کک

روش‌های تولید کک؛ بهترین و رایج‌ترین‌های تولید کک در دنیا

کک نفتی ماده جامد نهایی غنی از کربن است که از فرایند پالایش نفت حاصل می‌شود و جزو گروهی از سوخت‌ها به شمار می‌آید که به عنوان کک‌ها شناخته می‌شوند. کک نفتی به‌طور خاص از یک فرایند نهایی کراکینگ حاصل می‌شود که از فرایندهای مهندسی شیمی به شمار می‌آید و هیدروکربن‌های زنجیره‌ای نفت را در بخشی به نام واحد کوکر، به زنجیره‌های کوتاه‌تر تقسیم می‌کند.

كك ماده‌­ای سیاه رنگ است كه به طور عمده از كربن تشکیل شده و از تجزيه حرارتی هيدروكربن­‌هاي سنگين نفت خام و منابع قیری به دست می­‌آيد که طی آن ته مانده‌­های سنگین نفتی و قیر قطران زغال سنگ به انواع گازها، مایعات و کک تبدیل می­‌شود. کک به دست آمده از منابع نفتی در مقایسه با کک‌­های منابع زغال سنگ به دلیل خاکستر کم مورد توجه است. کک بر اساس مواد اولیه و عوامل فرایندی تولید، به کک‌دان‌ه­ای، اسفنجی و سوزنی تقسیم می‌­شود. هر کدام از انواع کک خصوصیات و ترکیبات شیمیایی منحصر به خود را دارند که طبق آن کاربردهای گوناگونی در صنایع پیدا می‌­كنند.

فرایند کک سازی

کک سازی فرایندی متشکل از مراحل تجزیه حرارتی، پلیمریزاسیون و کنداسیون است که در آن ته­ ماده‌­های سنگین نفتی (Petroleum Residue) به انواع گازها، مایعات و ماده جامد با درصد بالای کربن، به نام کک نفتی تبدیل می­‌شود. کک نفتی به دست آمده، که تکلیس نشده است، کک سبز نامیده می‌شود. براساس خوراک اولیه، کک‌­های گوناگونی به دست می‌­آید که عمدتا به سه نوع: دانه‌­ای (Shot Coke)، اسفنجی (Sponge Coke)، و سوزنی (Needle Coke)، تقسیم بندی می­‌شوند. ساختار فیزیکی و میزان خلوص کک نفتی کاربرد آن را تعیین می­‌کند.

روش‌­های کک سازی

فرایند کک سازی تبدیل باقیمانده‌­های سنگین به کک و مواد دیگر را ممکن می­‌سازد. این فرآیند بیشتر در مناطقی مطرح می­‌شود که از سوخت­‌های سنگین استفاده چندانی نمی­‌کنند و در نتیجه باقیمانده­‌های سنگین بی‌مصرف می‌­مانند. در این حالت می­‌توان از فرآیند کک سازی استفاده کرد که در واقع یک شکست حرارتی شدید است و فرآورده‌­های آن عبارتند از: کک، گاز، بنزین و گازوئیل که معمولا به عنوان خوراک شکست کاتالیستی و نیز هیدروکرکینگ به کار می­­‌رود. در ادامه به توضیح اجمالی روش‌­های کک سازی پرداخته می­‌شود.

  1. کک‌سازی تاخیری

از نظر آماری، امروزه برای فرآوری مواد باقیمانده، بیشتر از روش کک سازی تأخیری استفاده می­‌شود. با وجود مقبولیت این واحد، تعداد کمی سازنده و پالایشگر دانش طراحی کک سازی تأخیری را دارند. کک سازی تأخیری یک فرآیند شکست گرمایی شدید است که در پالایشگاه­‌های نفتی برای بهبود و تبدیل ته‌مانده‌­های نفتی به مایعات، گازها و کک نفتی به کار می­‌رود. برای رسیدن به دمای مناسب شکست گرمایی( 505-485 درجه سانتی‌گراد) از لوله­‌های بزرگ عمودی که با مشعل گرم می‌­شوند، استفاده می‌­شود.

زمان ماندن در کوره بسیار کوتاه است و کک سازی تا زمانی که خوراک به درام‌های بزرگ کک سازی برسد به تعویق می‌­افتد. این فرایند به صورت نیمه مداوم انجام می­‌گیرد در حالی که جریان خوراک مداوم است؛ اما جداسازی کک تولید شده به صورت دوره‌­ای انجام می‌­‌شود. جریان خوراک بین یک یا چند عدد درام تغییر می­‌كند. یک درام به صورت لحظه­‌ای با خوراک پر شده و درام دیگر سرد می‌شود. کک‌­های موجود در آن به صورت هیدرولیک جدا شده و سپس دوباره گرم می‌شود.

  1. فلکسی کک

خوراک این فرایند می‌تواند هر نوع نفت سنگینی باشد. خوراک ابتدا حدود 315 تا 370 درجه سانتی‌گراد پیش گرم شده و به درون راکتور اسپری می­‌شود تا با بستر داغ و سیالی کک در تماس قرار بگيرد. این کک داغ از گرمکن کک (با نرخ جریانی که راکتور را به صورت سیالی نگه دارد) بین 510 تا 540 درجه سانتی‌گراد به راکتور بازگردانده می­‌شود. کک بازگشتی از گرمکن کک، حرارت کافی برای تبخیر خوراک و واکنش شکست را فراهم می­‌كند. بخارشکسته شده از سیکلون عبور می­‌كند و سپس در اسکرابر بالای راکتور خنک می­‌شود. برخی از بخارات سنگین در اسکرابر میعان یافته و به راکتور باز می­‌گردند.

کک تولید شده در شکست به صورت فیلم نازک بر روی سطح کک­‌های موجود می‌­نشیند. در پایین راکتور، کک با بخار جدا می­‌شود تا محصولات واکنش با کک خروجی از راکتور ترکیب نشوند. کک از راکتور به سمت گرمکن در دمای حدودا 593 درجه سانتیگراد جریان می‌­یابد. گرمکن کک نیز یک تجهیز بستر سیال است. در ادامه جریان کک وارد سومین بستر سیال می­‌شود و در آنجا با هوا و بخار برای تولید یک گاز شامل کربن مونوکسید، هیدروژن، کربن دی‌اکسید و نیتروژن، واکنش میدهد. سیستم به گونه‌ای طراحی شده که محصول کک در این راکتور بین 60 تا 97 درصد گازی سازی می­‌شود. ارزش حرارتی گاز کک تولیدی، از گاز طبیعی نیز کمتر است.

  1. کک سازی سیال

کک سازی سیال روشی ساده از نسخه فلکسی کک سازی است. در این روش کک گازی سازی نمی­‌شود؛ بنابراین تنها دو بستر سیالی شده وجود دارند. کک سازی سیال روش جدیدتری است ولی عیب آن تولید کک پودری شکل است که کاربرد آن توأم با اشکال است. خوراک ابتدا در حدود 300 درجه سانتی‌گراد گرم شده و وارد راکتور می‌­شود. در راکتور کک به صورت بستر سیال داغ وجود دارد و دمایش حدود 450 درجه سانتی گراد است. شکست خوراک بلافاصله پس از ورود به راکتور انجام شده و مقدار زیادی کک تشکیل می‌­شود که بر روی ذرات کروی کک موجود در راکتور رسوب می­‌كند. این ذرات به طور مداوم از پایین راکتور خارج و به یک گرمکن فرستاده می‌­شود. در آنجا قسمتی از کک (حدود 5 درصد) به کمک جریان هوا سوزانده شده و به این ترتیب دما تا 620 درجه سانتی‌گراد بالا می‌­رود. قسمت اعظم کک دوباره به راکتور برگردانده می‌­شود و بقیه آن که میزان کک خالص است، از پایین گرمکن خارج شده و پس از سرد شدن با آب به انبار فرستاده می‌شود. فرآورده­‌های سبک خروجی از بالای راکتور وارد یک ستون تفکیک کوچک شده و در آنجا گاز و بنزین و گازوئیل از یکدیگر جدا می­‌شوند.

مقایسه روش­‌های کک سازی

مزیت اصلی کک سازی فلکسی، تولید گاز با سولفور پایین است. بازده کک در روش بستر سیال، 70 تا 80 درصد دستگاه کک سازی تأخیری است. بازده فلکسی کک نیز 2 تا 40 درصد بازده دستگاه کک سازی تأخیری است.

به صورت تقریبی سرمایه گذاری کک سازی سیال و کک سازی تأخیری برای یک خوراک مشخص یکسان است؛ اما کک سازی فلکسی 30 درصد سرمایه بیشتری می­‌طلبد. الزاامات فنی برای کک سازی بستر سیال بسیار بیشتر از کک سازی تأخیری است (به دلیل چرخش جامدات بین بسترهای سیال).

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

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

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