روش‌های تولید کک؛ بهترین و رایج‌ترین‌های روش‌های 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.
-
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.
-
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.
-
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
