Nel sistema energetico e industriale globale, sia il carbone che il coke di petrolio sono importanti materie prime a base di carbonio. Il carbone ha una lunga storia ed è un'importante materia prima per l'approvvigionamento energetico. Il coke di petrolio è un sottoprodotto del processo di raffinazione del petrolio e la sua applicazione si è gradualmente ampliata con lo sviluppo degli ultimi anni. I due materiali presentano somiglianze e differenze in molti aspetti e l'analisi delle loro differenze è di grande importanza.
Caratteristiche di base
Definizione e formazione
Il coke di petrolio è il prodotto ottenuto dal cracking termico del petrolio pesante dopo la distillazione del greggio per separare il petrolio leggero da quello pesante. Al termine della reazione, il coke di petrolio forma blocchi o granuli neri, accompagnati dalla generazione di sottoprodotti come gas e olio leggero. In base alle diverse proprietà del petrolio grezzo e alle tecniche di lavorazione, il coke di petrolio può essere classificato in tipi. La sua qualità è strettamente legata al contenuto di zolfo e di metalli pesanti delle materie prime petrolifere.
Il carbone è un minerale solido combustibile formato da complesse trasformazioni biochimiche e fisico-chimiche in antiche piante. Influenzato da fattori quali l'ambiente sedimentario, la pressione e la temperatura, si trasforma gradualmente in diversi tipi di carbone, come la lignite, il carbone bituminoso e l'antracite.
Proprietà fisiche
Aspetto e morfologia
L'aspetto del coke di petrolio è quello di un solido nero o grigio scuro, simile a un nido d'ape, con una lucentezza metallica, che di solito si presenta in blocchi o in forma granulare. Il carbone ha una varietà di colori, che vanno dal marrone della lignite al nero dell'antracite. Le sue forme includono blocchi e polveri, e il carbone bituminoso ha spesso una struttura a strisce.
Densità e durezza
La densità del coke di petrolio è generalmente di 1,3-1,9 g/cm³, con una durezza relativamente elevata e una struttura dura. A causa delle diverse tipologie, la densità del carbone varia notevolmente. Ad esempio, la densità della lignite è di circa 0,9-1,2 g/cm³, mentre quella dell'antracite può raggiungere 1,4-1,9 g/cm³. Inoltre, la sua durezza complessiva è inferiore a quella del coke di petrolio, soprattutto la lignite che ha una consistenza relativamente morbida.
Proprietà chimiche
Composizione elementare
Il coke di petrolio è composto principalmente da carbonio, con un contenuto compreso tra 80% e 97%, che contiene anche piccole quantità di idrogeno, zolfo, azoto, ossigeno e altri elementi. Il contenuto di zolfo del coke di petrolio ad alto tenore di zolfo può addirittura superare i 5%. Sebbene anche la composizione elementare del carbone sia costituita principalmente da carbonio, esistono differenze significative tra i diversi tipi di carbone. La lignite ha un contenuto di carbonio compreso tra 60% e 77%, mentre l'antracite ha un contenuto di carbonio superiore a 90% e contiene anche una certa quantità di minerali.
Potere calorifico e contenuto di ceneri
Il potere calorifico del coke di petrolio è relativamente elevato e varia generalmente da 28 a 35 MJ/kg. E ha un contenuto di ceneri relativamente basso, di solito inferiore a 1%. Il potere calorifico del carbone è molto variabile: ad esempio, il potere calorifico della lignite è di circa 10-20 MJ/kg, mentre quello dell'antracite può raggiungere i 25-35 MJ/kg. Inoltre, il contenuto di ceneri è relativamente alto, generalmente compreso tra 10% e 30%, e per alcuni carboni di qualità inferiore è addirittura superiore.
Campi di applicazione
Pet Coke
Campo energetico
Riscaldamento industriale
In termini di riscaldamento industriale, è possibile utilizzare il coke di petrolio come combustibile per le caldaie industriali. Può fornire energia termica a industrie come quella dell'acciaio e del cemento.
Combustibile per la generazione di energia
In alcune regioni, viene mescolato e bruciato con il carbone per la produzione di energia elettrica per aumentarne l'efficienza.
Industria metallurgica
Produzione di elettrodi
Nella produzione di elettrodi, il coke di petrolio di alta qualità è una materia prima fondamentale per la produzione di elettrodi di grafite ad alta e altissima potenza. Grazie all'eccellente conducibilità elettrica e alla resistenza alle alte temperature, è in grado di soddisfare i requisiti di utilizzo degli elettrodi.
Additivo al carbonio
Può essere utilizzato nei processi di produzione dell'acciaio e di fusione per aumentare efficacemente il contenuto di carbonio dell'acciaio e della ghisa.
Industria chimica
Produzione di materie prime
Come materia prima di produzione, viene utilizzato per produrre prodotti chimici come il carburo di calcio e il carburo di silicio.
Preparazione del materiale di carbonio
Nella preparazione di materiali in carbonioÈ possibile lavorarlo ulteriormente per produrre materiali di carbonio avanzati, come fibre di carbonio ad alte prestazioni e nanotubi di carbonio.
Altre applicazioni
Produzione di carbone attivo
La sua struttura a pori ben sviluppata conferisce carbone attivo con eccellenti prestazioni di adsorbimento, in modo da poterlo utilizzare per produrre carbone attivo.
Additivi per carburanti
L'utilizzo come additivo del carburante può migliorare le prestazioni di combustione del carburante stesso.
Carbone
Campo energetico
Generazione di energia termica
Il carbone svolge un ruolo importante nella produzione di energia termica e la maggior parte dell'elettricità mondiale è generata da unità a carbone.
Riscaldamento centrale
Rappresenta un'importante fonte di calore per il riscaldamento invernale nelle regioni settentrionali e trova applicazione soprattutto nelle città di piccole e medie dimensioni e nelle aree rurali.
Industria metallurgica
Produzione di Coca Cola
Come applicazione principale del carbone nell'industria metallurgica, il carbone da coke viene trasformato in coke attraverso la distillazione a secco ad alta temperatura e utilizzato nella produzione di ferro in altoforno.
Iniezione ad alta temperatura
In questo processo, iniettando polvere di carbone finemente macinata nell'altoforno per sostituire parte del coke, è possibile ridurre i costi di produzione.
Industria chimica
Carbone Prodotti chimici
L'industria chimica del carbone, che comprende la trasformazione del carbone in metanolo e in olefine, ecc. è una via importante per l'utilizzo pulito ed efficiente del carbone.
Trattamento del catrame di carbone
La lavorazione del catrame di carbone può produrre una varietà di materie prime chimiche, come benzene, toluene, fenoli, ecc.
Altre applicazioni
Produzione di materiali da costruzione
Il carbone può essere utilizzato per bruciare cemento, calce, ecc. Le sue ceneri e scorie possono essere utilizzate come materie prime o materiali di riempimento per contribuire a migliorare le prestazioni e la resa dei materiali da costruzione.
Nuovi materiali al carbonio
Grazie all'innovazione tecnologica, può essere utilizzato anche per preparare nuovi tipi di materiali al carbonio, come ad esempio grafene.
Impatto ambientale
Emissioni di carbonio
La combustione di coke di petrolio e carbone producono entrambi una grande quantità di anidride carbonica, importanti fonti di emissioni di carbonio che causano il riscaldamento globale. Ma a causa dell'elevato contenuto di carbonio del coke di petrolio, la quantità di anidride carbonica prodotta per unità di massa di combustione è ancora più elevata.
Inquinanti
La combustione del coke di petrolio genera inquinanti come anidride solforosa, ossidi di azoto e particolato. Oltre a generare i suddetti inquinanti, la combustione del carbone rilascia anche una grande quantità di inquinanti di metalli pesanti. Quindi provoca l'inquinamento dell'atmosfera, del suolo e dell'acqua.
Analisi economica e di mercato
Domanda e offerta di mercato
L'offerta e la domanda del mercato del carbone sono influenzate da fattori quali la situazione economica globale e le politiche energetiche. Sebbene il tasso di crescita della domanda di carbone sia rallentato, la domanda nei Paesi in via di sviluppo è ancora considerevole. L'offerta e la domanda del mercato del coke di petrolio sono strettamente correlate alla portata della raffinazione del petrolio. A causa dell'espansione dell'industria petrolchimica, la produzione di coke di petrolio è in continuo aumento. Anche la concorrenza sul mercato è diventata sempre più agguerrita.
Fluttuazioni dei prezzi
Il prezzo del carbone è influenzato da fattori quali l'origine, la qualità, i costi di trasporto e la regolamentazione politica e subisce forti fluttuazioni. Mentre il prezzo del coke di petrolio è strettamente legato al prezzo del petrolio e alla relazione tra domanda e offerta. Se il prezzo del petrolio scende, il prezzo del coke di petrolio spesso diminuisce di conseguenza.
Conclusione
Il coke di petrolio e il carbone presentano analogie e differenze sotto molti aspetti e sono entrambi materie prime importanti per l'energia e l'industria. Nel contesto del "dual carbon", è necessario promuovere rispettivamente la trasformazione e l'aggiornamento. E sostenere meglio lo sviluppo dell'energia e dell'industria attraverso l'innovazione.
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