این مقاله در مورد کک سوختی مشتق شده از زغال سنگ است. برای کک سوختی حاصل از نفت ، به کک نفت مراجعه کنید.
کک خام

اصطلاح "کک" فاقد صلاحیت معمولاً به محصولی که از ذغال سنگ قیر کم خاکستر و کم گوگرد توسط فرآیندی به نام کک سازی بدست می آید گفته می شود. محصولی مشابه به نام کک نفتی یا کک خانگی از روغن خام پالایشگاه های نفت بدست می آید. کک همچنین ممکن است به طور طبیعی توسط فرآیندهای زمین شناسی تشکیل شود.

چین

منابع تاریخی مربوط به قرن 4 تولید کک در چین باستان را توصیف می کنند. [2] چینی ها برای اولین بار حداکثر تا قرن نهم از کک برای گرم کردن و پخت و پز استفاده می کردند. [نیاز به منبع] در دهه های اول قرن یازدهم ، آهنگران چینی در دره رودخانه زرد شروع به سوختن کوره های خود با کک کردند و مشکل سوخت خود را در این زمینه حل کردند. منطقه کم درخت. [3]
بریتانیا

در سال 1589 ، حق ثبت اختراع به توماس پروکتور و ویلیام پترسون برای ساخت آهن و فولاد و ذوب سرب با "ذغال سنگ خاک ، ذغال سنگ دریایی ، چمن و ذغال سنگ نارس" اعطا شد. حق ثبت اختراع حاوی کنایه متمایز از تهیه ذغال با "پخت و پز" است. در سال 1590 ، حق اختراع به رئیس یورک اعطا شد تا "ذغال سنگ گودال را تصفیه کند و از بوی توهین آمیز آن خارج کند". [4] در سال 1620 ، با اشاره به استفاده از کک در ذوب سنگ معادن و ساخت فلزات ، حق ثبت اختراع به شرکتی متشکل از ویلیام سنت جان و سایر شوالیه ها اعطا شد. در سال 1627 ، حق ثبت اختراع به سر جان هاکت و اکتاویوس دو استرادا برای یک روش ارائه ذغال سنگ دریایی و ذغال سنگ گودال به اندازه ذغال سنگ برای سوزاندن در خانه ها ، بدون بوی بد و دود تجویز شد. [5]

در سال 1603 ، هیو پلات پیشنهاد کرد که ممکن است ذغال سنگ به روش مشابه زغال سنگ از چوب سوخته شود. این فرآیند تا سال 1642 مورد استفاده قرار نگرفت ، زمانی که از کک برای بو دادن مالت در دربشایر استفاده شد. پیش از این ، تولید کنندگان چوب از چوب استفاده می کردند ، زیرا از ذغال سنگ دودی در آبجو استفاده نمی شود زیرا بخارات گوگردی آن طعم بدی به آبجو می دهد. [6] این یک پیشرفت در کیفیت در نظر گرفته شد و "تغییری که همه انگلیس تحسینش می کردند" ایجاد شد - روند کک اجازه می دهد تا یک مایه سبک تری از مالت ایجاد شود ، و منجر به ایجاد چیزی می شود که در اواخر قرن هفدهم میلادی به نام آل کمرنگ نامیده می شد. [5]

در سال 1709 ، آبراهام داربی اول یک کوره بلند با کک ایجاد کرد تا چدن تولید کند. مقاومت خرد کننده برتر کک باعث می شود کوره های بلند بلندتر و بزرگتر شوند. در دسترس بودن ارزان قیمت آهن یکی از عوامل منجر به انقلاب صنعتی بود. قبل از این زمان ، آهن سازی مقادیر زیادی زغال چوب را که با سوزاندن چوب تولید می شد ، استفاده می کرد. از آنجا که تطبیق جنگل ها نتوانستند تقاضا را برآورده کنند ، جایگزینی کک به جای زغال در انگلیس رایج شد و کک با سوزاندن ذغال سنگ در انبوهی روی زمین ساخته شد به طوری که فقط لایه خارجی آن سوخت و قسمت داخلی توده را ترک کرد در حالت گازدار در اواخر قرن هجدهم ، اجاق های کندوی آجری ساخته شد که امکان کنترل بیشتر روند سوختن را فراهم می کرد. [7]

