تکلیس کک چیست؟
کک‌نفتی کلسینه شده از طریق انجام عملیات کلسینه کردن بر روی کک خام 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 بر حسب 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 کک نفتی 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
