Centre de recherche en ingénierie et technologie de traitement du pétrole lourd de Cnooc (Qingdao), Ltd.
Technologie de maintenance des équipements, numéro 32, 2021
Résumé : Le développement continu des sciences et technologies en Chine a favorisé l'essor de divers secteurs de la société. Parallèlement, il a considérablement renforcé notre puissance économique et notre puissance nationale globale. Composant essentiel du procédé de fabrication de l'acier pour circuits imprimés, le coke d'aiguille est principalement utilisé dans la production d'électrodes en graphite. Il joue un rôle important dans la production de batteries au lithium, ainsi que dans les secteurs de l'énergie nucléaire et de l'aéronautique. Grâce à l'essor des sciences et technologies, l'optimisation et l'amélioration continues des techniques de fabrication de l'acier au four électrique ont été encouragées, et les normes et exigences relatives au coke d'aiguille, tant en matière de recherche et développement que de production, ont été constamment mises à jour afin de répondre aux exigences du développement industriel. Du fait des différentes matières premières utilisées lors de sa production, le coke d'aiguille est classé en deux séries : la série pétrolière et la série charbonnière. Les résultats d'applications spécifiques montrent que le coke d'aiguille de la série pétrolière présente une réactivité chimique supérieure à celle de la série charbonnière. Dans cet article, nous étudions la situation actuelle du marché des focaliseurs à aiguille pour le pétrole et les problèmes liés au processus de recherche et de production de la technologie correspondante, et nous analysons les difficultés de développement de la production et les difficultés techniques connexes des focaliseurs à aiguille pour le pétrole.
I. Introduction
Le coke d'aiguille joue un rôle important dans la production d'électrodes en graphite. Au vu de la situation actuelle, les pays développés étrangers, tels que les États-Unis et le Japon, ont été parmi les premiers à s'investir dans la recherche, le développement et la production de coke d'aiguille. L'application des technologies associées est aujourd'hui bien maîtrisée, et ces pays ont acquis une solide expertise dans la fabrication du coke d'aiguille issu du pétrole. En comparaison, la recherche et la production indépendantes de coke d'aiguille dans le secteur pétrolier ont débuté plus tardivement. Toutefois, grâce au développement continu de notre économie de marché et à la diversification de nos secteurs industriels, la recherche et le développement de ce coke dans le secteur pétrolier ont connu des avancées significatives ces dernières années, permettant sa production industrielle. Néanmoins, des écarts subsistent en termes de qualité et d'efficacité par rapport aux produits importés. Il est donc nécessaire d'analyser en détail l'état actuel du marché et les difficultés techniques rencontrées dans le secteur pétrolier.
II. Introduction et analyse de l'application de la technologie du coke d'aiguille de pétrole
(1) Analyse de l'état actuel du développement du coke d'aiguille de pétrole au pays et à l'étranger
La technologie du coke d'aiguilles de pétrole a vu le jour aux États-Unis dans les années 1950. Mais notre pays est officiellement ouvert à cette technologie.
Les recherches sur la technologie et la fabrication du coke d'aiguilles de pétrole ont débuté au début des années 1980. Grâce au soutien de la politique nationale de recherche et développement technologique, les instituts de recherche chinois ont entrepris divers essais sur le coke d'aiguilles de pétrole et ont constamment exploré et étudié différentes méthodes d'essai. De plus, dans les années 1990, la Chine a mené de nombreuses recherches expérimentales sur la préparation du système de production de coke d'aiguilles de pétrole et a déposé des demandes de brevets pour la technologie correspondante. Ces dernières années, avec le soutien des politiques nationales pertinentes, de nombreuses académies des sciences et entreprises chinoises ont investi dans la recherche et le développement et ont favorisé le développement de la production et de la fabrication au sein de l'industrie. Le niveau de recherche et développement de la technologie du coke d'aiguilles de pétrole s'améliore continuellement. Ce phénomène s'explique principalement par une forte demande intérieure de coke d'aiguilles de pétrole. Cependant, la recherche, le développement et la production nationaux ne permettent pas de satisfaire cette demande, et une grande partie du marché intérieur est occupée par des produits importés. Au vu de la situation actuelle, bien que l'attention portée à la recherche, au développement et à la fabrication de technologies de focalisation sur les aiguilles pétrolières soit croissante, le niveau de recherche et de développement technologique se heurte à certaines difficultés qui constituent des obstacles et creusent un fossé important entre notre pays et les pays développés.
(2) Analyse de l'application technique des entreprises nationales de cokéfaction d'aiguilles de pétrole
L'analyse de la qualité et de l'efficacité des produits nationaux et étrangers révèle que les différences de qualité du coke d'aiguilles de pétrole observées sont principalement dues aux variations du coefficient de dilatation thermique et de la granulométrie, reflétant ainsi les différences de qualité du produit [1]. Cet écart de qualité est principalement causé par les difficultés de production rencontrées lors de la fabrication. La technologie de production du coke d'aiguilles de pétrole repose essentiellement sur le prétraitement des matières premières. À l'heure actuelle, seules les entreprises Shanxi Hongte Chemical Co., LTD., Sinosteel (Anshan) et Jinzhou Petrochemical ont atteint une production de masse. En revanche, le système de production de coke d'aiguilles de pétrole de Jinzhou Petrochemical est relativement abouti, la capacité de traitement de ses équipements est en constante amélioration et les produits obtenus atteignent un niveau de qualité moyen à élevé sur le marché, permettant leur utilisation dans la fabrication d'électrodes pour l'acier haute et très haute puissance.
III. Analyse du marché intérieur du coke d'aiguille de pétrole
(1) Avec l'accélération de l'industrialisation, la demande de coke d'aiguille augmente quotidiennement
Notre pays est un grand pays de production industrielle au monde, ce qui est principalement dû à notre structure industrielle.
La production de fer et d'acier est un secteur clé du développement économique. Dans ce contexte, la demande en aiguilles d'électrode augmente quotidiennement. Cependant, notre niveau de recherche et développement technique, ainsi que notre capacité de production, ne répondent pas aux exigences du marché. Ceci s'explique principalement par le nombre restreint d'entreprises spécialisées dans les aiguilles d'électrodes pétrolières capables de produire des électrodes de qualité, et par l'instabilité de leur capacité de production. Bien que la recherche et le développement technologiques progressent, un écart important subsiste pour répondre aux besoins en électrodes de graphite haute et très haute puissance, ce qui constitue un obstacle au contrôle qualité des aiguilles d'électrodes pétrolières. Actuellement, le marché du coke dosé pour aiguilles se divise en deux catégories : le coke dosé pour aiguilles de pétrole et le coke dosé pour aiguilles de charbon. Le coke dosé pour aiguilles de pétrole est légèrement moins développé que celui pour aiguilles de charbon, tant en termes de volume de projets que de niveau de développement, ce qui freine l'expansion du marché chinois du coke dosé pour aiguilles de pétrole. Cependant, parallèlement à l'amélioration continue des technologies de production sidérurgique, la demande en électrodes de graphite ultra-haute puissance augmente. Ceci souligne également qu'avec le développement industriel constant et l'accélération de l'industrialisation, la demande en coke d'aiguille ne cessera de croître.
(2) Analyse du prix flottant du marché du coke d'aiguille
Compte tenu du niveau actuel de développement industriel et de l'ajustement de la structure et du contenu industriels de notre pays, il apparaît que le coke d'aiguilles de pétrole est plus adapté à notre production que celui de charbon. Cette situation risque d'aggraver le déséquilibre entre l'offre et la demande de coke d'aiguilles sur le marché intérieur. Pour résoudre ce déséquilibre, nous devons nous tourner vers les importations. L'analyse des fluctuations de prix des produits importés ces dernières années montre que le prix du coke d'aiguilles de pétrole importé est en hausse depuis 2014. Par conséquent, face à l'augmentation du déficit d'approvisionnement et à la hausse des prix à l'importation, le coke d'aiguilles de pétrole deviendra un nouveau secteur d'investissement prioritaire pour l'industrie chinoise du coke d'aiguilles [2].
Quatrièmement, notre analyse des difficultés liées à la recherche et au développement de technologies de production pétrolières
(1) Analyse des difficultés de prétraitement des matières premières
L'analyse du processus de production et de fabrication du coke d'aiguilles de pétrole révèle que le pétrole est la principale matière première utilisée pour le prétraitement. Compte tenu des spécificités des ressources pétrolières, le pétrole brut doit être extrait du sous-sol. En Chine, ce pétrole brut est traité par divers catalyseurs lors de son extraction et de son raffinage, ce qui entraîne la présence d'impuretés dans les produits pétroliers. Ce prétraitement a des répercussions négatives sur la production de coke d'aiguilles de pétrole. Par ailleurs, la composition du pétrole est principalement constituée d'hydrocarbures aliphatiques, la teneur en hydrocarbures aromatiques étant faible, en raison des caractéristiques des ressources pétrolières existantes. Il convient de noter que la production d'un coke d'aiguilles de pétrole de haute qualité exige des matières premières rigoureuses, notamment une forte proportion d'hydrocarbures aromatiques et de faibles teneurs en soufre, en oxygène et en asphaltènes. La teneur en soufre doit être inférieure à 0,3 % et la teneur en asphaltènes inférieure à 1,0 %. Cependant, l'analyse de la composition initiale révèle que la majeure partie du pétrole brut traité dans notre pays est un pétrole brut à haute teneur en soufre, et qu'il existe un manque de pétrole adapté à la production de coke aciculaire à haute teneur en hydrocarbures aromatiques. L'élimination des impuretés de ce pétrole représente une difficulté technique majeure. Par ailleurs, Jinzhou Petrochemical, entreprise plus avancée en matière de recherche et développement et de production, a besoin de matières premières adaptées à la production de coke aciculaire orienté. La pénurie de matières premières et l'instabilité de leur qualité constituent l'un des principaux facteurs limitant la stabilité de la qualité du coke aciculaire orienté [3]. Shandong Yida New Material Co., Ltd. a conçu et mis en œuvre un prétraitement des matières premières pour son unité de production de coke aciculaire orienté.
Parallèlement, diverses méthodes ont été mises en œuvre pour éliminer les particules solides. Outre la sélection d'huiles lourdes adaptées à la production de coke d'aiguilles, les substances nocives présentes dans les matières premières ont été éliminées avant la cokéfaction.
(2) Analyse des difficultés techniques du procédé de cokéfaction différée du coke d'aiguilles de pétrole
La production de coke d'aiguille est un procédé relativement complexe, exigeant une maîtrise rigoureuse des variations de température et de pression lors de son élaboration. L'une des difficultés majeures de la cokéfaction du coke d'aiguille réside dans le contrôle scientifique et précis de la pression, du temps et de la température, afin de garantir un temps de réaction conforme aux normes. Par ailleurs, une optimisation et un ajustement précis des paramètres de cokéfaction, ainsi que des normes opératoires spécifiques, contribuent significativement à l'amélioration de la qualité de l'ensemble de la production de coke d'aiguille.
L'objectif principal du four de chauffage pour les variations de température est de garantir le bon déroulement du processus de production du coke d'aiguilles, conformément aux normes, afin que la température ambiante atteigne les paramètres requis. En effet, ces variations de température permettent de ralentir la réaction de cokéfaction dans un environnement à basse température, favorisant ainsi la condensation des composés aromatiques, l'organisation des molécules et leur orientation et solidification sous pression, ce qui contribue à la stabilité du produit. Le four de chauffage est une étape essentielle du processus de production du coke d'aiguilles de pétrole. Son fonctionnement est soumis à des exigences et des normes précises concernant la plage de température, qui ne doit pas être inférieure à 476 °C ni supérieure à 500 °C. Il convient également de noter que le four à température variable étant un équipement important, il est essentiel de veiller à l'homogénéité de la qualité du coke d'aiguilles produit dans chaque tour. En effet, lors de l'alimentation de chaque tour, la température, la pression, la vitesse de l'air et d'autres facteurs varient, ce qui entraîne une qualité de coke inégale, allant de moyenne à inférieure. Améliorer l'homogénéité de la qualité du coke d'aiguilles est donc un enjeu majeur de sa production.
5. Analyse des perspectives de développement du coke d'aiguilles de pétrole
a) Promouvoir l'amélioration continue de la qualité du coke d'aiguille du système pétrolier national
La technologie et le marché du coke d'aiguille sont dominés par les États-Unis et le Japon. Actuellement, la production de coke d'aiguille en Chine présente encore des problèmes, tels qu'une qualité instable, une faible résistance mécanique et une forte proportion de coke pulvérulent. Bien que le coke d'aiguille produit soit utilisé en grande quantité dans la fabrication d'électrodes en graphite haute et très haute puissance, il ne convient pas à la production en grande quantité d'électrodes en graphite très haute puissance de grand diamètre. Ces dernières années, nos efforts de recherche et développement sur le coke d'aiguille se sont poursuivis et la qualité du produit continue de s'améliorer. Les unités de production de coke d'aiguille de Shanxi Hongte Coal Chemical Co., LTD., Sinosteel Coal Measure et Jinzhou Petrochemical Co., LTD. (série Oil) ont atteint une capacité de 40 000 à 50 000 tonnes par an et fonctionnent de manière stable, avec une amélioration constante de la qualité.
(2) La demande intérieure de coke d'aiguille de pétrole continue de croître
Le développement de la sidérurgie exige une grande quantité d'électrodes à très haute puissance et à haute puissance. Dans ce contexte, la demande de coke d'aiguille pour la production de ces électrodes croît rapidement, atteignant environ 250 000 tonnes par an. La production d'acier au four électrique en Chine représente moins de 10 % de la production mondiale, alors que la moyenne mondiale s'élève à 30 %. Nos déchets d'acier atteignent 160 millions de tonnes. Compte tenu de la situation actuelle, le développement de la production d'acier au four électrique est inévitable à long terme, et une pénurie d'approvisionnement en coke d'aiguille le sera également. Il est donc nécessaire de prendre des mesures pour diversifier les sources de matières premières et améliorer les méthodes de fabrication afin de répondre aux besoins de production.
(3) L'expansion de la demande du marché favorise l'amélioration du niveau technologique de la R&D nationale
L'écart de qualité et la demande croissante de coke d'aiguille nécessitent une accélération de son développement. Au cours de la mise au point et de la production de ce coke, les chercheurs ont pris conscience des difficultés de production, intensifiant leurs efforts de recherche et construisant des installations pilotes pour recueillir des données expérimentales et orienter la production. La technologie de traitement du coke d'aiguille est constamment améliorée pour répondre à la demande croissante. Du point de vue des matières premières et des méthodes de fabrication, la pénurie mondiale de pétrole et l'augmentation de sa teneur en soufre limitent le développement du coke d'aiguille pour les systèmes pétroliers. Une nouvelle installation de prétraitement des matières premières pour la production de coke d'aiguille destiné aux systèmes pétroliers a été construite et mise en service par Shandong Yida New Material Co., LTD., permettant de produire une matière première de haute qualité et d'améliorer ainsi la qualité et le rendement de ce coke.
Date de publication : 7 décembre 2022