در سال 1768 ، جان ویلکینسون کوره عملی تری برای تبدیل ذغال سنگ به کک ساخت. [8] ویلکینسون با ساختن انباشته های زغال سنگ در اطراف یک دودکش مرکزی کم که با آجرهای سست و با دهانه هایی برای ورود گازهای احتراق ساخته شده است ، روند کار را بهبود بخشید و در نتیجه محصول کک بهتر حاصل شد. با مهارت بیشتر در شلیک ، پوشاندن و خاموش کردن توده ها ، بازده از اواسط قرن نوزدهم از حدود 33٪ به 65٪ افزایش یافت. صنعت آهن اسکاتلند در سه ماهه دوم قرن نوزدهم و با اتخاذ روند انفجار داغ در مزارع ذغال سنگ خود به سرعت گسترش یافت. [9]

در سال 1802 ، یک باتری کندوی زنبور عسل در نزدیکی شفیلد راه اندازی شد تا درز Silkstone را برای استفاده در ذوب فولاد بوته کک کند. تا سال 1870 ، 14000 کوره کندوی عسل در مزارع ذغال سنگ دورهام غربی وجود داشت که قادر به تولید 4،000،000 تن طول (4،480،000 تن کوتاه ؛ 4،060،000 تن) کک بود. به عنوان سنجشی از میزان گسترش کک سازی ، تخمین زده شده است که نیازهای صنعت آهن در اوایل دهه 1850 حدود 1،000،000 تن طول (1،120،000،000 تن کوتاه ؛ 1،020،000 تن) در سال بود ، در حالی که در سال 1880 این رقم به 7000،000 تن طول (7،800،000 تن كوتاه ؛ 7،100،000 تن) رسيد كه از اين تعداد حدود 5،000،000 تن طول (5،600،000 تن كوتاه؛ 5،100،000 تن) در شهرستان دورهام ، 1،000،000 تن طول (1،120،000 تن كوتاه ؛ 1،020،000 تن) در مزارع ذغال سنگ ولز جنوبي ، و 1،000،000 تن طول (1،120،000،000 تن کوتاه ؛ 1،020،000 تن) در یورکشایر و دربیشایر. [9]

در سالهای اول موتورهای بخار ، کک سوخت طبیعی بود. این نتیجه یک قانون اولیه زیست محیطی بود. هر لوکوموتیو پیشنهادی مجبور بود "دود خود را مصرف کند". [10] دستیابی به این هدف تا زمان استفاده از طاق جعبه آتش امکان پذیر نبود ، اما سوزاندن کک ، با انتشار دود کم ، مطابق با نیاز بود. این قانون بی سر و صدا کنار گذاشته شد و زغال سنگ ارزان تر به سوخت عادی تبدیل شد ، زیرا راه آهن در بین مردم مورد استقبال قرار گرفت. به نظر می رسد اکنون ستون دود تولید شده توسط یک لوکوموتیو در حال حرکت نشانه ای از یک راه آهن بخار است و از این رو برای فرزندان بعدی نیز حفظ شده است.

به اصطلاح "کارهای گاز" با گرم کردن زغال سنگ در محفظه های بسته ، کک تولید می شود. گاز قابل اشتعالی که در آن قرار داده شده بود ، در نگهدارنده های گاز ذخیره می شد تا در داخل و صنعت برای پخت و پز ، گرمایش و روشنایی استفاده شود. از آنجا که شبکه های زیرزمینی لوله ها از بیشتر شهرها عبور می کردند ، این گاز معمولاً "گاز شهری" شناخته می شد. در دهه بعد از سال 1967 جایگزین آن "گاز طبیعی" (ابتدا از میدان های نفتی و گازی دریای شمال) بود. و برای تأمین گرما در محل های داخلی قبل از ظهور گرمایش مرکزی.

ایالات متحده
تصویر استخراج زغال سنگ و کک سوزاندن از سال 1879
اجاق های کک زغال سنگ در Cokingale ، کلرادو ، کارخانه های تولید فولاد را در Pueblo ، Colorado تأمین می کردند.

در ایالات متحده ، اولین استفاده از کک در کوره آهن در حدود سال 1817 میلادی در کوره و کارخانه نورد پلاساک آیزاک میسون در شهرستان فایت ، پنسیلوانیا رخ داد. [11] در اواخر قرن نوزدهم ، مزارع ذغال سنگ پنسیلوانیا غربی منبع غنی از مواد اولیه کک سازی را فراهم کردند. در سال 1885 ، شرکت زغال سنگ و آهن روچستر و پیتسبورگ [12] طولانی ترین رشته اجاق کک جهان را در والستون ، پنسیلوانیا ، با 475 تنور به طول 2 کیلومتر (1.25 مایل) ساخت. میزان تولید آنها به 22000 تن در ماه رسید. کوره های کک مینرسویل در هانتینگدون ، پنسیلوانیا ، در سال 1991 در فهرست ثبت ملی اماکن تاریخی ثبت شده است. [13]

بین سالهای 1870 و 1905 ، تعداد اجاق های کندوی عسل در ایالات متحده از حدود 200 به تقریباً 31000 افزایش یافت ، که فقط در منطقه پیتسبورگ تقریباً 18،000،000 تن کک تولید کرد. [14] یک ناظر به خود می بالید که اگر در قطار بارگیری شود ، "تولید سال یک قطار را آنقدر طولانی می کند که موتور جلوی آن قبل از شروع کابوس از حیاط های کانلزویل به سانفرانسیسکو می رود و به کانلزویل برمی گردد!" " تعداد اجاق های کندوی عسل در پیتسبورگ در سال 1910 تقریباً 48000 تن بود. [15]

اگرچه سوختی با کیفیت بالا تولید می کرد ، اما کک سازی باعث مسمومیت مناظر اطراف شد. پس از سال 1900 ، آسیب جدی محیطی ناشی از کک کندوی کندوی عسل توجه ملی را به خود جلب کرد ، اگرچه این آسیب ده ها سال این منطقه را آزار داده بود. دبلیو جی لاوك از كمسیون مهاجرت آمریكا در سال 1911 خاطرنشان كرد: "دود و گاز بعضی از اجاق ها همه گیاهان اطراف جوامع معدن كوچك را از بین می برد." (16) رئیس دانشگاه ویسکانسین ، چارلز ون هیزه ، با عبور از منطقه با قطار ، "ردیفهای طولانی تنورهای کندوی عسل را دید که ابرها از آن می ترکد و ابرهای دود متراکمی از آن خارج می شود و آسمان را تاریک می کند. شب هنگام با این سوزاندن های متعدد ، صحنه به طرز غیرقابل توصیفی زنده می شود. کوره های کندوی عسل ، کل منطقه تولید کک را یکی از آسمان های مات و مبهم ساخته است: بی روح و ناسالم.

کوره های کک صنعتی
اجاق کک در کارخانه سوخت بدون دود ، Abercwmboi ، South Wales ، 1976

به تولید صنعتی کک از زغال سنگ کک گفته می شود. این زغال سنگ در یک کوره بدون هوا ، "کوره کک" یا "کوره کک سازی" ، در دمای بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد (3600 درجه فارنهایت) اما معمولاً در حدود 1000-1،100 درجه سانتیگراد (1800-2000 درجه فارنهایت) پخته می شود. [ 17] این فرآیند مواد آلی را در زغال سنگ بخار یا تجزیه می کند و محصولات فرار از جمله آب را به صورت گاز ذغال سنگ و ذغال سنگ قیر می راند. باقیمانده غیر فرار تجزیه بیشتر کربن است ، به شکل یک ماده جامد سخت تا حدی شیشه ای است که ذرات ذغال سنگ اصلی و مواد معدنی را سیمان می کند.

برخی از تأسیسات دارای اجاق های کک سازی "جانبی" هستند که در آن محصولات تجزیه فرار جمع آوری ، خالص سازی و برای استفاده در صنایع دیگر به عنوان مواد اولیه سوخت یا مواد شیمیایی جدا می شوند. در غیر این صورت محصولات فرعی فرار برای گرم شدن کوره های کک سوزانده می شوند. این یک روش قدیمی است ، اما هنوز هم برای ساخت و ساز جدید استفاده می شود. [18]

زغال سنگ قیر باید مجموعه ای از معیارهای استفاده به عنوان ذغال کک را داشته باشد ، که توسط تکنیک های خاص سنجش ذغال تعیین می شود. اینها شامل رطوبت ، خاکستر ، گوگرد ، محتوای فرار ، قیر و پلاستیک بودن است. هدف این ترکیب ، تولید کک با مقاومت مناسب است (که معمولاً با قدرت کک پس از واکنش اندازه گیری می شود) ، در حالی که مقدار مناسبی از جرم را از دست می دهد. از دیگر ملاحظات مربوط به ترکیب می توان به اطمینان از عدم تورم زیاد کک در هنگام تولید و از بین بردن کک کک از طریق فشارهای زیاد دیواره اشاره کرد.

