Coke de pétrole à teneur élevée en soufre ou à faible teneur en soufre : comment choisir pour différentes applications ?

La teneur en soufre du coke de pétrole est l’indicateur principal pour mesurer sa qualité et sa gamme d’applications. Selon les normes industrielles en vigueur, le coke de pétrole ayant une teneur en soufre inférieure à 1 % est appelé coke à faible teneur en soufre (correspondant à 1#, 2A), avec une teneur en soufre comprise entre 1 % et 3 % est appelé coke à teneur moyenne en soufre (correspondant à 2B, 2C, 3A, 3B, 3C), et avec une teneur en soufre supérieure à 3 % est classé comme coke à haute teneur en soufre. Cette classification détermine directement la destination en aval et le prix du marché du coke de pétrole.

Dans les applications pratiques, des normes de classification plus raffinées sont également largement utilisées. Selon la norme chinoise de qualité différée du coke de pétrole (ZBE44002-86), le coke brut est classé en No. 1, No. 2 et No. 3, chacun étant divisé en coke A et coke B. Non. 1 Un coke a une teneur en soufre ne dépassant pas 0,5 %, Non. 1 Coke B pas plus de 0,8 %, Non. 2 A coke pas plus de 1,0 % et No. 2 Coke B pas plus de 1,5 %. Plus la lettre est précoce et plus le chiffre est petit, plus la teneur en soufre est faible et meilleure est la qualité.

Il convient de noter qu’il n’existe actuellement aucune norme nationale pour le coke de pétrole ayant une teneur en soufre de 3 % ou plus. Bien que la norme d'entreprise précédemment publiée par Sinopec ait été abolie, elle est toujours utilisée sur le marché du coke à haute teneur en soufre.

Le coke à faible-soufre, avec sa qualité supérieure, est devenu la matière première préférée pour les-produits à base de carbone haut de gamme, jouant un rôle irremplaçable dans les électrodes en graphite, les matériaux d'anodes de batteries au lithium-ion et les anodes précuites haut de gamme-.

• Électrodes en graphite

Les électrodes en graphite sont l'une des applications les plus importantes du coke à faible teneur en soufre. La principale matière première pour la production d’électrodes en graphite est le coke de pétrole. Une petite quantité de coke de brai peut être ajoutée aux électrodes de graphite de puissance ordinaires, mais la teneur en soufre du coke de pétrole et du coke de brai ne peut pas dépasser 0,5 %. Pour la production d'électrodes de graphite de haute-puissance ou d'ultra-haute-puissance, du coke d'aiguille est nécessaire. La teneur en soufre a un impact particulièrement critique sur les performances des électrodes de graphite-pendant le processus de graphitisation à haute-température, le soufre ne peut pas être complètement libéré. Lorsque l'électrode est exposée à des températures supérieures à 1 500 degrés, le soufre se décompose, provoquant l'expansion des cristaux. Lors du refroidissement, les cristaux se contractent, entraînant une fissuration de l'électrode. Ce phénomène, connu sous le nom de « dilatation des gaz », affecte gravement la qualité et les performances de l'électrode en graphite.

Les électrodes de graphite à ultra-haute-puissance nécessitent non seulement une faible résistivité, mais également de faibles coefficients de dilatation thermique, une bonne résistance à l'oxydation et une bonne résistance aux chocs thermiques après graphitisation. Le coke d'aiguilles à haute-performance est utilisé pour produire des électrodes de graphite de haute-qualité pour les fours électriques à haute-puissance et ultra-haute-puissance, tandis que le coke de pétrole contenant environ 1 % de soufre est principalement utilisé dans l'industrie de la fusion de l'aluminium pour la production de pâte d'anode ou d'anodes de carbone.

• Matériaux d'anode de batterie au lithium-ion

Ces dernières années, avec la croissance explosive des véhicules à énergie nouvelle et des industries de stockage d'énergie, l'application du coke à faible teneur en soufre dans le domaine des matériaux d'anode des batteries au lithium-ion a rapidement émergé. Le coke de soufre à faible teneur en -a un faible coefficient de dilatation thermique, une faible porosité, une faible teneur en cendres et en éléments métalliques, une conductivité élevée et est facilement graphité, ce qui en fait une matière première idéale pour préparer des matériaux d'anode en graphite artificiel.

Actuellement, le coke de pétrole disponible dans le commerce et utilisé en grande quantité est entièrement constitué de coke à faible-coke de soufre, et l'approvisionnement restreint en coke à faible-coke de soufre entraîne des coûts élevés. Dans la structure de la demande de coke à faible-soufre, les anodes pour batteries au lithium-ion représentent 29 %, et son effet d'éviction-sur la demande des domaines traditionnels devient de plus en plus important. Les entreprises de matériaux d'anodes maintiennent leur rythme d'expansion et la demande de coke à faible teneur en soufre continue de bien croître.

• Anodes précuites haut de gamme-

Les anodes précuites sont des composants clés des cellules d'électrolyse de l'aluminium, conduisant le courant et participant aux réactions électrochimiques, et jouent un rôle crucial dans la production d'électrolyse de l'aluminium. Les anodes à faibles émissions-utilisent du coke de pétrole avec un contrôle plus strict de la teneur en soufre et des indicateurs d'oligo-éléments, ce qui peut réduire efficacement les émissions de dioxyde de carbone dans les opérations d'électrolyse de l'aluminium, contribuant ainsi à la conservation de l'énergie et à la réduction des émissions dans le cadre des objectifs de « double carbone » de l'industrie de l'électrolyse de l'aluminium. Le coke de pétrole utilisé pour les anodes précuites nécessite généralement une teneur en soufre inférieure à 1,5 %.

• Autres-applications haut de gamme

Dans le domaine des générateurs de carbone, l'industrie de la fonderie exige généralement une teneur en soufre extrêmement faible, utilisant souvent du coke de pétrole « semi-graphitisé » ou « entièrement graphité » avec une teneur en carbone fixe supérieure à 98 % et une teneur en soufre inférieure à 0,05 %. De plus, la production de produits en graphite de haute pureté nécessite que la teneur en cendres des matières premières soit aussi faible que possible (par exemple inférieure à 0,15 %).

Même si le coke à haute teneur en soufre-a une teneur plus élevée en soufre, il est très compétitif en termes de coût et d'échelle de production, et joue toujours un rôle important dans des domaines d'application spécifiques.

• Anodes précuites

Avec le développement rapide de l'industrie de l'aluminium électrolytique, l'utilisation de coke à haute teneur en soufre dans la production d'anodes précuites pour l'aluminium montre une tendance croissante. En raison de l'approvisionnement restreint en coke à faible teneur en soufre, de nombreuses usines de carbone ont dû utiliser du coke de pétrole à haute teneur en soufre, ce qui a entraîné une augmentation de la teneur en soufre des blocs de carbone anodiques précuits, ce qui expose le processus d'électrolyse de l'aluminium au risque de dépasser les normes d'émission de dioxyde de soufre.

Au niveau technique, l'utilisation de coke de pétrole mélangé avec différentes teneurs en soufre est devenue un moyen important pour les fabricants d'anodes en aluminium d'équilibrer la qualité des anodes, leur consommation et leurs performances environnementales. Grâce à un processus de mélange raisonnable, les exigences environnementales peuvent être satisfaites tout en contrôlant les coûts.

• Dans le secteur des carburants,

Le coke à haute teneur en soufre-est traditionnellement largement utilisé comme combustible dans les cimenteries et les centrales électriques. Cependant, avec des politiques environnementales de plus en plus strictes, l'utilisation de coke à haute teneur en soufre comme carburant est confrontée à des restrictions importantes. Le « Plan d'action pour la conservation de l'énergie et la réduction du carbone » stipule explicitement que le coke à haute teneur en soufre-ne peut pas être utilisé comme combustible. Poussé par les politiques de réduction des émissions de carbone, le coke à haute teneur en soufre-est confronté à une pression de substitution dans des applications telles que la fabrication de carburants et de verre.

• Nouvelles tentatives dans les matériaux d'anode des batteries au lithium-ion

Bien que le coke à faible-soufre reste le choix courant pour les anodes de batteries au lithium-ion, le coke à haute-soufre, avec ses avantages en termes de coûts liés à des matières premières moins chères et à un volume de production plus élevé, incite de nombreux fabricants de graphite à explorer son application dans le domaine des matériaux d'anode. Cependant, une teneur en soufre trop élevée dans le coke à haute teneur en soufre - entraîne une série de problèmes : lors de la graphitisation, le soufre s'échappe sous forme gazeuse, augmentant la porosité du graphite et la surface spécifique ; simultanément, le soufre entrave la croissance continue du graphite, provoquant le retrait des cristaux, réduisant l'anisotropie du graphite et entraînant une diminution significative de la densité de compactage, de la capacité et de l'efficacité coulombienne initiale. Actuellement, l'industrie développe des technologies telles que les matériaux d'anode composites en graphite, tentant de surmonter les limites inhérentes au coke à haute teneur en soufre grâce à la formulation de matières premières et à l'optimisation des processus.

• Production chimique

Le coke brut ordinaire à haute teneur en soufre peut être utilisé dans la production chimique, comme la fabrication de carbure de calcium et de carbure de silicium, ou comme combustible dans la fonderie de métaux et la fabrication de verre.

Sur la base de l’analyse ci-dessus, la sélection du coke de pétrole pour différents scénarios d’application peut être résumée comme suit :

Électrodes en graphite: Les électrodes de graphite de puissance ordinaire nécessitent une teneur en soufre de coke de pétrole ne dépassant pas 0,5 % ; Les électrodes en graphite haute-puissance et ultra-haute-puissance nécessitent du coke aiguilleté, avec des exigences encore plus strictes en matière de teneur en soufre.

Matériaux d'anode de batterie au lithium-ion : Actuellement, le matériau commercial principal est du coke à faible-soufre (teneur en soufre inférieure à 1 %), et les matériaux d'anode-de haute qualité ont un contrôle extrêmement strict de la teneur en soufre.

Anodes précuites: La teneur en soufre doit généralement être inférieure à 1,5 % ; les anodes à faibles émissions-ont des exigences encore plus strictes, devant répondre aux normes environnementales dans le cadre de l'objectif du « double carbone ».

Carboniseurs : Les carboniseurs de qualité coulée-exigent une teneur en soufre extrêmement faible (inférieure ou égale à 0,05 %), nécessitant l'utilisation de coke de pétrole "semi-graphitisé" ou "entièrement graphitisé".

Production chimique et carburant : le coke brut ordinaire à haute teneur en soufre peut être utilisé dans la production chimique, mais son utilisation comme carburant est strictement limitée.

Lors de la sélection du coke de pétrole, outre la teneur en soufre comme indicateur principal, des facteurs tels que la teneur en cendres, la densité réelle, la résistance aux chocs thermiques et la morphologie doivent être pris en compte de manière exhaustive. La teneur en cendres entrave la cristallisation et affecte les performances du produit ; la véritable densité reflète le degré de cristallinité ; et la morphologie détermine l'applicabilité du coke de pétrole dans des applications spécifiques. Le consensus de l'industrie est le suivant : l'utilisation prévue détermine la sélection de la qualité-pour les anodes électrolytiques en aluminium ou les produits en graphite haut de gamme-, le coke de qualité A est préféré ; pour les produits ou carburants à faible teneur en carbone-, les grades B et inférieurs peuvent être sélectionnés.

Dans le contexte de la progression continue des objectifs du « double carbone » et du développement rapide de la nouvelle industrie énergétique, les positions sur le marché du coke à faible-coke et à haute-coke de soufre subissent de profonds ajustements. Le coke à faible-soufre, avec son rôle irremplaçable dans les applications-haut de gamme, connaît une demande en constante augmentation ; tandis que le coke à haute teneur en soufre-est confronté à des contraintes environnementales de plus en plus strictes et a un besoin urgent de percées en matière de mises à niveau technologiques et d'expansion des applications. Pour les praticiens de l’industrie, comprendre avec précision les exigences de qualité du coke de pétrole pour différents scénarios d’application et prendre des décisions scientifiques basées sur les modèles d’offre et de demande du marché et les tendances des prix seront essentiels pour obtenir un avantage sur le marché du coke de pétrole de plus en plus différencié.