مزیت‌های جایگزینی کک پیرولیزی با کک نفتی
پيروليز (كراكينگ يا شكست حرارتي هيدرو كربن‌ها با بخار)، فرآيندي است كه طي آن كراكينگ هيدروكربن‌ها در كويل‌هاي كراكينگ (راكتور) در زمان ماند كوتاه و دماي خيلي زياد صورت مي‌گيرد.
فرآیند شکست حرارتی با بخار هیدروکربن‌ها (پیرولیز) یک واکنش به شدت گرماگیراست و انرژی لازم توسط یک کوره تأمین می‌شود. این فرآیند متشکل از یک‌سری واکنش‌های رادیکالی است که پیچیدگی مکانیسم واکنش بستگی به ماهیت خوراک دارد. طی واکنش‌های مطلوب، واکنش‌های نامطلوب نیز شکل می‌گیرند که باعث ایجاد کک در کویل‌های کوره (راکتور) می‌شود.
از پیرولیز به طور عمده در فرآوری مواد آلی استفاده می‌شود. به طور کلی، پیرولیز مواد آلی، ترکیبات فراری را به همراه رسوب غنی از کربن بدست می‌دهد.
کربن و مواد غنی از کربن، خواص مطلوبی دارند اما حتی در دماهای بالا هم غیرفرار هستند. در نتیجه، از پیرولیز برای تولید انواع مختلفی از ترکیبات کربن استفاده می‌شود که در سوخت، تولید فولاد و سایر موارد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
از پیرولیز به طور عمده در صنایع شیمیایی همچون تولید اتیلن بهره می‌گیرند. کاربردهای ایده‌آل پیرولیز شامل موارد زیر است:
- تبدیل «سوخت زیستی» (Biomass) به «گاز سنتز» (Syngas) و «زغال زیستی» (Biochar)
- بازیافت پلاستیک‌ها تبدیل آن‌ها به نفت
- تبدیل زباله‌ها به مواد یکبار مصرف
فرایند پیرولیز
پيروليز (كراكينگ يا شكست حرارتي هيدرو كربن‌ها با بخار)، فرآيندي است كه طي آن كراكينگ هيدروكربن‌ها در كويل‌هاي كراكينگ (راكتور) در زمان ماند كوتاه و دماي خيلي زياد صورت مي‌گيرد. قلب اين كوره‌ها كويل‌هاي ناحيه تشعشعي است كه در واقع راكتور جريان پالاگي براي پيروليز هيدروكربن‌ها محسوب مي‌شود. بخار به منظور افزايش گزينش‌پذيري (به گزيني) الفين و كاهش تشكيل كک با كاهش فشار جزئي هيدروكربن‌ها افزوده مي‌شود.
در واقع، فرآيند پيروليز عبارتست از تبديل کنترل شده پليمرها به مايعات با جرم مولکولي پايين و با حالت فيزيکي مايع و يا گاز که اين فرآيند با حرارت غیر مستقیم و در غياب هوا و اکسيژن، با حضور کاتالیست و در خلا انجام مي‌شود. راندمان اين فرآیند در حدود 70% است که به عبارتي 70% خوراک مصرفي به هیدروکربن‌های سبک و سنگین، 5% به کک که هیچگونه آلایندگی زیست محیطی نداشته و 25% به گازهاي سوختي تبديل مي‌شوند که می‌توان 30% حرارت لازم براي واحد توليدي را از همین گازها تامین کرد.
در فرآیند پیرولیز درون رآکتور مولکول‌های زنجیره پلیمری پلاستیک در کنار کاتالیست و در غیاب اکسیژن با حرارت غیرمستقیم شکسته شده و به هیدروکربن‌های سبک و سنگین تبدیل می‌شود. همچنان که دیده می‌شود، این ترکیبات صرفا هیدروکربنی بوده و در این روش، پلی اتیلن و پلی پروپیلن تحت کاتالیست تا بیش از 70% تولید هیدروکربن می‌کند که این ترکیبات جدا شده و برای فرآوری نهایی از کارخانه خارج می‌شوند و هیچ گونه آلودگی ندارند.
