhưng đất nước chúng ta chính thức mở cửa.
Nghiên cứu về công nghệ và sản xuất than cốc kim loại dầu mỏ bắt đầu từ đầu những năm 1980. Dưới sự hỗ trợ của chính sách quốc gia về nghiên cứu và phát triển công nghệ, các viện nghiên cứu Trung Quốc bắt đầu tiến hành nhiều thử nghiệm khác nhau về than cốc kim loại dầu mỏ và không ngừng tìm tòi, nghiên cứu nhiều phương pháp thử nghiệm. Ngoài ra, trong những năm 1990, nước ta đã hoàn thành nhiều nghiên cứu thực nghiệm về việc chế tạo hệ thống kim loại dầu mỏ và đã đăng ký bằng sáng chế cho các công nghệ liên quan. Trong những năm gần đây, với sự hỗ trợ của các chính sách quốc gia liên quan, nhiều Viện Hàn lâm Khoa học và các doanh nghiệp liên quan trong nước đã đầu tư vào nghiên cứu và phát triển, thúc đẩy sự phát triển sản xuất và chế tạo trong ngành. Trình độ nghiên cứu và phát triển công nghệ than cốc kim loại dầu mỏ cũng không ngừng được nâng cao. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do nhu cầu trong nước đối với than cốc kim loại dầu mỏ rất lớn. Tuy nhiên, nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất trong nước không đáp ứng được nhu cầu của thị trường, phần lớn thị trường trong nước bị chiếm lĩnh bởi các sản phẩm nhập khẩu. Xét theo tình hình phát triển hiện nay, mặc dù sự tập trung và quan tâm vào nghiên cứu, phát triển và sản xuất công nghệ kim phun dầu đang ngày càng tăng, nhưng về trình độ nghiên cứu và phát triển công nghệ, vẫn còn một số khó khăn cản trở quá trình nghiên cứu và phát triển liên quan, dẫn đến khoảng cách lớn giữa nước ta và các nước phát triển.
(2) Phân tích ứng dụng kỹ thuật của các doanh nghiệp sản xuất than cốc kim loại dầu mỏ trong nước
Dựa trên phân tích chất lượng sản phẩm trong và ngoài nước cũng như hiệu quả ứng dụng, có thể thấy rằng sự khác biệt giữa chúng về chất lượng than cốc kim dầu mỏ chủ yếu là do sự khác biệt về hai chỉ số hệ số giãn nở nhiệt và phân bố kích thước hạt, phản ánh sự khác biệt về chất lượng sản phẩm [1]. Khoảng cách chất lượng này chủ yếu là do những khó khăn trong quá trình sản xuất. Kết hợp với quy trình sản xuất và phương pháp cụ thể của than cốc kim dầu mỏ, công nghệ sản xuất cốt lõi của nó chủ yếu nằm ở mức độ xử lý sơ bộ nguyên liệu. Hiện nay, chỉ có Công ty TNHH Hóa chất Sơn Tây Hồng Đức, Sinosteel (An Sơn) và Công ty Hóa dầu Kim Châu đã thực hiện sản xuất hàng loạt. Ngược lại, hệ thống sản xuất và chế tạo than cốc kim dầu mỏ của Công ty Hóa dầu Kim Châu tương đối hoàn thiện, năng lực chế biến của thiết bị liên tục được cải thiện, và các sản phẩm liên quan được sản xuất có thể đạt mức trung và cao cấp trên thị trường, có thể được sử dụng cho điện cực luyện thép công suất cao hoặc siêu cao.
III. Phân tích thị trường than cốc kim loại dầu mỏ trong nước
(1) Với sự tăng tốc của quá trình công nghiệp hóa, nhu cầu về than cốc kim đang tăng lên hàng ngày
Nước ta là một trong những quốc gia sản xuất công nghiệp lớn nhất thế giới, điều này chủ yếu được quyết định bởi mô hình cơ cấu công nghiệp của chúng ta.
Sản xuất sắt thép cũng là một trong những ngành công nghiệp quan trọng thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế. Trong bối cảnh đó, nhu cầu về than cốc kim loại ngày càng tăng. Tuy nhiên, hiện nay, trình độ nghiên cứu và phát triển kỹ thuật cũng như năng lực sản xuất của chúng ta chưa đáp ứng được nhu cầu thị trường. Nguyên nhân chính là do hiện nay có rất ít doanh nghiệp chuyên sản xuất than cốc kim loại dùng trong ngành dầu khí có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng, và năng lực sản xuất không ổn định. Mặc dù công tác nghiên cứu và phát triển công nghệ liên quan đang được đẩy mạnh, nhưng vẫn còn một khoảng cách lớn trong việc đáp ứng nhu cầu điện cực than chì công suất cao hoặc siêu cao, dẫn đến những trở ngại trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm than cốc kim loại dùng trong ngành dầu khí. Hiện nay, thị trường than cốc kim loại được chia thành than cốc kim loại dùng trong ngành dầu khí và than cốc kim loại dùng trong ngành than đá. Ngược lại, than cốc kim loại dùng trong ngành dầu khí có số lượng dự án và trình độ phát triển thấp hơn một chút so với than cốc kim loại dùng trong ngành than đá, đây cũng là một trong những nguyên nhân chính cản trở sự mở rộng hiệu quả của thị trường này tại Trung Quốc. Tuy nhiên, cùng với sự cải tiến liên tục về trình độ công nghệ sản xuất của ngành thép, nhu cầu sản xuất và chế tạo thép đối với điện cực than chì siêu cao áp đang tăng lên. Điều này cũng cho thấy rằng, với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp và sự tăng tốc của quá trình công nghiệp hóa, nhu cầu về than cốc kim sẽ ngày càng lớn.
(2) Phân tích giá thả nổi của thị trường than cốc kim
Theo mức độ phát triển công nghiệp hiện tại và sự điều chỉnh cơ cấu công nghiệp và hàm lượng công nghiệp của đất nước, người ta nhận thấy rằng dòng sản phẩm cốc kim loại dùng trong ngành dầu mỏ phù hợp với nước ta hơn dòng sản phẩm cốc kim loại dùng trong ngành than đá, điều này sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng mất cân bằng cung cầu cốc kim loại trong nước. Để giải quyết tình trạng mất cân bằng cung cầu của hệ thống dầu mỏ, chúng ta chỉ có thể dựa vào nhập khẩu. Từ phân tích đặc điểm biến động giá của các sản phẩm nhập khẩu trong những năm gần đây, có thể thấy rằng giá của các sản phẩm cốc kim loại dùng trong ngành dầu mỏ nhập khẩu đã tăng lên kể từ năm 2014. Do đó, đối với ngành công nghiệp trong nước, với khoảng cách cung cầu ngày càng tăng và giá nhập khẩu tăng cao, cốc kim loại dùng trong ngành dầu mỏ sẽ trở thành điểm nóng đầu tư mới trong ngành công nghiệp cốc kim loại của Trung Quốc [2].
Thứ tư, chúng tôi tập trung nghiên cứu và phát triển kim dầu và phân tích những khó khăn trong công nghệ sản xuất.
(1) Phân tích những khó khăn trong quá trình xử lý nguyên liệu thô
Qua phân tích toàn bộ quy trình sản xuất và chế tạo than cốc kim loại dầu mỏ, có thể thấy rằng, đối với khâu tiền xử lý nguyên liệu, dầu mỏ là nguyên liệu chính. Do tính đặc thù của tài nguyên dầu mỏ, dầu thô cần phải được khai thác dưới lòng đất, và dầu thô trong nước ta sẽ sử dụng nhiều chất xúc tác khác nhau trong quá trình khai thác và chế biến, do đó sẽ có một lượng tạp chất nhất định trong sản phẩm dầu mỏ. Phương pháp tiền xử lý này sẽ gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất than cốc kim loại dầu mỏ. Ngoài ra, thành phần của bản thân dầu mỏ chủ yếu là hydrocarbon béo, hàm lượng hydrocarbon thơm thấp, điều này là do đặc điểm của tài nguyên dầu mỏ hiện có. Cần lưu ý rằng việc sản xuất than cốc kim loại dầu mỏ chất lượng cao có yêu cầu nghiêm ngặt đối với nguyên liệu, với tỷ lệ hydrocarbon thơm cao, và lựa chọn dầu mỏ có hàm lượng lưu huỳnh, oxy, asphaltene và các chất khác thấp làm nguyên liệu, yêu cầu hàm lượng lưu huỳnh dưới 0,3% và hàm lượng asphaltene dưới 1,0%. Tuy nhiên, dựa trên việc phát hiện và phân tích thành phần ban đầu, người ta thấy rằng hầu hết dầu thô được chế biến ở nước ta thuộc loại dầu thô có hàm lượng lưu huỳnh cao, và thiếu dầu phù hợp cho sản xuất than cốc kim có hàm lượng hydrocarbon thơm cao. Việc loại bỏ tạp chất trong dầu là một khó khăn kỹ thuật lớn. Trong khi đó, Công ty Hóa dầu Jinzhou, hiện đang phát triển hơn về nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất, cần nguyên liệu thô phù hợp cho sản xuất than cốc kim trong quá trình sản xuất và chế biến than cốc kim dầu mỏ. Sự thiếu hụt nguyên liệu thô và chất lượng không ổn định là một trong những yếu tố chính hạn chế sự ổn định chất lượng của than cốc kim [3]. Công ty TNHH Vật liệu mới Sơn Đông Yida đã thiết kế và áp dụng phương pháp tiền xử lý nguyên liệu thô cho đơn vị sản xuất than cốc kim dầu mỏ.
Đồng thời, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng để loại bỏ các chất rắn dạng hạt. Ngoài việc lựa chọn dầu nặng phù hợp cho sản xuất than cốc kim, các chất độc hại trong nguyên liệu thô cũng được loại bỏ trước khi luyện cốc.
(2) Phân tích những khó khăn kỹ thuật trong quá trình luyện cốc chậm của than cốc kim dầu mỏ
Quá trình sản xuất than cốc kim tương đối phức tạp, đòi hỏi cao trong việc kiểm soát sự thay đổi nhiệt độ môi trường và áp suất vận hành trong quy trình chế biến cụ thể. Một trong những khó khăn trong quá trình luyện cốc sản xuất than cốc kim là liệu áp suất, thời gian và nhiệt độ luyện cốc có thể được kiểm soát một cách khoa học và hợp lý hay không, để thời gian phản ứng đáp ứng được các yêu cầu tiêu chuẩn. Đồng thời, việc tối ưu hóa và điều chỉnh tốt hơn các thông số quy trình luyện cốc và các tiêu chuẩn vận hành cụ thể cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa và nâng cao chất lượng toàn bộ quá trình sản xuất than cốc kim.
Mục đích chính của việc sử dụng lò nung để thay đổi nhiệt độ là thực hiện các thao tác tiêu chuẩn theo quy trình sản xuất than cốc kim để nhiệt độ môi trường đạt được các thông số yêu cầu. Trên thực tế, quá trình thay đổi nhiệt độ nhằm thúc đẩy phản ứng cốc hóa diễn ra chậm trong môi trường nhiệt độ thấp, đồng thời làm chậm phản ứng cốc hóa, để đạt được sự ngưng tụ thơm, đảm bảo sự sắp xếp có trật tự của các phân tử, đảm bảo chúng có thể định hướng và đông đặc dưới tác dụng của áp suất, và thúc đẩy sự ổn định của trạng thái. Lò nung là một công đoạn thiết yếu trong toàn bộ quy trình sản xuất than cốc kim, và có những yêu cầu và tiêu chuẩn nhất định đối với các thông số phạm vi nhiệt độ cụ thể, không được thấp hơn giới hạn dưới là 476℃ và không được vượt quá giới hạn trên là 500℃. Đồng thời, cần lưu ý rằng lò luyện cốc biến đổi nhiệt độ là một thiết bị và cơ sở vật chất lớn, chúng ta cần chú ý đến tính đồng đều về chất lượng của từng tháp cốc kim: trong quá trình cấp liệu, do nhiệt độ, áp suất, tốc độ gió và các yếu tố khác thay đổi, nên cốc kim sau khi luyện sẽ có chất lượng không đồng đều, có cả chất lượng trung bình và thấp. Làm thế nào để giải quyết hiệu quả vấn đề về tính đồng đều chất lượng của cốc kim cũng là một trong những vấn đề cần được xem xét trong sản xuất cốc kim.
5. Phân tích hướng phát triển tương lai của than cốc kim loại dầu mỏ
(a) Thúc đẩy việc liên tục cải thiện chất lượng than cốc kim loại của hệ thống dầu khí trong nước
Công nghệ và thị trường sản xuất than cốc kim chủ yếu do Hoa Kỳ và Nhật Bản thống trị. Hiện nay, trong thực tế sản xuất than cốc kim ở Trung Quốc vẫn còn một số vấn đề như chất lượng không ổn định, độ bền than thấp và nhiều bột than. Mặc dù than cốc kim sản xuất ra đã được sử dụng với số lượng lớn trong sản xuất điện cực than chì công suất cao và siêu cao, nhưng lại không thể sử dụng với số lượng lớn trong sản xuất điện cực than chì siêu cao đường kính lớn. Trong những năm gần đây, nghiên cứu và phát triển sản xuất than cốc kim của chúng tôi không ngừng nghỉ, và chất lượng sản phẩm sẽ tiếp tục được cải thiện. Các đơn vị sản xuất than cốc kim thuộc Công ty TNHH Hóa chất Than Sơn Tây Hồng Đức, Công ty TNHH Than cốc kim Sinosteel, Công ty TNHH Hóa dầu Kim Châu đã đạt quy mô sản xuất 40.000-50.000 tấn/năm, hoạt động ổn định và không ngừng nâng cao chất lượng.
(2) Nhu cầu trong nước đối với than cốc kim dầu mỏ tiếp tục tăng
Sự phát triển của ngành công nghiệp sắt thép đòi hỏi một lượng lớn điện cực siêu cao áp và điện cực cao áp. Trong bối cảnh đó, nhu cầu về than cốc kim cho sản xuất điện cực siêu cao áp và điện cực cao áp đang tăng nhanh, ước tính khoảng 250.000 tấn/năm. Sản lượng thép lò điện ở Trung Quốc chỉ chiếm chưa đến 10%, trong khi sản lượng thép lò điện trung bình của thế giới đã đạt 30%. Lượng phế liệu thép của chúng ta đã lên tới 160 triệu tấn. Theo tình hình hiện tại, về lâu dài, sự phát triển của thép lò điện là không thể tránh khỏi, và tình trạng thiếu hụt nguồn cung than cốc kim cũng là điều tất yếu. Do đó, cần phải có các biện pháp để tăng nguồn nguyên liệu và cải tiến phương pháp sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất.
(3) Sự mở rộng nhu cầu thị trường thúc đẩy việc nâng cao trình độ công nghệ nghiên cứu và phát triển trong nước.
Khoảng cách về chất lượng và sự gia tăng nhu cầu của than cốc kim đòi hỏi phải đẩy nhanh tốc độ phát triển loại than này. Trong quá trình phát triển và sản xuất than cốc kim, các nhà nghiên cứu ngày càng nhận thức rõ hơn những khó khăn trong sản xuất, tăng cường nỗ lực nghiên cứu và xây dựng các cơ sở thử nghiệm quy mô nhỏ để thu thập dữ liệu thực nghiệm nhằm định hướng sản xuất. Công nghệ chế biến than cốc kim liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Từ góc độ nguyên liệu và phương pháp sản xuất, tình trạng thiếu dầu mỏ trên thế giới và hàm lượng lưu huỳnh ngày càng tăng đang hạn chế sự phát triển của than cốc kim hệ dầu. Cơ sở sản xuất công nghiệp tiền xử lý nguyên liệu mới cho than cốc kim hệ dầu đã được xây dựng và đưa vào hoạt động tại Công ty TNHH Vật liệu mới Sơn Đông Yida, và nguyên liệu chất lượng cao cho than cốc kim hệ dầu đã được sản xuất, điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả chất lượng và sản lượng than cốc kim hệ dầu.
Thời gian đăng bài: 07/12/2022