مشکلات خوراک‌های کک نفت چیست؟
خوراک موردنیاز کک نفتی موجود در ایران با مشکلاتی مانند گوگردزدایی مواجه است.
ماده اولیه مورد نیاز برای تولید کک از ته‌مانده برج تقطیر در خلاء پالایشگاه آبادان و CSO پالایشگاه اراک تامین خواهد شد.
در فرایند تولید کک نفتی، ماده اولیه (وکیوم باتوم پالایشگاهی)، به مواد باارزش‌تر نظیر کک نفتی و محصولات مایع (نفتا، گازوئیل، LPG) تبدیل می‌شود. نیاز فعلی صنعت آلومینیوم کشور به کک، سالانه 200 هزار تن است که در حال حاضر بخش زیادی از آن از طریق واردات تامین می‌شود و با توجه به رشد تولید آلومینیوم در کشور، نیاز به کک نیز افزایش خواهد یافت.
تشکیل مزوفاز و رشد آن حین کربونیزاسیون مهم‌ترین تأثیر را در تبدیل خوراک حالت مایع به کک جامد نهایی ایفا می‌کند. اهمیت شیمی کربونیزاسیون ارتباط بین ساختار شیمیایی ماده اولیه خوراک با خواص کک حاصل از جمله ریزساختار را مشخص می‌کند. کک‌سوزنی از مزوفاز رشد یافته از خوراک‌های پیچیده صنعتی در مراحل اولیه کربونیزاسیون به دست می‌آید.
مهم‌ترین نیاز برای تشکیل کک‌سوزنی، واکنش‌پذیری شیمیایی متوسط ترکیبات اولیه در خوراک و ترکیبات واسطه‌ای حین کربونیزاسیون است. این واکنش‌پذیری، شرایط را برای تشکیل مزوژن‌ها (پیش‌نیاز تشکیل مزوفاز) در راستای رشد در جهت ترجیحی در زمینه مایع که دارای گرانروی نسبتا پایینی است، در مدت زمان طولانی فراهم می‌کند. واکنش‌پذیری کلی حین کربونیزاسیون تأثیر یافته از تک تک ترکیبات و برهم‌کنش بین آن‌ها است.
یک خوراک به طور معمول از سه نوع ترکیب برحسب عملکرد تشکیل شده است:
- کسری با وزن مولکولی پایین که به عنوان حلال حین کربونیزاسیون عمل کرده یا از فاز مایع تبخیر شده و در تشکیل مزوفاز مشارکت می‌کند.
- کسری با وزن مولکولی بالاتر که نقش کلیدی در تشکیل مزوفاز ایفا می‌کند.
- سنگین‌ترین کسر وزنی که در قیر نفتی و قیر قطران زغال‌سنگ وجود دارد که به طور کامل در بقیه حلال‌ها غیرمحلول است و نقش مخرب برای تشکیل مزوفاز ایفا می‌کند.
کیفیت خوراک
پیش ماده‌های مورد نیاز برای تولید کک سوزنی به طور تاریخی محدود به ته‌ماندهای در دسترس همراه با ترکیب مولکولی آروماتیک و مستعد تشکیل کربن با ناهمسان‌گردی شدیدحین کربونیزاسیون بوده است. با این حال طبق جدول زیر ملزومات دیگری برای خوراک لحاظ می‌شود.
خوراک‌های مرسوم با داشتن شرایط بالا به ترتیب زیر است:
- قیر قطران زغال‌سنگ (CTP)
- نفت دوغاب حاصل از کراکینگ کاتالیستی بستر سیال (FCCDO)
- ته‌ماند تحت خلأ کم گوگرد (LSVR یا VR)
- قیر قطران اتیلن
- زغال‌سنگ تصفیه شده با حلال
- روغن RPO
به طور تئوری باید دستیابی به کک‌سوزنی از هر ته‌ماند سنگین کربنی با اعمال اصلاحات مناسب پیش از کربونیزاسیون ممکن باشد.
مشخصات و مشکلات خوراک‌های موجود در ایران
ته‌ماند برج کراکینگ کاتالیستی بستر سیال
به این ته‌ماند CSO گفته می‌شود و فقط پالایشگاه آبادان در ایران دارای واحد FCC است. ته‌ماند این واحد دارای 40 درصد ترکیبات آروماتیکی و 1 درصد گوگرد است. میزان ترکیبات آروماتیکی آن باید به بالای هفتاد درصد و گوگرد آن زیر نیم درصد برسد. پس به منظور افزایش میزان آروماتیکی می‌توان به وسیله حلال، ترکیبات آروماتیکی را استخراج کرد و از خروجی آروماتیکی آن استفاده کرد و برای کاهش گوگرد به واحد گوگردزدایی هیدروژنی نیاز است.
گوگردزدایی صنعتی توسط فرآیند HDS انجام می‌شود. در این فرآیند، هیدروژن تحت فشار بالا وارد سیال شده و با گوگرد واکنش می‌دهد و آن را از داخل سیال جدا می‌کند. آنچه در مورد خوراک‌های کک‌سازی تأخیری اهمیت دارد این است که این مواد، هیدروکربن‌های سنگین هستند و گرانروی بالایی دارند که باعث می‌شود گاز هیدروژن نتواند وارد آن‌ها شود.
همچنین درصورتی که دما برای کاهش گرانروی بالا رود، حلالیت گاز هیدروژن کاهش می‌یابد؛ بنابراین راه حل افزایش دما برای کاهش گرانروی عملا حذف می‌شود. همچنین فشار مورد نیاز برای گوگردزدایی سیال سبک در حدود atm70 و سیال‌های سنگین تا atm200 و دمایی در حدود 300 درجه سانتی‌گراد نیاز است که نشان از پیچیدگی تجهیزات این واحد دارد.
همچنین هزینه این واحد علاوه بر تجهیزات HDS شامل واحد تولید هیدروژن نیز است که عملا تولید کک‌سوزنی را فاقد ارزش اقتصادی می‌کند. بنابراین عملا استفاده از CSO با مشکل جدی گوگردزدایی مواجه است. همچنین تعامل با پالایشگاه آبادان که دارای ساختار دولتی پیچیده است نیز مزید بر علت شده تا استفاده از ته‌ماند FCC این پالایشگاه امکان‌پذیر نباشد.
روغن RPO
شرکت‌هایی که این روغن را در ایران تولید می‌کنند عبارتند از: ایرانول، نفت پارس، نفت سپاهان و بهران. میزان تولید این روغن در ایران زیاد است به طوری که شرکت بهران 124 هزار تن در سال از این ماده تولید می‌کند. عمده تولید روغن RPO ایران به خارج از کشور صادر می‌شود و مابقی آن در کارخانه‌های دوده‌سازی برای صنایع لاستیک سازی استفاده می‌شود. آنالیز این روغن به شرح زیر است:
میزان آسفالتین و آروماتیک روغن RPO در حد مطلوبی است؛ اما میزان گوگرد این ماده بسیار بالاست. بنابراین برای رسیدن به خوراک مطلوب باید گوگردزدایی انجام شود، اما گوگردزدایی روغن RPO نیز با مشکل جدی مواجه است.
قیر قطران زغال‌سنگ دو پالایشگاه قطران اصفهان و زرند دارای قیر قطران زغال‌سنگ است.
منبع: برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی
