पेट्रोलियम प्रणाली नीडल कोक की बाजार स्थिति और उत्पादन प्रौद्योगिकी संबंधी कठिनाइयाँ

सीएनओओसी (क़िंगदाओ) हेवी ऑयल प्रोसेसिंग इंजीनियरिंग टेक्नोलॉजी रिसर्च सेंटर कंपनी लिमिटेड

उपकरण रखरखाव प्रौद्योगिकी, अंक 32, 2021

सारांश: चीनी विज्ञान और प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास ने समाज के विभिन्न क्षेत्रों के विकास को बढ़ावा दिया है। साथ ही, इसने हमारी आर्थिक शक्ति और समग्र राष्ट्रीय शक्ति को भी प्रभावी ढंग से बढ़ाया है। सर्किट स्टील निर्माण प्रक्रिया के एक महत्वपूर्ण भाग के रूप में, नीडल कोक का उपयोग मुख्य रूप से ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के उत्पादन में किया जाता है। यह लिथियम बैटरी उत्पादों के उत्पादन के साथ-साथ परमाणु ऊर्जा उद्योग और विमानन क्षेत्रों में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में प्रगति के साथ, इलेक्ट्रिक फर्नेस स्टील निर्माण प्रौद्योगिकी के निरंतर अनुकूलन और सुधार को बढ़ावा दिया गया है, और सामाजिक उत्पादन विकास की आवश्यकताओं के अनुरूप नीडल कोक के अनुसंधान और विकास और उत्पादन प्रक्रिया में संबंधित मानकों और आवश्यकताओं को लगातार अद्यतन किया गया है। उत्पादन प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले विभिन्न कच्चे माल के कारण, नीडल कोक को पेट्रोलियम श्रृंखला और कोयला श्रृंखला में विभाजित किया गया है। विशिष्ट अनुप्रयोग परिणामों के अनुसार, यह देखा जा सकता है कि पेट्रोलियम श्रृंखला के नीडल कोक में कोयला श्रृंखला की तुलना में अधिक रासायनिक सक्रियता होती है। इस शोधपत्र में, हम पेट्रोलियम क्षेत्र के विशिष्ट बाजार की वर्तमान स्थिति और संबंधित प्रौद्योगिकी के अनुसंधान और उत्पादन प्रक्रिया में आने वाली समस्याओं का अध्ययन करते हैं, और पेट्रोलियम क्षेत्र के विशिष्ट उत्पादन विकास में आने वाली कठिनाइयों और संबंधित तकनीकी समस्याओं का विश्लेषण करते हैं।

I. प्रस्तावना

ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के उत्पादन में नीडल कोक की महत्वपूर्ण भूमिका होती है। वर्तमान विकास स्थिति को देखते हुए, अमेरिका और जापान जैसे विदेशी विकसित देशों ने नीडल कोक के अनुसंधान एवं विकास और उत्पादन में पहले ही शुरुआत कर दी थी, और संबंधित प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग में वे परिपक्व हो चुके हैं, तथा उन्होंने पेट्रोलियम नीडल कोक की मूल निर्माण तकनीक में महारत हासिल कर ली है। तुलनात्मक रूप से, तेल उत्पादक क्षेत्रों में नीडल कोक का स्वतंत्र अनुसंधान एवं उत्पादन देर से शुरू हुआ। लेकिन हमारी बाजार अर्थव्यवस्था के निरंतर विकास और उद्योग के विभिन्न क्षेत्रों के व्यापक विस्तार के साथ, तेल उत्पादक क्षेत्रों में नीडल कोक के अनुसंधान एवं विकास में हाल के वर्षों में अभूतपूर्व प्रगति हुई है और औद्योगिक उत्पादन संभव हो पाया है। हालांकि, आयातित उत्पादों की तुलना में गुणवत्ता और उपयोग प्रभाव में अभी भी कुछ कमियां हैं। इसलिए, पेट्रोलियम प्रणाली में वर्तमान बाजार विकास स्थिति और तकनीकी कठिनाइयों को स्पष्ट करना आवश्यक है।

ii. पेट्रोलियम नीडल कोक प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग का परिचय और विश्लेषण