با توجه به نوع خوراک، گازهای متصاعد شده شامل متان، اتان، پروپان و بوتان است، 25% گاز تولیدی بدون هیچ مشکلی در مشعل‌ها و یا فلر سوزانده می‌شود. از سوزاندن این ترکیبات و یا مشتقات آن‌ها نیز فقط دی اکسید کربن و بخار آب تولید می‌شود و طبق فرایند سیستم هیچ گاز هیدروکربنی به صورت مستقیم وارد محیط نمی‌شود. سوخت عادی مشعل‌ها نیز گازوئیل است که با توجه به عملکرد کامل مشعل‌ها، گازوئیل کامل سوخته و هیچ دودی تولید نمی‌شود که این موضوع توسط کارشناسان قابل راستی آزمایی و تایید است.
در خاتمه با توجه به اینکه در فرآیند پیرولیز هیچ ترکیب اکسیژن دار – نیتروژن دار و گوگرد داری به عنوان خوراک استفاده نمی‌شود، در نتیجه خود به خود ترکیبات سمی مانند فوران، دی اکسین و … تولید نشده و حتی اگر احتمال تولید چنین ترکیباتی وجود داشت، با توجه اینکه تمامی گازها سوزانده می‌شوند، این ترکیبات نیز سوزانده شده و به دی اکسید کربن و بخار آب تبدیل می‌شوند.
مواد خروجی به دست آمده شامل : آب، کک، سیم حاصل از تایرهای مستعمل و گاز هستند.
تشکیل کک پیرولیزی
با تشكيل مونو اكسيد كربن، دي اكسيد كربن و تار از تركيبات آروماتيكي و استيلني تشكيل كک توسط هيدروژن زدايي و صورت مي‌گيرد. با هر چند نظرات مختلفي در مورد دسته بندي كك‌هاي فرآيند پيروليز وجود دارد؛ اما به طور كلي ميعان را مي‌توان بر اساس شكل‌گيري آن‌ها در طي واكنشي مجزا، چون مرحله كاتاليستي و مرحله پيروليزي دسته‌بندي کرد.
كک پيروليزي نرم بوده و با توجه به ماهيت فرايندي كه به كک تبديل مي‌شود به دو نوع كک گازي و ميعان تقسیم می‌شود. كک گازي با هيدروزن زدايي هيدروكربن‌هاي الفيني سبك همچون استيلن تشكيل مي‌شود و كک حاصل از ميعان با ميعان / پليمريزاسيون / هيدروزن زدايي تركيبات سنگين آروماتيكي بوجود مي‌آيد.
وجود هيدروكربن‌هاي آروماتيكي در خوراک تمايل به ايجاد متان، بوتان و بوتادين و تشكيل كک را افزايش داده و باعث كاهش Yield Ethylene مي‌شود. وجود تولوئن و بنزن در خوراك عامل توليد مقادير زياد هيدروكربن‌هاي آروماتيكي قليايي تک حلقه‌اي است. به طور كلي هرچه جرم مولكولي خوراک افزايش مي‌يابد نرخ تشكيل كک نيز افزايش مي‌يابد. در پيروليز اتمسفريک گازوئيل نرخ تشكيل كک دو تا چهار برابر بيشتر از تشكيل كک در موره كراكينگ نفتا با شرايط مشابه است.
مزیت‌های کک پیرولیزی
بر اساس نتایج حاصل از تحقیقات پژوهشگران دانشگاه تبریز، جایگزینی کک پیرولیزی حاصل از صنایع الفین با کک نفتی در صنایع فولاد و ریخته گری، عدم نیاز به واردات کک نفتی، صرفه‌جوئی کلان اقتصادی، رفع اثر تحریم‌ها ممکن می‌شود. بر اساس نتایج این مطالعات علاوه بر مشکل بازاریابی شرکت‌های پتروشیمی در زمینه فروش کک پیرولیزی می‌توان مشکل شرکت‌های ریخته‌گری را از نظر صرفه جوئی اقتصادی واردات کک نفتی و رفع اثر تحریم ها را حل کرد.
منبع: برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترودگرافیتی
