نقش کلیدی کک نفتی کلسینه(cpc) در کاهش مصرف انرژی و تولید الکترود گرافیتی
با توسعه سریع اقتصاد در سطح جهان، مصرف انرژی در مقیاس وسیع در سال‌های اخیر افزایش یافته است. برای حل این مشکل، باور عمومی بر این است که بازیافت انرژی یک اقدام موثر برای کاهش مصرف انرژی است. کک نفتی کلسینه (cpc) یکی از مواد اولیه اساسی است که می‌تواند در صرفه‌جویی در مصرف انرژی نقش حائز اهمیتی ایفا کند. از این کک به‌طور گسترده‌ای در تولید آند الکترولیتی، الکترود گرافیتی، کربوریزر، سیلیکون صنعتی و سایر محصولات کربنی استفاده می‌شود.
کک نفتی چیست؟
کک نفتی، محصول جانبی صنعت پالایش نفت است و به همه انواع جامدات کربن‌دار مشتق شده از پالایش نفت اعم از خام، کلسینه و کک سوزنی اطلاق می‌شود. لازم به ذکر است که این کک در بسیاری از کاربردها از جمله الکترود و آند استفاده می‌شود. همچنین به‌عنوان سوخت در صنایع فولاد و آجر بسیار پرکاربرد است. به بیانی دیگر، کک نفتی، یک ماده نسبتا ارزان با ارزش حرارتی بالا و محتوای کربنی با پایداری شیمیایی خوب است که آن را به سوختی کارآمد و اقتصادی برای تولید فلز، آجر و محصولات مرتبط تبدیل می‌کند. از آنجایی که بیشتر محتوای این ماده، عنصر کربن است، بدون ایجاد آلودگی قابل توجهی، حرارت لازم را تأمین کرده و می سوزد. در ادامه به برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های کک نفتی پرداخته می‌شود:
- بوی خاص و سمی داشته و به راحتی قابل اشتعال می‌باشد.
- از قطران زغال سنگ فرآوری شده به دست می‌آید.
- دارای چسبندگی عالی، مقاومت در برابر آب، روغن و مواد شیمیایی مختلف بوده و از نظر این خواص، بسیار بهتر از قیر رزین نفتی است.
ترکیب شیمیایی کک نفتی
خوب است بدانید که ترکیب شیمیایی کک نفتی تفاوت اساسی با ترکیب کک زغال سنگ ندارد! بر همین اساس، ترکیب این ماده به این شرح است:
- کربن (90-95٪)
- گوگرد (تا 3٪)
- هیدروژن (بیش از 1٪)
- ترکیبی از نیتروژن و اکسیژن (حدود 1.5٪)
- و برخی از فلزات مختلف
نقش کک نفتی در تولید الکترود گرافیتی
از رایج‌ترین کاربردهای کک نفتی می‌توان به استفاده از این کک در تولید مواد رنگ آمیزی و همچنین استفاده از آن به‌عنوان سوخت و مواد اولیه آسفالت کربن سیاه اشاره کرد. همچنین از کک نفتی می‌توان گرافیت تولید کرد. همان‌طور که می‌دانید گرافیت، ماده اولیه تشکیل‌دهنده در ساخت الکترود گرافیتی کوره‌های قوس الکتریکی صنایع فولاد به شمار می‌رود. لازم به ذکر است که مشخصات این الکترودها به کیفیت و خلوص کک نفتی مورد استفاده بستگی زیادی دارد. به‌عنوان مثال، آن دسته از الکترودهای گرافیتی که از ضریب انبساط حرارتی پایین همراه با مقاومت در برابر دمای بالا برخوردار هستند، نسبت به سایر الکترودهای گرافیتی از تقاضای بالایی در صنعت فولاد برخوردار هستند.
فرایند کک کردن
کک کردن فرآیندی است که در آن، مواد خام مایع با یک دمای بسیار بالا حرارت داده می‌شوند. نتیجه این روند، تشکیل یک رسوب جامد به نام کک نفتی است. به عبارت ساده، کک، زغال سنگ سختی است که در دمای بالا در کوره های مخصوص پخته شده و به‌صورت مصنوعی تولید می‌شود. کک به طور سنتی در متالورژی استفاده می‌شود، به‌عنوان مثال، در ذوب آهن خام برای تولید آهن.
تجزیه حرارتی یا پیرولیز
به طور کلی، تجزیه حرارتی یا پیرولیز پدیده‌ای است که در آن مولکول‌های بزرگ به مولکول‌های دیگر تجزیه می‌شوند، که برخی از آنها واکنش‌پذیر هستند و با برخی دیگر ترکیب می‌شوند و مولکول‌هایی حتی بزرگ‌تر از مولکول‌های موجود در بار اصلی شکل می‌دهند. مولکول‌های پایدارتر، سیستم را به صورت گاز یا بنزین تجزیه شده ترک می‌کنند، اما مولکول‌های واکنشی که پلیمریزه یا متراکم می‌شوند، قیر و کک را تشکیل می‌دهند.
فرایندهای کک سازی
فرآیندهای کک سازی متعددی مانند فلکسیک(کلسینه کردن)، کک‌سازی سیال و کک سازی تأخیری وجود دارد و بسته به نوع خوراک در فرآیند کک سازی و واکنش‌هایی که در آن رخ می‌دهد، انواع کک به دست می‌آید: اسفنجی، لانه زنبوری و سوزنی که از نظر ظاهری و در برخی خواص مانند ضریب انبساط حرارتی و هدایت الکتریکی تفاوت چشمگیری دارند.
فرایند کلسینه کردن
کلسینه کردن، یک فرآیند گرمایش با دمای بالا است که برای حذف مواد فرار باقی مانده از تولید کک نفت خام استفاده می‌شود. کک نفتی کلسینه (cpc)، ماده‌ای جامد و کربنی است که از تقطیر کک نفتی سبز (محصول جانبی تقطیر نفتی) در دمای بین 1250 تا 1400 درجه سانتی‌گراد در کلسینرهای کوره دوار یا دودکش‌های دوار با سرعت کنترل شده به دست می‌آید. مهم‌ترین مشخصه این کک، داشتن محتوای کربن بالا و محتوای خاکستر کم است.
ماهیت کک نفتی کلسینه (cpc)
این کک، محصول واحد کک در یک پالایشگاه نفت خام است. مهم‌ترین کاربرد کک نفتی کلسینه (cpc) مربوط به ساخت الکترود گرافیتی و آند در صنعت ذوب آلومینیوم، فولاد و تیتانیوم می‌باشد. به تعریفی دیگر، کک نفتی کلسینه شده یک ماده کربنی با خلوص بالا است که با حرارت دادن کک نفتی سبز تولید می‌شود. این عملیات حرارتی، رطوبت، مواد فرار و ناخالصی‌ها را از بین برده و رسانایی الکتریکی کک را افزایش می‌دهد. لازم به ذکر است که صنعت آلومینیوم، مصرف‌کننده عمده کک نفتی کلسینه (cpc) است و تقریباً 80 درصد تقاضا برای این ماده کربنی را تشکیل می‌دهد و در حال حاضر نیز اینگونه تخمین زده می‌شود که به طور میانگین برای تولید هر تن آلومینیوم؛ 400 کیلوگرم کک کلسینه شده، مصرف می‌شود. از این کک همچنین در فرآیند ریخته‌گری نیز بسیار استفاده می‌شود.
ساختار کک نفتی کلسینه (cpc)
ساختار کک نفتی کلسینه (cpc)، متشکل از آرایش بلورهای گرافیتی با اشکال، جهت‌ها و اندازه‌های مختلف است که از سوراخ‌هایی عبور می‌کنند که ابعاد آنها بر اساس خلوص، شرایط فرآیند و ویژگی‌های باقی‌مانده نفت خامی که کک کلسینه مذکور از آن به دست می‌آید، متفاوت است. درجه تبلور یا نظم ساختاری آن و در نتیجه خواص فیزیکی ـ شیمیایی کک نفتی کلسینه (cpc)، عمدتاً توسط ترکیب این بقایا تعیین می‌شود.
کاربردهای کک نفتی کلسینه (cpc)
لازم به توضیح است که از کک نفتی کلسینه (cpc) که اغلب دارای گوگرد و ناخالصی‌های فلزی کم است، برای ساخت آند برای صنعت فولاد استفاده می‌شود.( روش های تولید فولاد ) این آندها باید متراکم، قوی، رسانای الکتریکی و دارای خلوص کربن بالا باشند. در فرآیند تولید آند، کک نفتی کلسینه شده با قطران زغال سنگ مخلوط می‌شود. مطابق با دستورالعمل داده شده، این ماده به همراه قطران ذغال سنگ به مخلوط کن وارد می‌شود و در دمای 185 درجه سانتی‌گراد مخلوط می‌شود. جرم آند حاصل به یک پرس هیدرولیک فرستاده می‌شود تا آندهای «سبز» تشکیل شود. همچنین از کک نفتی کلسینه شده به طور گسترده در صنایع تولید فولاد و مصالح ساختمانی، سیستم‌های تولید و ماشین آلات مختلف استفاده می‌شود.
تفاوت پودر کک نفتی و دوغاب کک نفتی
در نهایت لازم به ذکر است که پودر کک نفتی و دوغاب کک نفتی متعلق به هیدروکربن ها هستند و به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شوند. هر دو محصول را می‌توان در کاربردهای صنعتی سوزاند و هر دو حاوی نیتروژن، کلر، گوگرد و ترکیبات فلزات سنگین هستند. با این حال بسیاری از افراد تعجب می‌کنند که تفاوت آنها در چیست؟ در پاسخ به این سوال، لازم به ذکر است که هنگام سوزاندن این دو ماده، ارزش حرارتی پودر کک نفتی بسیار بیشتر از دوغاب کک نفتی بوده و موجب می‌شود که احتراقی آسان‌تر و پایدارتر ایجاد شود.
نتیجه‌گیری
به ویژه صنعت فولاد و آلومینیوم، نقشی حیاتی در بهینه‌سازی مصرف انرژی و افزایش بهره‌وری ایفا می‌کند. این ماده با داشتن محتوای بالای کربن، رسانایی مناسب و پایداری شیمیایی، نه تنها در تولید آند و الکترود گرافیتی کاربرد دارد بلکه در فرآیندهای ریخته‌گری و تولید سایر ترکیبات کربنی نیز ارزشمند است. با توجه به فرآیندهای پیشرفته‌ای نظیر کلسینه کردن و تجزیه حرارتی، کک نفتی به ماده‌ای تبدیل می‌شود که خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوبی دارد و می‌تواند نیازهای روزافزون صنایع سنگین را برآورده کند. از سوی دیگر، تفاوت‌های موجود میان پودر و دوغاب کک نفتی نیز بسته به کاربردهای خاص صنعتی، امکان انتخاب بهینه را برای تولیدکنندگان فراهم می‌سازد. در مجموع، CPC نه تنها یک منبع کارآمد انرژی است، بلکه با توجه به ویژگی‌های فنی خود، نقشی تعیین‌کننده در آینده صنایع پرمصرف انرژی ایفا می‌کند.
سلام . بسیار عالی .
درود بر شما مقاله بسیار عالی و آموزنده ای بود .