(1) देश और विदेश में पेट्रोलियम नीडल कोक की वर्तमान विकास स्थिति का विश्लेषण

पेट्रोलियम नीडल कोक तकनीक की उत्पत्ति 1950 के दशक में संयुक्त राज्य अमेरिका में हुई थी। लेकिन हमारा देश आधिकारिक तौर पर खुला है।

पेट्रोलियम नीडलिंग कोक की तकनीक और निर्माण पर शोध 1980 के दशक के आरंभ में शुरू हुआ। प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास पर राष्ट्रीय नीति के समर्थन से, चीनी अनुसंधान संस्थानों ने पेट्रोलियम नीडलिंग कोक पर विभिन्न परीक्षण करने शुरू किए और लगातार कई परीक्षण विधियों की खोज और शोध करते रहे। इसके अतिरिक्त, 1990 के दशक में, हमारे देश ने नीडल-फोकस्ड पेट्रोलियम सिस्टम की तैयारी पर कई प्रायोगिक शोध पूरे किए और संबंधित पेटेंट तकनीक के लिए आवेदन किया। हाल के वर्षों में, संबंधित राष्ट्रीय नीतियों के समर्थन से, कई घरेलू विज्ञान अकादमियों और संबंधित उद्यमों ने अनुसंधान एवं विकास में निवेश किया है और उद्योग के भीतर उत्पादन एवं निर्माण के विकास को बढ़ावा दिया है। पेट्रोलियम नीडल-कोक तकनीक का अनुसंधान एवं विकास स्तर भी लगातार सुधर रहा है। इसका मुख्य कारण पेट्रोलियम नीडल-कोक की घरेलू मांग का अधिक होना है। हालांकि, घरेलू अनुसंधान एवं विकास एवं निर्माण बाजार की मांग को पूरा नहीं कर पा रहे हैं, घरेलू बाजार का एक बड़ा हिस्सा आयातित उत्पादों द्वारा कब्जा कर लिया गया है। वर्तमान विकास की स्थिति को देखते हुए, हालांकि पेट्रोलियम से संबंधित विशिष्ट प्रौद्योगिकी अनुसंधान, विकास और विनिर्माण पर वर्तमान में ध्यान और एकाग्रता बढ़ रही है, लेकिन प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास के स्तर के संदर्भ में, कुछ कठिनाइयाँ हैं जो संबंधित प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास में बाधा उत्पन्न करती हैं, जिसके कारण हमारे देश और विकसित देशों के बीच एक बड़ा अंतर है।

(2) घरेलू पेट्रोलियम नीडल कोक उद्यमों का तकनीकी अनुप्रयोग विश्लेषण

घरेलू और विदेशी उत्पादों की गुणवत्ता और अनुप्रयोग प्रभाव के विश्लेषण के आधार पर, यह देखा जा सकता है कि पेट्रोलियम नीडल कोक की गुणवत्ता में अंतर मुख्य रूप से तापीय विस्तार गुणांक और कण आकार वितरण के दो सूचकांकों में अंतर के कारण है, जो उत्पाद की गुणवत्ता में अंतर को दर्शाता है [1]। यह गुणवत्ता अंतर मुख्य रूप से उत्पादन प्रक्रिया में आने वाली कठिनाइयों के कारण है। पेट्रोलियम नीडल कोक की विशिष्ट उत्पादन प्रक्रिया और विधि को ध्यान में रखते हुए, इसकी मूल उत्पादन तकनीक मुख्य रूप से कच्चे माल के पूर्व-उपचार स्तर पर आधारित है। वर्तमान में, केवल शानक्सी होंगटे केमिकल कंपनी लिमिटेड, सिनोस्टील (अनशान) और जिंझोऊ पेट्रोकेमिकल ने ही बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया है। इसके विपरीत, जिंझोऊ पेट्रोकेमिकल कंपनी की पेट्रोलियम नीडल कोक उत्पादन प्रणाली अपेक्षाकृत परिपक्व है, उपकरण की प्रसंस्करण क्षमता में लगातार सुधार हो रहा है, और उत्पादित संबंधित उत्पाद बाजार में मध्यम और उच्च स्तर तक पहुंच सकते हैं, जिनका उपयोग उच्च-शक्ति या अति-उच्च-शक्ति इस्पात निर्माण इलेक्ट्रोड के लिए किया जा सकता है।

