Gotowa smoła węglowa: trendy technologiczne i eko? 

Słyszysz gotową smołę węglową, a większość ludzi spoza branży wciąż wyobraża sobie starą, brudną operację związaną z produktem ubocznym. To pierwsze błędne przekonanie. Nie chodzi już tylko o zbieranie tego, co wychodzi z pieca koksowniczego. Prawdziwa gra toczy się teraz na przygotowanej części — chodzi o dostosowanie tego cholerstwa od samego początku, dostosowanie krzywej destylacji i składu, aby odpowiadały konkretnym potrzebom dalszego etapu, a nie tylko sprzedaż ogólnego towaru masowego. Presja nie jest tylko techniczna; to ciągła walka pomiędzy uzyskaniem odpowiednich specyfikacji wydajności dla takich rzeczy, jak elektrody o ultrawysokiej mocy, a unikaniem kosztów związanych z przestrzeganiem zasad ochrony środowiska. To balansowanie, które zmienia cały łańcuch dostaw.

Przygotowana część to nie tylko etykieta

Kiedy rozmawiamy o przygotowana smoła węglowa dzisiaj tak naprawdę mówimy o specyfikacji surowca. Dziesięć lat temu umowa mogła po prostu określać lepkość i gęstość. Teraz chodzi o zawartość QI (nierozpuszczalnej chinoliny), wartości żywicy beta i okno temperatury mięknienia. Różnica pomiędzy smołą przeznaczoną do produkcji koksu igłowego a smołą do sadzy jest ogromna i zaczyna się od sposobu postępowania z surową smołą z gazu koksowniczego. Jeśli nie zarządzasz odpowiednio początkową temperaturą skraplania i zbierania, zablokujesz wysoki podstawowy QI, którego późniejsza obsługa będzie koszmarem w przypadku zaawansowanych zastosowań. Widziałem zakłady, w których po prostu podgrzewano wszystko, aby linie były czyste, ale powodowało to problemy u każdego klienta, który potrzebował materiału o niskiej QI do produkcji grafitu premium.

Jest tu niuans techniczny, który zostaje pominięty. Przejście na produkcję stali w elektrycznym piecu łukowym spowodowało popyt na elektrody grafitowe UHP (Ultra High Power), które z kolei wymagają wysokiej jakości koksu igłowego. Kluczowy prekursor tego koksu? Konkretny rodzaj przygotowana smoła węglowa o szczególnej strukturze aromatycznej i profilu zanieczyszczeń. Nie wystarczy mieć smołę; potrzebujesz odpowiedniej smoły. Zmusiło to producentów do wstecznej integracji lub przynajmniej znacznie ściślejszej współpracy z koksowniami. To już nie jest prosta relacja kupna-sprzedaży. Niektórzy z bardziej zintegrowanych graczy, jak np Hebei Yaofa Carbon Co., Ltd., wykorzystaj swoje wieloletnie doświadczenie produkcyjne do kontrolowania tego łańcucha. Posiadając głęboką wiedzę na temat materiałów węglowych w elektrodach i dodatkach, mogą określić wymagane właściwości smoły u źródła, co jest ogromną zaletą. Odzwierciedlenie tego podejścia można zobaczyć w ich portfolio pod adresem https://www.yaofatansu.com – nie chodzi tylko o sprzedaż smoły czy elektrod, ale o zrozumienie przepływu materiału od jednego do drugiego.

Raz próbowaliśmy zrealizować projekt, pozyskując generyczną smołę z wielu małych koksowni w celu zmieszania w celu uzyskania rzekomo przygotowanej mieszanki. To był pomysł oszczędzający pieniądze. Nieudane. Niespójność surowca – różna zawartość amoniaku, wody i cząstek stałych – uniemożliwiała wytworzenie stabilnego, gotowego do specyfikacji produktu. Mieszalnia zamieniła się w chemiczny koszmar, a powstały w niej koks był nieprzewidywalny. Ta praktyczna porażka uwidoczniła sedno: spójność zaczyna się już w pierwszym momencie zbierania. Nie można naprawić złej ropy naftowej poprzez dalsze przygotowania; niektóre problemy można złagodzić jedynie dużym kosztem.

Skoki technologiczne nie są takie, jak można się spodziewać

Większość nagłówków badań i rozwoju skupia się na efektownych zastosowaniach węgla, ale prawdziwy, konkretny postęp smoła węglowa tech byli w separacji i oczyszczaniu. Zaawansowana destylacja frakcyjna z precyzyjną kontrolą refluksu jest teraz stawką. Interesujące są techniki ekstrakcji rozpuszczalnikami, mające na celu wydobycie określonych składników o wysokiej wartości, takich jak karbazol lub olej antracenowy, przed produkcją głównej paku, oraz technologie odpopielania. Wirówki są coraz lepsze, ale w przypadku materiału o naprawdę niskiej zawartości popiołu potrzebnego na prekursory anod akumulatorów litowo-jonowych stosuje się etapy obróbki chemicznej lub termicznej. Na pewno zwiększa nakłady inwestycyjne.

Następnie jest strona danych. Sterowanie procesem przeniosło się z podstawowych sterowników PLC na systemy wykorzystujące pomiary lepkości i stałej dielektrycznej w czasie rzeczywistym w celu dostosowania parametrów kolumny. Wydaje się to niewielkie, ale ciągłe utrzymywanie temperatury mięknienia wynoszącej 108°C ± 2°C, partia po partii, umożliwia producentowi elektrod grafitowych wydajną pracę pieców do wypalania. Odchylenie nawet o 5 stopni może zakłócić cykl pieczenia i końcową gęstość elektrody. Zatem technika często polega na tym nieseksownym, stopniowym ulepszaniu procesu. Nie chodzi o wynalazki, chodzi o nieustanną konsystencję, która jest trudniejsza, niż się wydaje, gdy surowiec jest z natury zmienny.

Jednym ze specyficznych problemów, z którymi się borykaliśmy, było zarządzanie naftalenem w lżejszych frakcjach. W niektórych warunkach rynkowych odzysk i sprzedaż naftalenu jest opłacalna. W innych jest to koszt. Trendem technologicznym jest tutaj elastyczność: projektowanie wstępnego ciągu destylacyjnego w celu odzyskiwania ostrej frakcji naftalenu lub pozostawienia go we frakcji olejowej do dalszego przetwarzania, a wszystko to w oparciu o ekonomię czasu rzeczywistego. Wymaga to bardziej złożonego projektu kolumny i zmiany sposobu myślenia z prowadzenia stałego procesu na proces adaptacyjny. Nie wszystkie starsze rośliny mogą to zrobić, co powoduje podział na rynku.

Presja ekologiczna zmienia mapę

Bądźmy szczerzy: narracja ekologiczna dotycząca smoły węglowej jest trudna. Ten trend nie polega tylko na dodawaniu większej liczby płuczek czy oczyszczalni ścieków – chociaż jest to ogromne centrum kosztów. Chodzi o sprawdzenie całego cyklu życia. LZO (lotne związki organiczne) ze zbiorników magazynowych, WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) w powietrzu w miejscu pracy i ostateczny los pozostałości smoły to regulacyjne punkty zapłonu. W Europie i Ameryce Północnej doprowadziło to do zamykania zakładów lub konieczności reinwestycji na masową skalę. Ten trend w pewnym sensie spowodował geograficzne przesunięcie części produkcji kluczy Materiały węglowe do regionów posiadających zintegrowane, nowoczesne obiekty, które od początku zostały zbudowane lub zmodernizowane z myślą o tych kontrolach.

Tworzy to paradoks. Bardziej rygorystyczne kontrole środowiskowe powodują, że produkt jest droższy, ale potencjalnie generują premię za produkt bardziej ekologiczny i identyfikowalny przygotowana smoła węglowa. Niektórzy nabywcy elektrod proszą obecnie o dokumentację dotyczącą wpływu stosowanego przez siebie paku wiążącego na środowisko. Nie jest to jeszcze popyt głównego nurtu, ale widać go na horyzoncie. To tutaj producent dysponujący dużą skalą i nowoczesną infrastrukturą może zamienić koszty zapewnienia zgodności w przewagę rynkową. Firma taka jak Hebei Yaofa Carbon, jako duży producent działający od kilkudziesięciu lat, prawdopodobnie stanie twarzą w twarz z tymi wyzwaniami. Ich zdolność do inwestowania w systemy o obiegu zamkniętym, zaawansowane wychwytywanie oparów i odpowiednie przetwarzanie odpadów to nie tylko dobra praktyka; staje się licencją na prowadzenie działalności i potencjalnym wyróżnikiem dla klientów, którzy sami znajdują się pod presją inwestorów z zakresu ESG (środowiska, społeczeństwa i zarządzania).

Pamiętam projekt modernizacji jednostki destylacji smoły, w którym największym pojedynczym czynnikiem generującym koszty nie była nowa kolumna ani wymienniki ciepła – był to system odzyskiwania oparów i utleniacz termiczny gazów odlotowych, aby spełnić nowe przepisy dotyczące jakości powietrza. Podwoiło to przewidywane nakłady inwestycyjne. To uzasadnienie biznesowe sprawdziło się tylko dlatego, że mogliśmy jednocześnie zwiększyć wydajność i jakość, aby obsługiwać rynek wysokiej klasy elektrod. Bez tego premium outletu fabryka utknęłaby w martwym punkcie. Zatem trend ekologiczny bezpośrednio wymusza unowocześnienia technologiczne, ale tylko tam, gdzie może to wspierać ekonomika końcowego produktu o wysokiej wartości.

Rynek się fragmentuje, a nie zanika

Powszechnym poglądem na zewnątrz jest to, że smoła węglowa to przemysł wycofujący się. To źle. To fragmentaryzacja. Ogólny materiał o niskiej specyfikacji na proste spoiwa lub paliwo rzeczywiście znajduje się pod ciśnieniem i kurczy się. Ale wysokiej klasy, precyzyjnie zaprojektowany przygotowana smoła węglowa na zaawansowane produkty węglowe rośnie. Siłą napędową popytu jest megatrend elektryfikacji: produkcja stali EAF (elektrody grafitowe) i akumulatory litowo-jonowe (koks igłowy anodowy). Obydwa wymagają węgla premium, który wymaga prekursorów premium.

Ta fragmentacja oznacza, że dostawcy muszą wybrać właściwą drogę. Czy jesteś tanim operatorem masowym lub producentem specjalistycznych środków chemicznych? Środek zostaje zaciśnięty. Trasa specjalna wymaga głębokiej obsługi technicznej. To nie tylko dostarczenie cysterny; chodzi o współpracę z działem badawczo-rozwojowym klienta nad zachowaniem paku w nowej konstrukcji pieca lub nowatorskiej recepturze anody. Tutaj liczy się doświadczenie. Dostawca wytwarzający wyłącznie smołę może nie rozumieć jej zachowania w cyklu pieczenia klienta. Zintegrowany pionowo producent węgla tak. Taka jest ukryta wartość w profilu firmy takiej jak Hebei Yaofa — ponad 20 lat ich produkcji zarówno dodatków węglowych, jak i elektrod grafitowych oznacza, że ​​widzieli zachowanie swoich materiałów zarówno od dostawcy, jak i od strony użytkownika. Ta pętla informacji zwrotnej jest nieoceniona przy rozwoju produktu.

Widzimy także więcej długoterminowych umów o współpracy zamiast zakupów natychmiastowych. Producent elektrod grafitowych nie chce ryzykować zmianą jakości paku spoiwa z miesiąca na miesiąc. Potrzebują partnera, który będzie gwarantem konsekwencji i pracy nad wspólnym rozwojem. Blokuje to łańcuchy dostaw i podnosi bariery wejścia. Ta nowa konkurencja nie jest kolejną destylarnią smoły w przyszłości; są to materiały alternatywne, takie jak smoła naftowa, lub nawet radykalne zmiany, takie jak produkcja stali bezemisyjnej w bardzo długiej perspektywie. Jednak na razie wydajność i struktura kosztów węgla na bazie smoły węglowej są trudne do pobicia w jego podstawowych zastosowaniach.

Patrząc w przyszłość: prawdziwe pytania

Gdzie nas to zatem prowadzi? Przyszłość przygotowana smoła węglowa zależy od kilku praktycznych pytań. Czy przemysł może w dalszym ciągu poprawiać wydajność i jakość surowca (węgla), który sam w sobie jest zmienny? Czy można zarządzać kosztami środowiskowymi bez wycofywania produktów końcowych z rynku? Czy materiał może zachować przewagę techniczną w porównaniu z alternatywami na bazie ropy naftowej, zwłaszcza w przypadku wahań cen ropy?

Trendy technologiczne będą prawdopodobnie skupiać się na analityce predykcyjnej – wykorzystywaniu danych o surowcach do modelowania wyników destylacji jeszcze przed uruchomieniem partii – oraz na jeszcze dokładniejszej separacji molekularnej w celu wydobycia maksymalnej wartości z każdej frakcji. Trendy ekologiczne będą pchać w kierunku pełnego rozliczania bilansu masowego i być może integracji wychwytywania dwutlenku węgla w koksowniach, co zmieni zasady gry w zakresie śladu w cyklu życia.

Ostatecznie jest to branża, która zrzuca swoją towarową skórę. Termin przygotowana smoła węglowa ewoluuje od prostego przetworzonego materiału do wyznaczonego komponentu o krytycznym znaczeniu dla wydajności w zaawansowanym technologicznie łańcuchu dostaw. Jego znaczenie jest obecnie powiązane bezpośrednio z jakością i innowacyjnością końcowego produktu węglowego, niezależnie od tego, czy jest to masywna elektroda zasilająca hutę stali, czy mała anoda w akumulatorze pojazdu elektrycznego. Mniej chodzi o kopanie węgla, a bardziej o inżynierię molekuł. Gracze, którzy rozumieją tę zmianę i mają praktyczne doświadczenie w całym łańcuchu, to ci, którzy zdefiniują trendy, a nie tylko za nimi podążają.