کلسیناسیون

تکلیس کک چیست؟

کک‌نفتی کلسینه شده از طریق انجام عملیات کلسینه کردن بر روی کک‌خام به دست می‌آید.

کک نفتی معمولا از باقی‌مانده مواد حاصل از کرکینگ و فرآیند تقطیر نفت در پالایشگاه‌ها حاصل می‌­شود. این مواد باقیمانده طی فرآیندی (درکوره‌های‌حرارتی) باحرارت بیش‌تر و خردایش در کوره تبدیل به کک کلسینه می­‌شود. طی این فرایند، بخشی از مواد فرار و رطوبت موجود در کک خام از ماده خارج شده و در حقیقت درصد وزنی کربن افزایش می‌یابد. کک نفتی کلسینه شده در صنایع آلومینیوم، آندسازی، صنایع فولاد، صنایع ریخته‌گری، حفاظت کاتدی و… کاربرد دارد. این محصول در اصطلاح پترولیوم کک پرسولفور خوانده می‌شود.

فرآیند کلسینه شدن شامل: خشک کردن رطوبت درون کک که به دنبال تخریب هیدروکربن­‌های باقیمانده در کک خام صورت می‌­پذیرد و در نهایت کک کوچک و بسیار متراکم تولید می‌­شود و باعث شده که کک خصوصیات الکتریکی مطلوب که مناسب برای تولید آند و الکترود است را بدست آورد.

تکلیس کک

تکلیس در صنایع مختلفی انجام می­‌شود؛ اما تکلیس کک همراه با فرایند خنک‌سازی و به دلیل نبود اکسیژن است. به همین دلیل چالش­‌هایی همراه این فن‌آوری وجود دارد که باید حل شوند.
کلسینه­‌سازی به منظور تولید کک مطلوب برای واحدهای الکترودسازی منجر به تولید یا بهبود فناوری تکلیس کک به منظور تولید کک مطلوب برای واحدهای آندسازی در کارخانه‌های آلومینیوم‌سازی خواهد بود.
هم‌چنین فراورده‌­های مربوط به دنیا بیشتر تکلیس نشده یا سبز هستند خرید محصولات به صورت تکلیس شده آن هم توسط کشوری که از نعمت انرژی‌های فسیلی فراوان برخوردار است باعث از بین رفتن ارز کشور می­‌شود. با تقویت فن‌آوری تکلیس می‌توان حداقل تا زمانی که کک نفتی در کشور تولید می­‌شود از واردات کک سبز اجتناب کرد. هر چند یک واحد تکلیس در کک سبز خرمشهر ساخته شده؛ اما هنوز عملیاتی نیست. یکی از دلایل آن عدم آشنایی با فرایند تکلیس است.

موضوعات مهمی در تکلیس و فن‌آوری آن وجود دارد که از آن جمله بازدهی قابل قبول آن است. طراحی و ساخت خطوط تکلیس با توجه به انرژی بری بالای آن‌­ها می­‌تواند به عنوان یک کسب و کار در مناطق جنوبی کشور باشد به این صورت که به عنوان یک راه، تکلیس محصولات در حال انتقال در دنیا مطرح خواهد بود.

فرایند کلسیناسیون

کک نفتی کلسینه شده در فرایندی سه مرحله­‌ای تعبیه می­‌شود، این سه مرحله خشک کردن، حذف مواد فرار و چگالی‌سازی هستند. فرایند آماده‌سازی کک کلسینه شده تابع زمان و دماست و در اتمسفری فقیر از اکسیژن انجام می‌­شود.

از جمله مهم‌ترین عوامل کنترل فرایند می‌­توان به نرخ حرارت دهی، نرخ اضافه شدن هوا و دمای نهایی تکلیس اشاره کرد. برای رسیدن به خواص مدنظر برای گرافیت پرسولفور (کک نفتی کلسینه شده) در صنایع کربنی و گرافیتی، کک باید در معرض دماهایی از 1150 تا 1350 درجه سانتی‌گراد یا بالاتر ار آن قرار گیرد تا چگالی و هدایت مدنظر بدست آید.

کیفیت نهایی گرافیت پرسولفور به طور مستقیم به خواص ویژه و کیفیت کک سبز استفاده شده، بستگی دارد. برخی محدودیت­‌های ذاتی کک سبز در تکلیس بهبود پیدا نمی­‌کنند، با این حال تکلیس نادرست می‌­تواند به از دست رفتن برخی کیفیت­‌های بالقوه نیز منجر شود.

دو روش اصلی برای تکلیس پیوسته کک نفتی وجود دارد، روش کوره بوته­‌ای گردان و روش کوره گردان.

در روسیه از نوعی شفت عمودی تکلیس با دیواره گرم شده استفاده شده و گرافیت پرسولفور با چگالی مناسبی تولید می‌شود. هزینه این عملیات از روش کوره­ بوته‌­ای گردان و روش کوره گردان بیشتر است؛ اما نرخ حرارت‌دهی کم‌تر باعث می­‌شود تا با استفاده از ماده فرار بیشتری در کک سبز به چگالی­‌های مشابه‌ی پس از تکلیس رسید.

کک نفتی خام، کلوخه­‌هایی با اندازه­ 50 تا 100 میلی‌­متر را شامل و به عنوان خوراک سیلو استفاده می­‌شود؛ آن­گاه به کوره دوار (از بخش بالایی) به واسطه یک چمچه یا از طریق یک لوله تغذیه (در واحدهای قدیمی‌­تر) انتقال می‌­یابد.

کوره شیبی رو به پایین به سمت خروجی شارژ با شیبی از 13 تا 19 میلی­‌متر بر حسب 300 میلی‌متر (5/0 تا 75/0 اینچ برحسب فوت) دارد. با پایین رفتن کک با جریان غیرهمسوی کوره گردان به سمت گازهای احتراقی، دما در 13 تا 20 متر مانده به خروجی شارژ به بیش‌ترین حد خود می‌­رسد.

پس از ورود به کوره، رطوبت کک در ناحیه گرم شده کوره (Heat-Up Zone) حذف می­‌شود. حذف مواد فرار غالبا در محدوده دمایی 500 تا 1000 درجه سانتی‌گراد در ناحیه تکلیس (Calcining Zone) اتفاق می‌­افتد.

کک در مدت 40 الی 60 دقیقه در کوره حرکت می­‌کند، از خروجی شارژ بیرون می‌­آید و به سرسره نسوز و پس از آن، به سرد کننده چرخان وارد می‌­شود.

پارامترهای وابسته به کک‌نفتی کلسینه شده

کک نفتی کلسینه شده به پارامترهای مختلفی بستگی دارد. این محصول باتوجه به کاربردی‌های مورد نظر، دارای دانه‌­بندی و آنالیز متفاوت است. موارد زیر مهم‌ترین مواردی هستند که باید به آن‌ها توجه کرد؛

  • C: میزان کربن موجود (Fixed Carbon)
  • Ash: خاکستر
  • Sulfur: سولفور
  • M: مواد فرار (Volatile matter)
  • :Moisture رطوبت
  • Size: اندازه

ماده فرار در کک خام نفتی مانع از به کارگیری این کک در ساخت آند­های کربنی با چگالی، استحکام و هدایت الکتریکی مناسب می­‌شود. امکان تهیه اجسام کوچک کربنی برای برخی کاربردها از کک خام وجود دارد؛ اما این اتفاق تنها درصورت دقت بالا و نرخ حرارتی کم اتفاق خواهد افتاد. بنابراین، بیش‌ترین کاربردهای کک کلسینه شده، جدا از کاربردهای سوختی و گازسازی (تبدیل کردن به گاز)، نیازمند کلسینه کردن کک خام به منظور بهبود خواص آن هستند.

از جمله تغییراتی که در خواص فیزیکی و شیمیایی کک نفتی حین تکلیس رخ می­‌دهد، می‌­توان به کاهش ماده فرار، کاهش هیدروژن، کاهش اندک سولفور، کاهش مقاومت الکتریکی، کاهش واکنش‌پذیری هوا و دی اکسید کربن، کاهش فاصله بین لایه‌­ای، افزایش چگالی، افزایش ضخامت کریستالی و افزایش اجزای فلزی (غلظت آن­ها با توجه به حذف مواد فرار بیشتر می‌­شود) اشاره کرد.

کاربردهای گرافیت پرسولفور

کاربرد اصلی کک نفتی کلسینه شده در ساخت آندهای کربنی در صنعت آلومینیوم است. همچنین در ساخت الکترودهای گرافیتی در کوره­‌های قوس، در اکسید تیتانیوم، پلاستیک­‌های پلی کربناتی، فولادها (به منظور افزایش مقدار کربن)، آجرهای نسوز کربنی برای کوره بلند، شبکه فشرده برای کوره­‌های پخت آند و نیز مواد به کار رفته برای حفاظت کاتدی از خطوط لوله کاربرد دارد.

مجموع تولید تمام انواع کک نفتی خام یا سبز حدود 44 میلیون تن در سال است. مجموع تولید گرافیت پرسولفور 10 میلیون تن در سال است. از این مقدار 7 میلیون تن در سال به ذوب آلومینیوم احتصاص می‌­یابد.

تقریبا 1 میلیون تن کک سوزنی تکلیس شده در سال برای ساخت الکترود گرافیتی استفاده می­‌شود. 2 میلیون تن کک در سال، درسایر کاربردها از جمله ساخت دی اکسید تیتانیوم، فولاد (به منظور افزایش مقدار کربن) و مونو اکسید کربن برای پلاستیک­‌های پلی‌کربناتی مصرف می­‌شود.

کارخانه­‌های کک کلسینه می­‌توانند در پالایشگاه­‌های نفت، کارخانه­‌های ذوب آلومینیوم و کارخانه­‌های تجاری واقع شوند.

علاوه بر کاربردهای شناخته شده کک کلسینه در صنایع آلومینیوم و دی اکسید تیناتیوم، در صنایع دیگر کاربد دارند. همچنین کاربردهای خاصی نیز پیدا می­‌کنند که برای نمونه می‌­توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • حفاظت کاتدی و اتصال برای سازه‌­های زیرزمینی
  • مواد فشرده در آندها حین فرایند پخت
  • مواد کربن‌ده در صنعت فولاد
  • الکترودها برای بازیافت فولاد

صنعت فولاد همچنین از کک نفتی کلسینه به منظور حذف ناخالصی­‌ها از فولاد بازیافت شده با دمش آن به کوره‌­های قوس بهره می­‌برد. بسیاری از این کاربردها به طور مستقیم به ماندگاری عمر محصول مربوط و به انرژی نیازمندند. دمای بالای تولید شده حین فرایند تکلیس فرصت مطلوبی را برای حفاظت و بازیابی انرژی فراهم می‌­آورد.

منبع:

برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی

نمایش بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *