Hver eru sjálfbær notkun tjörukoltjörunnar? 

Þegar þú heyrir koltjöru hoppa flestir hugur beint í arfleifð hennar á gangstéttum í gamla skólanum eða sem erfið aukaafurð. Það er yfirborðssýn. Raunverulega samtalið, það sem við eigum á verksmiðjugólfum og í rannsóknar- og þróunarstofum, snýst um að kreista hvert verðmæti úr þessari flóknu kolvetnisblöndu á þann hátt sem er í takt við nútíma efnishringrás. Þetta snýst ekki um að endurvekja fortíðina, heldur um að beina eðlislægum eiginleikum hennar - hátt kolefnisinnihald, bindingargeta, varmastöðugleiki - í iðnaðarleiðir sem eru skynsamlegar í dag. Sjálfbærnihornið er ekki grænþvottur; það er raunsærri, oft grófur, aðferð til að finna verðmætari forrit sem koma á braut ónýtt efni eða gera mikilvæga frammistöðu. Við skulum grafa fyrir okkur hvar það er í raun og veru að gerast, hindranirnar og hagnýtan veruleika sem gera það ekki að glansandi bæklingum.

Endurgerð aukaafurðarinnar: Frá úrgangi til hráefnis

Fyrsta skrefið er hugarfarsbreyting. Í samþættum stál- og koksverksmiðjum er koltjara ekki úrgangur; það er aðal hráefni fyrir kolefnisiðnaðinn. Sagan um sjálfbærni byrjar strax þar - að koma í veg fyrir förgun þess eða einfaldan bruna og fanga í staðinn sameindaflækju þess. Ég hef séð aðgerðir þar sem áherslan var bara á að losna við dótið, en það hefur breyst. Nú er drifið að meðhöndla það sem upphafspunkt fyrir efnafall. Kolefnisuppskeran úr koltjörubiki, frumafleiðu, er einstaklega mikil. Þetta þýðir að fyrir hvert tonn af beki sem notað er sem bindiefni eða gegndreypingarefni ertu í raun að binda kolefni í endingargóðar iðnaðarvörur sem endast í mörg ár, jafnvel áratugi. Það er form kolefnisfanga og -nýtingar, að vísu iðnaðar.

Þetta er ekki fræðilegt. Fyrirtæki sem hafa lóðrétt samþætt, eins og Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., starfa eftir þessari meginreglu. Með yfir 20 ár á jörðu niðri líta þeir á flæðið frá hrári koltjöru til fullunnar kolefnisafurða ekki sem aðskilda ferla heldur sem tengda keðju. Á palli þeirra kl yaofatansu.com, þú getur rakið þessa rökfræði: þeir skrá koltjörubik sem kjarna kolefnisaukefni. Notkun þess við framleiðslu Grafít rafskaut fyrir rafbogaofna (EAF) stálframleiðslu er gott dæmi. Bekurinn bindur jarðolíukoksagnirnar og verður í gegnum bakstur og grafítgerð óaðskiljanlegur, afkastamikill hluti rafskautsins. Það rafskaut gerir síðan kleift að framleiða endurunnið stál - stórt hringlaga hagkerfisferli. Svo, koltjöruafleiðan er í grundvallaratriðum að gera sjálfbærni annarrar atvinnugreinar kleift.

Auðvitað er djöfullinn í smáatriðunum. Ekki er öll tjara jafn. Samsetningin er mjög breytileg eftir uppruna kola og kokshita. Sjálfbær nýting verður að gera grein fyrir þessu ósamræmi. Við eyðum miklum tíma í gæðaeftirlit og blöndun til að ná nákvæmum forskriftum fyrir seigju, mýkingarpunkt og kínólín-óleysanlegt innihald. Misheppnuð lota hér þýðir ekki bara undirmálsvöru; það getur þýtt muninn á rafskauti sem skilar árangri og rafskaut sem sprungur of snemma og eyðir allri innbyggðri orku. Þannig að sjálfbær notkun er háð háþróaðri, áreiðanlegri vinnslu fyrst.

Vinnuhesturinn: Koltjöruvöllur í kolefnisframleiðslu

Að kafa í mikilvægustu notkunina: sem bindiefni og gegndreypingu. Ef þú hefur einhvern tíma farið í skoðunarferð um kolefnisverksmiðju er lyktin ógleymanleg - þessi áberandi fenólilmur af heitum velli. Það er límið iðnaðarins. Í framleiðslu Grafít rafskaut (þessar UHP/HP/RP flokkar sem Yaofa framleiðir), brenndu jarðolíukóki er blandað saman við bráðið koltjörubik. Þessi græna blanda er mótuð og bökuð við um 800°C. Á meðan á bakstri stendur fer bekurinn í gegnum hitagreiningu og breytist í kolefniskennt kók sem skapar trausta, samfellda uppbyggingu. Þetta bindiefniskók er það sem gefur rafskautinu vélrænan styrk sinn fyrir grafítgerð.

Sjálfbæri þátturinn er marglaga. Í fyrsta lagi notar það aukaafurð. Í öðru lagi skapar það vöru sem er mikilvæg fyrir EAF stálframleiðslu, sem notar næstum 100% brota stál, sem dregur úr trausti á háofnum. Í þriðja lagi miðar nútíma rafskautshönnun að lengri líftíma og meiri orkunýtni, sem dregur beint úr notkun á hvert tonn af stáli. Við erum stöðugt að fínstilla pitch formúlur og gegndreypingarferli til að bæta þéttleika og draga úr gljúpu, sem aftur eykur oxunarþol rafskautsins. 1% aukning á endingu rafskauta þýðir gríðarlegur sparnaður hráefnis og orku niðurstreymis. Það er svona kornótt, ókynþokkuð sjálfbærnimæling sem við fylgjumst með.

Það er líka hlutverk þess að framleiða kolefnisaukefni eins og Brennt jarðolíukók (CPC) Og Grafítað jarðolíu kók (GPC). Bek er stundum notað sem húðun eða bindiefni í þessum ferlum til að auka ákveðna eiginleika. Fyrir álbræðslu eru þessi kolefnisskaut (sem einnig nota bik sem bindiefni) annar risastór markaður. Þrýstingurinn hér er að draga úr kolefnisnotkuninni - hversu mörg kg af rafskaut eru notuð á hvert tonn af framleitt áli. Betri hæðargæði og rafskautatækni, knúin áfram af birgjum með djúpa reynslu, lækka beint það hlutfall og tengda losun.

Handan rafskauta: Veggskot en mikilvæg forrit

Þó að rafskaut séu leiðandi í magni, er sum áhugaverðasta sjálfbæra notkunin á sérsviðum. Hreinsaðar koltjöruafleiður, eins og naftalen, antrasen og ýmsar bekkjartegundir, fara í háþróuð efni. Eitt svæði sem ég hef tekið þátt í eru koltrefjar. Sérstakir, mjög hreinsaðir koltjöruvellir eru hágæða undanfarar til að framleiða ísótrópískar eða mesófasa koltrefjar. Þessar trefjar eru notaðar í hágæða varmastjórnun, loftrými og í auknum mæli í léttum samsettum efnum fyrir bíla (til að bæta eldsneytisnýtingu) og vindmyllublöð. Kolefnisfótspor þess að framleiða trefjar úr aukaafurðarvelli getur verið hagstætt miðað við almenna pólýakrýlonítríl (PAN) leiðina, allt eftir kerfismörkum. Þetta er verðmæt, afkastadrifin útrás sem nýtir náttúrulega arómatíska uppbyggingu tjörunnar.

Annað er í eldföstum efnum. Bólubundin eldföst magnesíum-kolefni fyrir stálframleiðslusleifum og breytum. Þeir veita framúrskarandi hitaáfallsþol og gjalltæringarþol. Sjálfbærni hlekkurinn? Lengri endingartími fóðurs þýðir sjaldnar endurfóðrun, sem sparar hráefni, orku til uppsetningar og niður í miðbæ. Vellin hér virkar sem kolefnisgjafi og skapar verndandi lag gegn oxun. Við höfum gert tilraunir með mismunandi stigastigum til að hámarka þessa kolefnismyndun á staðnum og niðurstöðurnar hafa bein áhrif á auðlindanýtingu stálverksmiðju.

Svo er það minna glæsilega en mikilvæga notkunin í hlífðarhúð. Koltjöruepoxý, þrátt fyrir umhverfisskoðun á PAH, er enn óviðjafnanlegt fyrir ákveðnar öfgakenndar tæringarvörn, eins og neðansjávarleiðslur eða niðurdýfingu í skólpi. Sjálfbærni rökin hér eru líftímalenging. Með því að vernda stáleign í 50 ár í stað 20 án viðgerðar kemur í veg fyrir endurtekinn efnis- og orkukostnað við endurnýjun. Iðnaðurinn er að sjálfsögðu að vinna að valkostum, en fyrir sumar sérstakur er árangur breyttrar koltjöruhúðunar enn viðmiðið. Það er tilfelli þar sem sjálfbær notkun felur í sér stranga innilokun og eftirlit með notkun til að draga úr umhverfisáhættu á sama tíma og þú náir hreinum ávinningi í endingu innviða.

Áskoranirnar og raunheimstakmarkanir

Engin umræða er heiðarleg án hindrana. Aðal þvingunin er umhverfisstjórnun, sérstaklega í kringum fjölhringa arómatísk kolvetni (PAH). Sum PAH efni eru krabbameinsvaldandi. Þetta skyggir á hvert samtal um notkun koltjörunnar. Sjálfbær notkun er því órjúfanlega tengd lokuðu kerfum, háþróaðri handfangatækni og öryggi starfsmanna. Í nútíma eimingarverksmiðju muntu ekki sjá sýnilega losun síðustu áratuga. Rokefnin eru fanguð og oft notuð sem eldsneyti í ferlinu, sem lokar orkulykkjunni. Þungu bitaleifarnar verða afurðin. Það er stjórnað, innifalið iðnaðarferli.

Önnur áskorun er efnahagsleg hagkvæmni. Innviðir til að safna, flytja og hreinsa koltjöru eru fjármagnsfrekir. Ef niðursveifla á lokamarkaði (eins og stál) er allt kerfið undir þrýstingi. Ég hef séð verkefni um að nota kolsvart í staðgönguefni eða sem afoxunarefni í öðrum málmvinnsluferlum stöðvast vegna þess að viðskiptamálin gufuðu upp þegar olíuverð lækkaði. Raunveruleg sjálfbærni verður að vera efnahagslega viðunandi, ekki bara tæknilega framkvæmanleg.

Það eru líka tæknileg takmörk: við getum ekki betrumbætt eða hreinsað það endalaust. Leitin að verðmætari notkun rekst oft á eðlislægan flókið og breytileika efnisins. Fyrir hverja velgengnisögu í koltrefjum eru tugir misheppnuðu tilrauna sem reyna að búa til samræmda forvera tóna úr breytilegu hráefni. Hér skiptir reynslan máli. Framleiðandi eins og Yaofa, með langa sögu sína, hefur líklega byggt upp djúpa reynsluþekkingu á því hvernig tiltekið hráefni þeirra hegðar sér, sem gerir þeim kleift að koma á stöðugleika í vörugæðum sínum - óviðræður forsenda hvers kyns sjálfbærrar iðnaðarnotkunar.

Horft fram á veginn: Samþætting og nýsköpun

Framtíð sjálfbærrar notkunar koltjöru liggur í dýpri samþættingu og betri efnafræði. Ein þróunin er þéttari tenging kókofna, tjörueimingarstöðva og kolefnisverksmiðja - jafnvel landfræðilega. Með því að lágmarka flutninga minnkar heildarfótsporið. Annað er þróun breyttra valla. Með því að blanda eða meðhöndla koltjörubik með lífrænum eða gervihvítum kvoða, getum við sérsniðið eiginleika fyrir sérstakar notkunartegundir en mögulega dregið úr heildar PAH prófílnum. Þessi hönnuður bindiefni gætu opnað dyr í nýjum samsettum efnum.

Ég er líka að fylgjast með rýminu í kringum það að nota kolefni úr kolefni í orkugeymslu. Virkt kolefni úr velli fyrir ofurþétta eða sem rafskautsefni í rafhlöðum eru virk rannsóknar- og þróunarsvæði. Hinn mikli kolefnishreinleiki og stillanleg porosity eru aðlaðandi. Þetta væri fullkomin tilvísun: aukaafurð frá stóriðju sem verður hluti af hreinni orkutækni. Það er langur vegur frá rannsóknarstofu til gigaverksmiðju, en meginreglan er traust.

Að lokum, sjálfbær notkun Kol tjöru snýst ekki um að finna eitt töfrandi nýtt forrit. Þeir snúast um að hagræða stöðugt rótgrónum hlutverkum sínum í kolefnis- og eldföstum iðnaði, gera þá ferla skilvirkari og langvarandi og stýra umhverfisþættinum stranglega. Það er efni sem krefst virðingar og sérfræðiþekkingar. Gildi þess er sannað í endingu varanna sem það hjálpar til við að búa til - rafskautið sem bræðir rusl úr stáli fyrir nýjan skýjakljúf, eldfasta sem inniheldur bráðinn málm, húðunin sem verndar leiðslur. Í því samhengi er áframhaldandi, ábyrg notkun þess raunsær mynd af iðnaðarsamlífi, sem breytir arfleifð aukaafurð í mikilvægan möguleika fyrir nútíma framleiðslulotur.