Tinggi-Sulfur vs. Rendah-Sulfur Petroleum Coke: Bagaimana Cara Memilih untuk Berbagai Aplikasi?

Kandungan sulfur dalam kokas minyak bumi merupakan indikator inti untuk mengukur tingkat kualitas dan jangkauan aplikasinya. Menurut standar industri saat ini, kokas minyak bumi dengan kandungan sulfur kurang dari 1% disebut kokas sulfur rendah (sesuai dengan 1#, 2A), dengan kandungan sulfur antara 1% dan 3% disebut kokas sulfur sedang (sesuai dengan 2B, 2C, 3A, 3B, 3C), dan dengan kandungan sulfur lebih besar dari 3% diklasifikasikan sebagai sulfur tinggi minuman bersoda. Klasifikasi ini secara langsung menentukan tujuan hilir dan harga pasar kokas minyak bumi.

Dalam penerapan praktis, standar klasifikasi yang lebih halus juga banyak digunakan. Menurut standar kualitas kokas minyak bumi tertunda Tiongkok (ZBE44002-86), kokas mentah diklasifikasikan menjadi No. 1, No. 2, dan No. 3, masing-masing dibagi lagi menjadi kokas A dan kokas B. Kokas No. 1 A memiliki kandungan sulfur tidak lebih dari 0,5%, kokas No. 1 B tidak lebih dari 0,8%, kokas No. 2 A tidak lebih dari 1,0%, dan kokas No. 2 B tidak lebih dari 1,5%. Semakin awal hurufnya dan semakin kecil angkanya, maka kandungan sulfurnya semakin rendah dan kualitasnya semakin baik.

Perlu dicatat bahwa saat ini tidak ada standar nasional untuk kokas minyak bumi dengan kandungan sulfur 3% atau lebih tinggi. Meskipun standar perusahaan yang sebelumnya dikeluarkan oleh Sinopec telah dihapuskan, standar tersebut masih digunakan di pasar kokas-sulfur tinggi.

Kokas-sulfur rendah, dengan kualitasnya yang unggul, telah menjadi bahan baku pilihan untuk produk karbon-kelas atas, memainkan peran yang tak tergantikan dalam elektroda grafit, bahan anoda baterai-ion litium, dan anoda-kelas atas yang sudah dipanggang.

• Elektroda Grafit

Elektroda grafit adalah salah satu aplikasi terpenting dari kokas-sulfur rendah. Bahan baku utama pembuatan elektroda grafit adalah kokas minyak bumi. Sejumlah kecil kokas pitch dapat ditambahkan ke elektroda grafit daya biasa, namun kandungan sulfur dari kokas minyak bumi dan kokas pitch tidak boleh melebihi 0,5%. Untuk produksi elektroda grafit berkekuatan-tinggi atau-sangat-berkekuatan sangat tinggi, diperlukan kokas jarum. Kandungan belerang memiliki dampak yang sangat penting terhadap kinerja elektroda grafit-selama proses grafitisasi suhu tinggi, belerang tidak dapat dilepaskan sepenuhnya. Ketika elektroda terkena suhu di atas 1500 derajat, belerang terurai, menyebabkan kristal mengembang. Setelah pendinginan, kristal berkontraksi, menyebabkan retaknya elektroda. Fenomena ini, yang dikenal sebagai "ekspansi gas", sangat mempengaruhi kualitas dan kinerja elektroda grafit.

Elektroda grafit berdaya ultra-tinggi-tidak hanya memerlukan resistivitas rendah namun juga koefisien muai panas yang rendah, ketahanan oksidasi yang baik, dan ketahanan guncangan termal yang baik setelah grafitisasi. Kokas jarum berkinerja-tinggi digunakan untuk menghasilkan elektroda grafit-berkualitas tinggi untuk tungku listrik-bertenaga tinggi dan-berdaya sangat-sangat tinggi, sedangkan kokas minyak bumi yang mengandung sekitar 1% belerang terutama digunakan dalam industri peleburan aluminium untuk produksi pasta anoda atau anoda karbon.

• Bahan Anoda Baterai Litium-ion

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya pertumbuhan kendaraan energi baru dan industri penyimpanan energi, penerapan kokas-sulfur rendah di bidang bahan anoda baterai litium-ion telah berkembang pesat. Kokas sulfur rendah-memiliki koefisien muai panas yang rendah, porositas rendah, kandungan abu dan unsur logam yang rendah, konduktivitas tinggi, dan mudah digrafit, menjadikannya bahan mentah yang ideal untuk menyiapkan bahan anoda grafit buatan.

Saat ini, kokas minyak bumi yang tersedia secara komersial dan digunakan dalam jumlah besar semuanya merupakan kokas-sulfur rendah, dan terbatasnya pasokan kokas-sulfur rendah menyebabkan biaya tinggi. Dalam struktur permintaan kokas rendah-sulfur, anoda baterai litium-ion menyumbang 29%, dan efeknya-pengurangan terhadap permintaan dari ladang tradisional menjadi semakin menonjol. Perusahaan material anoda mempertahankan laju ekspansi mereka, dan permintaan kokas-sulfur rendah terus tumbuh dengan baik.

• Anoda-yang Sudah Dipanggang Kelas Atas

Anoda yang sudah dipanggang adalah komponen kunci dalam sel elektrolisis aluminium, menghantarkan arus dan berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia, dan sangat penting dalam produksi elektrolisis aluminium. Anoda-emisi rendah menggunakan kokas minyak bumi dengan kontrol yang lebih ketat terhadap kandungan sulfur dan indikator elemen jejak, yang dapat secara efektif mengurangi emisi karbon dioksida dalam operasi elektrolisis aluminium, sehingga berkontribusi terhadap konservasi energi dan pengurangan emisi berdasarkan sasaran "karbon ganda" dalam industri elektrolisis aluminium. Kokas minyak bumi yang digunakan untuk anoda yang dipanggang biasanya memerlukan kandungan sulfur di bawah 1,5%.

• Aplikasi Kelas Atas-Lainnya

Di bidang penghasil karbon, industri pengecoran biasanya memerlukan kandungan sulfur yang sangat rendah, sering kali menggunakan kokas minyak bumi "semi-grafit" atau "grafit penuh" dengan kandungan karbon tetap lebih dari 98% dan kandungan sulfur di bawah 0,05%. Selain itu, produksi produk grafit dengan-kemurnian tinggi memerlukan kadar abu bahan mentah serendah mungkin (misalnya, di bawah 0,15%).

Meskipun kokas-sulfur tinggi memiliki kandungan sulfur yang lebih tinggi, kokas ini sangat kompetitif dalam hal biaya dan skala produksi, dan masih memainkan peran penting dalam bidang aplikasi tertentu.

• Anoda yang sudah dipanggang

Dengan pesatnya perkembangan industri aluminium elektrolitik, penggunaan kokas sulfur tinggi dalam produksi anoda yang telah dipanggang untuk aluminium menunjukkan tren yang meningkat. Karena ketatnya pasokan kokas -sulfur rendah, banyak pabrik karbon harus menggunakan kokas minyak bumi-sulfur tinggi, yang menyebabkan peningkatan kandungan sulfur pada blok karbon anoda yang telah dipanggang, yang pada gilirannya memaparkan proses elektrolisis aluminium pada risiko melebihi standar emisi sulfur dioksida.

Pada tingkat teknis, penggunaan kokas minyak bumi campuran dengan kandungan sulfur berbeda telah menjadi sarana penting bagi produsen anoda aluminium untuk menyeimbangkan kualitas anoda, konsumsi anoda, dan kinerja lingkungan. Melalui proses pencampuran yang wajar, persyaratan lingkungan dapat dipenuhi sekaligus mengendalikan biaya.

• Di sektor bahan bakar,

kokas-sulfur tinggi secara tradisional telah banyak digunakan sebagai bahan bakar di pabrik semen dan pembangkit listrik. Namun, dengan kebijakan lingkungan yang semakin ketat, penggunaan kokas-dengan sulfur tinggi sebagai bahan bakar menghadapi pembatasan yang signifikan. "Rencana Aksi Konservasi Energi dan Pengurangan Karbon" secara eksplisit menetapkan bahwa kokas yang mengandung sulfur tinggi tidak dapat digunakan sebagai bahan bakar. Didorong oleh kebijakan pengurangan emisi karbon, kokas-dengan sulfur tinggi menghadapi tekanan substitusi dalam aplikasi seperti bahan bakar dan manufaktur kaca.

• Upaya Baru pada Material Anoda Baterai Lithium{0}}ion

Meskipun kokas-sulfur rendah tetap menjadi pilihan utama untuk anoda baterai-ion litium, kokas-sulfur tinggi, dengan keunggulan biaya karena bahan mentah yang lebih murah dan volume produksi yang lebih tinggi, menarik banyak produsen grafit untuk mengeksplorasi penerapannya di bidang bahan anoda. Namun, kandungan sulfur yang terlalu tinggi dalam kokas sulfur tinggi menyebabkan serangkaian masalah: selama grafitisasi, sulfur keluar dalam bentuk gas, meningkatkan porositas grafit dan luas permukaan spesifik; secara bersamaan, belerang menghambat pertumbuhan grafit secara terus-menerus, menyebabkan kristal menyusut, mengurangi anisotropi grafit, dan mengakibatkan penurunan kepadatan pemadatan, kapasitas, dan efisiensi coulombik awal secara signifikan. Saat ini, industri sedang mengembangkan teknologi seperti material anoda grafit komposit, yang berupaya mengatasi keterbatasan yang melekat pada kokas sulfur tinggi melalui formulasi bahan mentah dan optimalisasi proses.

• Produksi Kimia

Kokas mentah biasa dengan-sulfur tinggi dapat digunakan dalam produksi kimia, seperti pembuatan kalsium karbida dan silikon karbida, atau sebagai bahan bakar dalam pengecoran logam dan pembuatan kaca.

Berdasarkan analisis di atas, pemilihan kokas minyak bumi untuk berbagai skenario penerapan dapat diringkas sebagai berikut:

Elektroda Grafit: Elektroda grafit daya biasa memerlukan kandungan sulfur kokas minyak bumi tidak melebihi 0,5%; Elektroda grafit-berkekuatan tinggi dan-ultra-berkekuatan tinggi memerlukan kokas jarum, dengan persyaratan kandungan sulfur yang lebih ketat.

Bahan Anoda Baterai Litium-ion: Saat ini, bahan komersial utama adalah-kokas sulfur rendah (kandungan sulfur kurang dari 1%), dan bahan anoda-kualitas tinggi memiliki kontrol kandungan sulfur yang sangat ketat.

Anoda yang sudah dipanggang: Kandungan belerang biasanya harus di bawah 1,5%; anoda-emisi rendah memiliki persyaratan yang lebih ketat lagi, karena harus memenuhi standar lingkungan berdasarkan target "karbon ganda".

Karbonisasi: Karbonisasi tingkat-pengecoran memerlukan kandungan sulfur yang sangat rendah (Kurang dari atau sama dengan 0,05%), sehingga memerlukan penggunaan kokas minyak bumi "semi-grafit" atau "grafit penuh".

Produksi bahan kimia dan bahan bakar: Kokas mentah biasa yang mengandung sulfur tinggi dapat digunakan dalam produksi bahan kimia, namun penggunaannya sebagai bahan bakar sangat dibatasi.

Saat memilih kokas minyak bumi, selain kandungan sulfur sebagai indikator inti, faktor-faktor seperti kadar abu, kepadatan sebenarnya, ketahanan guncangan termal, dan morfologi harus dipertimbangkan secara komprehensif. Kandungan abu menghambat kristalisasi dan mempengaruhi kinerja produk; kerapatan sebenarnya mencerminkan derajat kristalinitas; dan morfologi menentukan penerapan kokas minyak bumi dalam aplikasi tertentu. Konsensus industrinya adalah: tujuan penggunaan menentukan pemilihan kadar-untuk anoda aluminium elektrolitik atau produk grafit kelas atas, kokas Tingkat A lebih disukai; untuk-produk atau bahan bakar karbon kelas bawah, Kelas B dan di bawahnya dapat dipilih.

Dengan latar belakang kemajuan berkelanjutan dalam sasaran "karbon ganda" dan pesatnya perkembangan industri energi baru, posisi pasar kokas-sulfur rendah dan kokas-sulfur tinggi sedang mengalami penyesuaian besar. Kokas-sulfur rendah, dengan perannya yang tak tergantikan dalam-aplikasi kelas atas, permintaannya terus meningkat; sementara kokas-sulfur tinggi menghadapi kendala lingkungan yang semakin ketat dan sangat membutuhkan terobosan dalam peningkatan teknologi dan perluasan aplikasi. Bagi para praktisi industri, memahami secara akurat persyaratan kualitas kokas minyak bumi untuk berbagai skenario penerapan dan membuat keputusan ilmiah berdasarkan pola penawaran dan permintaan pasar serta tren harga akan menjadi kunci untuk mendapatkan keuntungan di pasar kokas minyak bumi yang semakin terdiferensiasi.