¿Para qué nuevos materiales se puede utilizar el carbón?
Introducción a nuevos materiales a base de carbón
Como sustancia macromolecular de hidrocarburo de carbono orgánico complejo, el carbón tiene una estructura aromática especial que es difícil de obtener a partir del petróleo o de la síntesis artificial. La mayoría de los nuevos materiales poliméricos de alto rendimiento actuales tienen unidades estructurales aromáticas complejas, lo que sin duda brinda nuevas oportunidades para el desarrollo de materiales poliméricos a base de carbón. Sobre la base de una comprensión profunda de la estructura y las propiedades del carbón, comprender y utilizar plenamente las particularidades del carbón inevitablemente abrirá nuevas formas únicas para su utilización. Una de las direcciones de desarrollo más llamativas en el campo de la ciencia de los materiales poliméricos desde la década de 1980 son los materiales de carbono a base de carbón (fibra de carbono, coque de aguja, negro de humo). Los materiales de carbono a base de carbón no solo tienen excelentes propiedades que los polímeros individuales no pueden igualar, sino que también tienen procesos de preparación simples, ciclos de desarrollo cortos, bajos costos de producción, rendimiento/rentabilidad extremadamente altos y amplias perspectivas de mercado. Los materiales a base de carbono son populares en China. El desarrollo fuera de China es extremadamente extenso y rápido.
Con el auge de la industria de procesamiento profundo de alquitrán de hulla en los últimos años, hemos tomado la intersección de la química del carbón y la ciencia de los polímeros como un nuevo punto de crecimiento para el procesamiento
en productos a base de carbón. Materiales poliméricos En la situación cada vez más tensa de la energía derivada del petróleo, países desarrollados como Japón y Alemania también están buscando activamente fuentes de energía alternativas al petróleo, entre las cuales los materiales a base de carbón son una dirección de investigación popular. Los principales proyectos de investigación actuales incluyen: fibra de carbono, coque de aguja y negro de humo.
1. La fibra de carbono es una fibra polimérica inorgánica con un contenido de carbono superior al 90%, que se puede obtener mediante el procesamiento profundo del carbón. Como material compuesto con excelentes propiedades mecánicas, es más fuerte que el acero, menos denso que el aluminio, más resistente a la corrosión que el acero inoxidable, más resistente a las altas temperaturas que el acero resistente al calor y puede conducir electricidad como el cobre. Tiene muchos valores. Propiedades eléctricas y térmicas. Los nuevos materiales con excelentes propiedades mecánicas se utilizan ampliamente en campos de vanguardia como el aeroespacial y la aviación. Tienen amplias perspectivas de aplicación en ingeniería y otros aspectos, y la demanda del mercado es fuerte. El 16 de noviembre, el proyecto de fibra de carbono Yongmei de 1.000 toneladas del Henan Coal and Chemical Industry Group produjo con éxito productos calificados de fibra de carbono MH300 de alto rendimiento.
Esto también marca el establecimiento de la base de producción de fibra de carbono de alto rendimiento más grande de China. El proyecto es construido conjuntamente por Henan Coal Chemical Group y Shanxi Coal Chemical Institute de la Academia de Ciencias de China. Una vez finalizado y operativo, Yongmei Carbon Fiber Company será la única empresa en la provincia de Henan que produzca productos de fibra de carbono. La primera fase del proyecto cuenta con una inversión de 740 millones de yuanes y producirá 500 toneladas anuales de fibra de carbono de alto rendimiento MH300. Al mismo tiempo, un equipo de inspección del proyecto de fibra de carbono de procesamiento profundo de carbón de una empresa conjunta chino-japonesa liderado por el presidente de Hualian Co., Ltd. de Japón, Nagama Akio, y el presidente de China Huazheng Company, Sun Han, llegó a la ciudad de Yangquan, provincia de Shanxi, e invirtió en el desarrollo de este proyecto en la ciudad de Yangquan. Realizar investigaciones e investigaciones sobre asuntos relacionados con el proyecto.
A mediados de febrero de 2011, Shanxi Hongte Coal Chemical Co., Ltd. invirtió mil millones de yuanes en un proyecto de fibra de carbono a base de brea a base de carbón de 5.000 toneladas en la Zona de Desarrollo Económico de Jiaocheng. Se espera que esté terminado y puesto en funcionamiento en julio de este año. El proyecto cubre un área de 500 acres y puede alcanzar un valor de producción anual de 1.500 millones de yuanes después de su puesta en funcionamiento. dependencia de las importaciones de fibra de carbono a base de brea y romper el monopolio de las empresas extranjeras sobre este producto. El equipo de investigación científica, dirigido por el profesor Shen Zengmin, director honorario y supervisor doctoral del Instituto de Desarrollo de Fibra de Carbono de la Universidad de Tecnología Química de Beijing, y el profesor Ye Yuzhang, científico jefe del Centro Nacional de Investigación de Tecnología de Ingeniería de Fibra de Carbono, trabajó arduamente para completar El proyecto en sólo un año sólo la prueba de laboratorio fue exitosa.
2. El coque de aguja es un material de alta calidad para la fabricación de electrodos de alta y ultra alta potencia. Los electrodos de grafito hechos de coque de aguja tienen una fuerte resistencia al choque térmico, alta resistencia mecánica y buenas propiedades de oxidación. Tiene las ventajas de un bajo consumo de electrodos y una gran densidad de corriente permitida. El coque de aguja que se produce actualmente se puede dividir en dos categorías: a base de petróleo y a base de carbón, según las materias primas utilizadas. El sistema petrolero está representado por los Estados Unidos y el sistema del carbón está representado por el Japón. Las instalaciones de producción de Mitsubishi Chemical y Shinichi Kasei Corporation de Japón entraron en funcionamiento a finales de los años 1970 y principios de los 1980.
La Great Lakes Carbon Company de Estados Unidos lo desarrolló con éxito por primera vez en 1950. En 1964, la American Union Carbide Company fabricó con éxito electrodos de potencia ultraalta utilizando coque de aguja como materia prima. Según las últimas estadísticas, la demanda interna de electrodos de alta y ultraalta potencia es de 60.000 a 100.000 t/a, y la demanda correspondiente de coque de aguja es de 60.000 a 120.000 t/a. En la actualidad, debido a la cantidad limitada de coque aguja importado, la producción de Jinzhou Petrochemical Company es de sólo 30.000 t/a. Por lo tanto, la producción nacional de electrodos de potencia ultraalta debe estar determinada por la cantidad de coque de aguja.
Los principales procesos de producción de coque de aguja incluyen: método de destilación al vacío, método de extracción por solvente, método M-L y método de evaporación-policondensación instantánea. En la actualidad, la rama química de Baoshan Iron and Steel Co., Ltd. se encuentra en pruebas piloto y la calidad del coque de aguja ha alcanzado el mismo nivel que el de Nippon Chemical y Mitsubishi de Japón. El Instituto de Investigación de Energía Térmica de Anshan también está realizando pruebas piloto y ha logrado grandes avances. El pequeño informe de prueba de Shanxi Shuozhou Sanyuan Carbon Co., Ltd. también pasó la evaluación del Departamento Provincial de Ciencia y Tecnología de Shanxi. Shanxi Hongte Coal Chemical Co., Ltd. ha iniciado una producción de prueba industrial. Aunque el CTE no ha alcanzado completamente el estándar, se han suministrado casi 3.000 toneladas del producto a Lanzhou Carbon Factory y Nantong Carbon Factory como materia prima para la producción de. 400 electrodos de alta potencia.
3. El negro de humo se utiliza principalmente en productos de caucho. Cuanto más fino es el tamaño de las partículas del negro de humo, mejores son sus propiedades de refuerzo, mayor es la estructura del negro de humo y mayor es su módulo. Las variedades de refuerzo con tamaños de partículas finas se utilizan principalmente en las bandas de rodadura de los neumáticos para darles una excelente resistencia al desgaste.
Otras partes del neumático, como el flanco, la capa, la capa amortiguadora del cinturón y la capa de revestimiento interior, requieren que el material de caucho sea resistente al agrietamiento por flexión, la oxidación por ozono, buena resiliencia y bajo rendimiento de generación de calor. Generalmente se utiliza negro de horno semireforzado con un tamaño de partícula más grueso (superficie específica inferior a 40 m2/g).
A medida que el mercado del caucho se recupera del punto más bajo de la crisis económica, con un crecimiento del 7,3% en 2010, junto con el consiguiente crecimiento a largo plazo del 3,6% entre 2010 y 2015, el pronóstico para 2015 es Mundial. El consumo de negro de humo alcanzará los 11,5 millones de toneladas.
El progreso vendrá de Asia, especialmente de China, India, Indonesia y Tailandia. Notch Consulting Group pronostica actualmente que la demanda total de negro de humo en China alcanzará los 3,7 millones de toneladas en 2015. A medida que el aumento de la producción de neumáticos radiales para turismos se está convirtiendo en una fuerza impulsora importante, varias áreas del mercado chino se están expandiendo. El mercado de productos especiales de negro de humo se ha quedado atrás debido a la lenta demanda global de productos clave con cargas de negro de humo añadidas.
Se puede ver que los nuevos materiales a base de carbón tienen ventajas de desarrollo obvias en la futura industria química del carbón y también son una dirección importante para la mejora tecnológica del procesamiento profundo de alquitrán de hulla. Los nuevos materiales a base de carbón se han convertido en un foco de atención e investigación por parte de muchos expertos en productos químicos del carbón en términos de sustitución de energía, protección ambiental y excelente rendimiento de los nuevos materiales.