کک پترولیوم و کاربردهای آن در صنعت

کک پترولیوم (Petroleum coke) نوعی سوخت و یک ماده جامد سرشار از کربن است که در جریان پالایش نفت بدست می آید. این ماده را با نام های تجاری فراوان از جمله کک نفتی نیز می شناسند. فرایند نهایی تولید این محصول کراکینگ است که از جمله فرایندهای مهندسی شیمی به حساب می‌آید. طی این فرایند مهندسی شیمیایی هیدروکربن‌ های زنجیره‌ ای نفت در قسمت هایی تحت عنوان واحد کوکر، به زنجیره‌های کوتاه‌ تر تقسیم می‌ شوند. از دیگر عبارت های مطرح شده برای این محصول کربونازیسیون است که از برش‌های سنگین هیدروکربنی نفت با دمای جوش بالا بدست می آید.

ویژگی های منحصر به فرد کک پترولیوم

کک پترولیوم از ارزش حرارتی بسیار بالاتری به نسبت کک متالورژی برخوردار است. همچنین دارای میزان خاکستر کمتری بوده و به دلیل قرار گیری در شرایط دمایی بالا و شدید حرارتی میزان بسیار کمی ماده فرار سوختی تولید می کند. در نتیجه کک نفتی یا پترولیوم به دلیل برخورداری از میزان کم ماده فرار، قرارگیری آن در حالت سوختن بسیار سخت خواهد بود. لازم به ذکر است که نفتی غیر تکلیس شده را در اصطلاح کک سبز می نامند و معمولا از آن به عنوان سوخت و یک ماده سوختنی استفاده می شود. از دیگر ویژگی های این نوع کک وجود درصد بالای کربن تثبیت شده، گوگرد و خاکستر بسیار اندک است.

کک نفتی چیست؟

کک پترولیوم یا کک نفتی یکی از مشتقات و محصولات حاصل از پالایش نفت خام است. در نتیجه می توان این ماده را یک محصول فرعی بدست آمده از نفت دانست که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. در ساختار و ترکیبات این ماده مقدار قابل توجهی فلزات سنگین مانند نیکل و وانادیم وجود دارد. همچنین گوگرد نیز به عنوان یک ترکیب دیگر در آن قابل مشاهده است.

انواع کک پترولیوم کدام است؟

کک پترولیوم به چهار دسته تقسیم می شود که عبارتند از:

• کک سوزنی
• کک لانه زنبوری
• کک اسفنجی
• کک شلیک شده

انواع مختلف ذکر شده از کک نفتی دارای ساختاری متفاوت هستند. این امر به دلیل تفاوت در متغیرهای عملیاتی و ماهیت مواد اولیه در این نوع کک ها می باشد. به همین دلیل می توان تفاوت های مهم و متعددی را برای این چهار نوع کک عنوان کرد. از جمله تفاوت های میان کک های نفتی شامل خواص، محتوای خاکستر و ماده فرار می باشند. در خصوص کک لانه زنبوری باید گفت که این نوع کک یک محصول یا کک میانه است و با منافذ بیضی شکل و یکنواخت همراه می باشد. کک سوزنی نیز که آن را با عنوان کک اسکولیک نیز می شناسند، نوعی کک نفتی با حالت کریستالی بالا است. از این نوع کک برای تولید الکترود مورد نیاز در صنایع فولاد و آلومینیوم استفاده می شود. بنابراین تولید و استفاده از از این نوع کک از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.

از طرفی کک پترولیوم نوع سوزنی را از روغن ترک خوردگی کاتالیزوری مایع (FCC) و یا روغن تار زغال سنگ تولید می کنند. در مقایسه ‌میان کک سوزنی و کک لانه زنبور باید گفت که کک لانه زنبوری از ضریب انبساط حرارتی و هدایت الکتریکی کمتری برخوردار است.

کاربردهای کک نفتی در کجاست؟

کاربردهای کک پترولیوم – Petroleum coke بر اساس کیفیت آن تعیین می شوند. در حال حاضر این ماده را در دو نوع خام (سبز) و تکلیس شده تولید و در دسترس صنعتگران حوزه های مختلف قرار می دهند. از نوع خام آن به عنوان سوخت استفاده می شود. زیرا در ترکیب آن مقدار زیادی گوگرد و خاکستر وجود دارد. بنابراین از این نوع نمی توان استفاده های چندانی کرد. با این حال می توان از آن در موارد زیر استفاده کرد.

• تولید سیمان
• واحد آب و برق
• پالایشگاه‌ها
• صنایع کاغذ
• سیلیکون کاربید
• پوشش عایق در کوره
• سوخت
• گرافیت.
• به عنوان منبع اصلی کربن به منظور تولید فسفر عنصری
• کاربید کلسیم و کاربید سیلیکون
• تولید آند های سلول های الکتریکی احیایی آلومینا‌
• تولید الکترود برای کوره ی الکتریکی به منظور تولید فسفر. عنصری، دی اکسید تیتانیم، کاربید کلسیم و کاربید سیلیکون

دلیل استفاده از کک نفتی گوگرد دار در این صنایع آن است که    مواد فرار کافی برای ایجاد شعله ندارد. بنابراین از آن به همراه زغال استفاده می شود. نسبت زغال تقریبا ۷۰ درصد و نسبت کک نیز ۳۰ درصد است. علاوه بر آن از کک نفتی در صنایع فولادسازی، صنایع ذوب آلومینیوم و صنایع تولید اکسید تیتانیوم نیز بهره گرفته می شود که همگی جزو کاربردهای غیر سوختی این ماده بشمار می آیند.

کاربردهای کک در صنعت آلومینیوم

یکی از مهم ترین کاربردهای کک پترولیوم استفاده از آن در صنایع آلومینیوم است. از کک نفتی جهت ساخت آنـد در تولید محصولات کربنی، گرافیتی و فلز آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین با استفاده از این محصول می توان مقادیر بالایی از نیاز صنایع آلومینیوم را مرتفع کرد. در رابطه با کک نفتی مورد استفاده در صنعت آلومینیوم کشور نیز باید اذعان کرد که نیاز فعلی به آن به در حدود ۲۰۰ و ۴۵ هزار تن در سال می باشد. بنابراین با توجه به تقاضای بالای صنعتگران حوزه آلومینیوم به استفاده از کک نفتی بخشی از نیاز کشور از راه واردات تامین می شود.

انواع فرآیند‌های تولید کک پترولیوم

برای تولید کک پترولیوم از فرایند های متعددی استفاده می شود که عمدتا در دو دسته کک سازی تاخیری و کک سازی در بستر سیال جای می گیرند. برخی از فرایندهای دیگر شامل موارد ذیل می باشند.

• کک‌سازی فرآیندی متشکل از مراحل تجزیه حرارتی
• پلیمریزاسیون
• چگالش

ساختار کک پترولیوم

ساختار کک پترولیوم با این ترتیب است که دارای بیش از ۹۰٪ کربن است. در زمان سوختن هر واحد انرژی ۵ تا ۱۰ درصد کربن دی اکسید بیشتر از زغال سنگ آزاد می کند. چنین خاصیتی سبب می شود تا از ان در تبدیل فولاد به چدن استفاده کرد. همچنین در هر واحد وزن هم مابین ۳۰ تا ۸۰ درصد بیشتر از زغال سنگ کربن دی اکسید آزاد می نماید.

جمع بندی

کک پترولیوم یک محصول فرعی بدست آمده از پالایش نفت خام است. این ماده از کربن تشکیل می شود و از مقدار زیادی گوگرد و فلزات سنگین مانند نیکل و وانادیم برخوردار می باشد. از این ماده در موارد متعددی از جمله در صنعت آلومینیوم و بسیاری صنایع دیگر استفاده می شود.