iii. घरेलू पेट्रोलियम नीडल कोक बाजार का विश्लेषण

(1) औद्योगीकरण की गति बढ़ने के साथ-साथ नीडल कोक की मांग प्रतिदिन बढ़ रही है।

हमारा देश विश्व का एक बड़ा औद्योगिक उत्पादक देश है, जो मुख्य रूप से हमारी औद्योगिक संरचना के स्वरूप द्वारा निर्धारित होता है।

लौह और इस्पात उत्पादन भी हमारी अर्थव्यवस्था के विकास को बढ़ावा देने वाले महत्वपूर्ण उद्योगों में से एक है। इस पृष्ठभूमि में, नीडलिंग की मांग दिन-प्रतिदिन बढ़ रही है। लेकिन वर्तमान में, हमारा तकनीकी अनुसंधान और विकास स्तर तथा उत्पादन क्षमता बाजार की मांग के अनुरूप नहीं है। इसका मुख्य कारण यह है कि पेट्रोलियम नीडलिंग पर केंद्रित ऐसी कंपनियों की संख्या कम है जो वास्तव में गुणवत्ता मानकों के अनुरूप उत्पादन कर सकती हैं, और उत्पादन क्षमता अस्थिर है। यद्यपि संबंधित प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास कार्य वर्तमान में प्रगति कर रहा है, फिर भी उच्च शक्ति या अति उच्च शक्ति वाले ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड की आवश्यकताओं को पूरा करने में काफी अंतर है, जिससे पेट्रोलियम नीडलिंग उत्पादों के गुणवत्ता नियंत्रण में बाधा उत्पन्न होती है। वर्तमान में, नीडल-मेजर कोक बाजार को पेट्रोलियम नीडल-मेजर कोक और कोयला नीडल-मेजर कोक में विभाजित किया गया है। इसके विपरीत, परियोजना विकास मात्रा या विकास स्तर दोनों ही मामलों में पेट्रोलियम नीडल-मेजर कोक कोयला नीडल-मेजर कोक से थोड़ा पीछे है, जो चीनी पेट्रोलियम नीडल-मेजर कोक के प्रभावी विस्तार में बाधा डालने वाले मुख्य कारणों में से एक है। इस्पात उद्योग की उत्पादन प्रौद्योगिकी के स्तर में निरंतर सुधार के साथ-साथ, अति-उच्च शक्ति वाले ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के इस्पात उत्पादन और विनिर्माण की मांग भी बढ़ रही है। इससे यह भी स्पष्ट होता है कि हमारे औद्योगिक विकास स्तर में निरंतर सुधार और औद्योगीकरण प्रक्रिया में तेजी के साथ, नीडल कोक की मांग और भी अधिक बढ़ेगी।

(2) नीडल कोक बाजार के अस्थिर मूल्य का विश्लेषण

हमारे देश के वर्तमान औद्योगिक विकास स्तर और औद्योगिक संरचना एवं औद्योगिक सामग्री के समायोजन के अनुसार, यह पाया गया है कि कोयला आधारित सुई-माप कोकिंग की तुलना में पेट्रोलियम आधारित सुई-माप कोकिंग हमारे देश के लिए अधिक उपयुक्त है, जिससे सुई-माप कोकिंग की आपूर्ति और मांग के बीच असंतुलन की घरेलू स्थिति और भी गंभीर हो जाएगी। पेट्रोलियम प्रणाली में आपूर्ति और मांग के बीच असंतुलन की स्थिति को हल करने के लिए, हम केवल आयात पर निर्भर रह सकते हैं। हाल के वर्षों में आयातित उत्पादों की कीमत में उतार-चढ़ाव की विशेषताओं के विश्लेषण से यह देखा जा सकता है कि आयातित पेट्रोलियम सुई कोक उत्पादों की कीमत 2014 से बढ़ रही है। इसलिए, घरेलू उद्योग के लिए, बढ़ती आपूर्ति और आयात मूल्य में वृद्धि के साथ, पेट्रोलियम सुई कोक चीन के सुई कोक उद्योग में एक नया निवेश हॉटस्पॉट बन जाएगा [2]।

चौथा, हमारी तेल सुई अनुसंधान और विकास तथा उत्पादन प्रौद्योगिकी संबंधी कठिनाइयों के विश्लेषण पर केंद्रित है।

(1) कच्चे माल के पूर्व-उपचार में आने वाली कठिनाइयों का विश्लेषण

पेट्रोलियम नीडल-कोक के उत्पादन और निर्माण की पूरी प्रक्रिया के विश्लेषण से पता चलता है कि कच्चे माल के पूर्व-उपचार में पेट्रोलियम मुख्य कच्चा माल है। पेट्रोलियम संसाधनों की विशिष्टता के कारण, कच्चे तेल का खनन भूमिगत रूप से किया जाता है, और हमारे देश में पेट्रोलियम कच्चे तेल के खनन और प्रसंस्करण में विभिन्न उत्प्रेरकों का उपयोग किया जाता है, जिससे पेट्रोलियम उत्पादों में कुछ अशुद्धियाँ रह जाती हैं। यह पूर्व-उपचार विधि पेट्रोलियम नीडल-कोक के उत्पादन पर प्रतिकूल प्रभाव डालती है। इसके अलावा, पेट्रोलियम की संरचना मुख्य रूप से एलिफैटिक हाइड्रोकार्बन है, एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन की मात्रा कम है, जो मौजूदा पेट्रोलियम संसाधनों की विशेषताओं के कारण है। यह ध्यान देने योग्य है कि उच्च गुणवत्ता वाले पेट्रोलियम नीडल-कोक के उत्पादन के लिए कच्चे माल के लिए सख्त आवश्यकताएं हैं, जिनमें एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन की मात्रा अधिक हो, और कम सल्फर, ऑक्सीजन, एस्फाल्टेन और अन्य अशुद्धियों वाले पेट्रोलियम को कच्चे माल के रूप में चुना जाता है, जिसमें सल्फर का द्रव्यमान अंश 0.3% से कम और एस्फाल्टेन का द्रव्यमान अंश 1.0% से कम होना आवश्यक है। हालांकि, मूल संरचना के पता लगाने और विश्लेषण के आधार पर, यह पाया गया है कि हमारे देश में संसाधित अधिकांश कच्चा तेल उच्च सल्फर वाला कच्चा तेल है, और उच्च एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन सामग्री वाले नीडल कोक के उत्पादन के लिए उपयुक्त तेल की कमी है। तेल में अशुद्धियों को दूर करना एक बड़ी तकनीकी कठिनाई है। इस बीच, जिंझोऊ पेट्रोकेमिकल, जो वर्तमान में अनुसंधान एवं विकास और उत्पादन में अधिक परिपक्व है, पेट्रोलियम नीडल कोक के उत्पादन और प्रसंस्करण की प्रक्रिया में नीडल कोक के उत्पादन के लिए उपयुक्त कच्चे माल की आवश्यकता है। कच्चे माल की कमी और गुणवत्ता में अस्थिरता नीडल कोक की गुणवत्ता की स्थिरता को सीमित करने वाले मुख्य कारकों में से एक है [3]। शेडोंग यिडा न्यू मटेरियल कंपनी लिमिटेड ने पेट्रोलियम नीडल कोक उत्पादन इकाई के लिए कच्चे माल के पूर्व-उपचार को डिजाइन और अपनाया है।

साथ ही, ठोस कणों को हटाने के लिए विभिन्न विधियों को अपनाया गया। नीडल कोक के उत्पादन के लिए उपयुक्त भारी तेल का चयन करने के अलावा, कोकिंग से पहले कच्चे माल में मौजूद हानिकारक पदार्थों को भी हटाया गया।

(2) पेट्रोलियम नीडल कोक की विलंबित कोकिंग प्रक्रिया में तकनीकी कठिनाइयों का विश्लेषण

नीडल कोक का उत्पादन अपेक्षाकृत जटिल है, और विशिष्ट प्रसंस्करण प्रक्रिया में पर्यावरणीय तापमान परिवर्तन और परिचालन दबाव के नियंत्रण पर उच्च आवश्यकताएं होती हैं। नीडल कोक उत्पादन की कोकिंग प्रक्रिया में एक प्रमुख चुनौती यह है कि क्या कोक के दबाव, समय और तापमान को वैज्ञानिक और तर्कसंगत रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, ताकि प्रतिक्रिया समय मानक आवश्यकताओं को पूरा कर सके। साथ ही, कोकिंग प्रक्रिया मापदंडों और विशिष्ट परिचालन मानकों का बेहतर अनुकूलन और समायोजन संपूर्ण नीडल कोक उत्पादन के अनुकूलन और गुणवत्ता सुधार में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।

तापमान परिवर्तन के लिए हीटिंग फर्नेस का उपयोग करने का मुख्य उद्देश्य नीडल कोक उत्पादन प्रक्रिया में मानक के अनुसार मानक संचालन करना है ताकि परिवेश का तापमान आवश्यक मापदंडों तक पहुँच सके। वास्तव में, तापमान परिवर्तन की प्रक्रिया कोकिंग प्रतिक्रिया को बढ़ावा देती है और इसे धीमी और कम तापमान वाले वातावरण में किया जा सकता है, जिससे एरोमैटिक संघनन प्राप्त होता है, अणुओं की व्यवस्थित व्यवस्था सुनिश्चित होती है, दबाव के प्रभाव में उनका अभिविन्यास और ठोसकरण सुनिश्चित होता है और अवस्था की स्थिरता को बढ़ावा मिलता है। हीटिंग फर्नेस पेट्रोलियम नीडल कोक की संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया में एक आवश्यक प्रक्रिया है, और विशिष्ट तापमान सीमा मापदंडों के लिए कुछ आवश्यकताएँ और मानक निर्धारित हैं, जो 476℃ की निचली सीमा से कम नहीं हो सकते और 500℃ की ऊपरी सीमा से अधिक नहीं हो सकते। साथ ही, यह भी ध्यान देने योग्य है कि परिवर्तनीय तापमान भट्टी एक बड़ा उपकरण और सुविधा है, इसलिए हमें प्रत्येक टावर में उत्पादित नीडल कोक की गुणवत्ता की एकरूपता पर विशेष ध्यान देना चाहिए: फीडिंग प्रक्रिया के दौरान तापमान, दबाव, वायु गति और अन्य कारकों में परिवर्तन के कारण प्रत्येक टावर में उत्पादित कोक की गुणवत्ता असमान, मध्यम और निम्न स्तर की हो सकती है। नीडल कोक की गुणवत्ता की एकरूपता की समस्या का प्रभावी समाधान नीडल कोक उत्पादन में विचारणीय मुद्दों में से एक है।

5. पेट्रोलियम नीडल कोक के भविष्य के विकास की दिशा का विश्लेषण

(क) घरेलू पेट्रोलियम प्रणाली के नीडल कोक की गुणवत्ता में निरंतर सुधार को बढ़ावा देना

नीडल कोक तकनीक और बाजार पर अमेरिका और जापान का दबदबा रहा है। वर्तमान में, चीन में नीडल कोक के वास्तविक उत्पादन में कुछ समस्याएं हैं, जैसे गुणवत्ता में अस्थिरता, कोक की कम मजबूती और पाउडर कोक की अधिक मात्रा। हालांकि उत्पादित नीडल कोक का उपयोग उच्च-शक्ति और अति-उच्च-शक्ति ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के उत्पादन में बड़ी मात्रा में किया गया है, लेकिन इसका उपयोग बड़े व्यास वाले अति-उच्च-शक्ति ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के उत्पादन में बड़ी मात्रा में नहीं किया जा सकता है। हाल के वर्षों में, नीडल कोक के क्षेत्र में हमारा अनुसंधान और विकास निरंतर जारी है, और उत्पाद की गुणवत्ता में लगातार सुधार हो रहा है। शानक्सी होंगटे कोल केमिकल कंपनी लिमिटेड और सिनोस्टील कोल मेजर नीडल कोक तथा जिंझोऊ पेट्रोकेमिकल कंपनी लिमिटेड की ऑयल सीरीज नीडल कोक इकाइयां 40,000-50,000 टन/वर्ष की क्षमता तक पहुंच चुकी हैं, और ये इकाइयां स्थिर रूप से चल रही हैं तथा गुणवत्ता में लगातार सुधार कर रही हैं।

(2) पेट्रोलियम नीडल कोक की घरेलू मांग में लगातार वृद्धि हो रही है

लौह और इस्पात उद्योग के विकास के लिए बड़ी संख्या में अति-उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रोड और उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है। इस संदर्भ में, अति-उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रोड और उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रोड के उत्पादन के लिए नीडल कोक की मांग तेजी से बढ़ रही है, जिसका अनुमान लगभग 250,000 टन प्रति वर्ष है। चीन में इलेक्ट्रिक फर्नेस स्टील का उत्पादन 10% से कम है, जबकि विश्व औसत इलेक्ट्रिक फर्नेस स्टील उत्पादन 30% तक पहुंच गया है। हमारे पास स्टील स्क्रैप का भंडार 16 करोड़ टन तक पहुंच गया है। वर्तमान स्थिति के अनुसार, दीर्घकालिक रूप से इलेक्ट्रिक फर्नेस स्टील का विकास अपरिहार्य है, और नीडल कोक की आपूर्ति में कमी भी अपरिहार्य होगी। इसलिए, उत्पादन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कच्चे माल के स्रोत को बढ़ाने और उत्पादन विधि में सुधार करने के उपाय किए जाने चाहिए।

(3) बाजार की मांग में विस्तार से घरेलू अनुसंधान एवं विकास प्रौद्योगिकी स्तर में सुधार को बढ़ावा मिलता है।

नीडल-स्कॉर्च की गुणवत्ता में अंतर और इसकी बढ़ती मांग के कारण इसके विकास में तेजी लाना आवश्यक हो गया है। नीडल-स्कॉर्च के विकास और उत्पादन के दौरान, शोधकर्ताओं को इसके उत्पादन में आने वाली कठिनाइयों का अधिक से अधिक एहसास हुआ है, जिसके चलते उन्होंने अनुसंधान प्रयासों को बढ़ाया है और उत्पादन को दिशा देने के लिए प्रायोगिक डेटा प्राप्त करने हेतु छोटे और प्रायोगिक परीक्षण संयंत्र स्थापित किए हैं। बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए नीडल कोक की प्रसंस्करण तकनीक में लगातार सुधार किया जा रहा है। कच्चे माल और निर्माण विधियों के परिप्रेक्ष्य से, विश्व में तेल की कमी और सल्फर की बढ़ती मात्रा ऑयल सिस्टम नीडल कोक के विकास को सीमित कर रही है। शेडोंग यिडा न्यू मटेरियल कंपनी लिमिटेड में ऑयल सीरीज नीडल कोक के लिए एक नई कच्चे माल के पूर्व-उपचार औद्योगिक उत्पादन सुविधा का निर्माण और संचालन शुरू हो गया है, और ऑयल सीरीज नीडल कोक के लिए उत्कृष्ट कच्चे माल का उत्पादन किया जा रहा है, जिससे ऑयल सीरीज नीडल कोक की गुणवत्ता और उत्पादन में प्रभावी रूप से सुधार होगा।