هرچه ماده فرار موجود در زغال سنگ بیشتر باشد ، می توان محصول جانبی بیشتری تولید کرد. به طور کلی در نظر گرفته شده است که سطح 26-29٪ مواد فرار در ترکیب ذغال سنگ برای اهداف کک سازی مناسب است. بنابراین انواع مختلف زغال سنگ به تناسب مخلوط می شوند تا قبل از شروع فرآیند کک سازی به سطوح قابل قبولی از نوسانات برسند. اگر دامنه انواع زغال سنگ خیلی زیاد باشد ، کک حاصل از مقاومت و محتوای خاکستر بسیار متفاوتی برخوردار است و معمولاً غیرقابل فروش است ، اگرچه در بعضی موارد ممکن است به عنوان یک سوخت گرم کننده معمولی فروخته شود. از آنجا که کک ماده فرار خود را از دست داده است ، نمی توان دوباره کک کرد.

زغال کک با زغال سنگ حرارتی متفاوت است ، اما از همان روند اساسی تشکیل زغال سنگ ناشی می شود. زغال کک دارای اجرام مختلفی از زغال سنگ حرارتی است ، یعنی اشکال مختلف ماده رویشی فشرده و فسیل شده که از زغال سنگ تشکیل شده است. انواع مختلف ماكرال از مخلوطهاي مختلف گونه هاي گياهي و تغييرات شرايط زغال سنگ بوجود مي آيد. ذغال کک پس از سوزاندن با توجه به درصد خاکستر آن درجه بندی می شود:

    درجه فولاد I (محتوای خاکستر بیش از 15 نیست)
    فولاد درجه دو (بیش از 15 but اما بیش از 18)
    واشر درجه I (بیش از 18 18 اما بیش از 21)
    واشر درجه II (بیش از 21 but اما بیش از 24)
    واشر درجه III (بیش از 24 but اما بیش از 28 28)
    واشر درجه IV (بیش از 28٪ اما بیش از 35) [19]

روند "کوره"

فرآیند کک سازی "کوره" ، با استفاده از زغال سنگ توده ای ، شبیه سوختن زغال بود. به جای انبوهی از چوب آماده شده ، پوشیده از شاخه ، برگ و خاک ، انبوهی از زغال سنگ وجود داشت که با گرد و غبار کک پوشانده شده بود. فرآیند کوره در نیمه های قرن نوزدهم در بسیاری از مناطق مورد استفاده قرار گرفت ، اما دو واقعه اهمیت آن را بسیار کاهش داد. اینها اختراع داغ انفجار در ذوب آهن و معرفی اجاق کک زنبور عسل بود. استفاده از انفجار هوای گرم به جای هوای سرد در کوره ذوب برای اولین بار توسط نیلسون در اسکاتلند در سال 1828 آغاز شد. [9] فرآیند ساخت کک از زغال سنگ فرآیند بسیار طولانی است. [نیاز به منبع]
اجاق گاز کک کندوی عسل
مقاله اصلی: کوره کندوی عسل

از اتاقک آجر آتش نشانی به شکل گنبد استفاده می شود که معمولاً به عنوان کوره کندوی عسل شناخته می شود. عرض آن معمولاً 4 متر (13.1 فوت) و ارتفاع 2.5 متر (8.2 فوت) است. سقف دارای یک سوراخ برای شارژ زغال سنگ یا سایر شعله های آتش از بالا است. سوراخ تخلیه در محیط قسمت تحتانی دیوار ایجاد شده است. در باتری اجاق کک ، تعدادی کوره در یک ردیف با دیواره های مشترک بین کوره های همسایه ساخته شده است. یک باتری از تعداد زیادی کوره ، گاهی صدها بار پشت سر هم تشکیل شده بود. [20]

ذغال سنگ از بالا وارد می شود تا یک لایه یکنواخت با عمق حدود 60 تا 90 سانتی متر (24 تا 35 سانتی متر) ایجاد کند. در ابتدا هوا برای اشتعال زغال سنگ تأمین می شود. کربونیزاسیون مواد فرار را شروع کرده و تولید می کند ، که در داخل درب جانبی نیمه بسته می سوزد. کربونیزاسیون از بالا به پایین انجام می شود و طی دو تا سه روز تکمیل می شود. گرما از طریق مواد فرار سوزان تأمین می شود بنابراین هیچ محصول جانبی بازیابی نمی شود. گازهای خروجی اجازه ورود به جو را دارند. کک داغ با آب خاموش می شود و به صورت دستی از طریق درب کناری تخلیه می شود. دیوارها و سقف گرمای کافی را برای شروع کربن شدن شارژ بعدی حفظ می کنند.

هنگامی که زغال سنگ در کوره کک سوزانده می شد ، ناخالصی های زغال سنگ قبلاً به دلیل تجمع گازها برای تشکیل سرباره ، از بین نرفته بود که در واقع یک ترکیب از ناخالصی های حذف شده بود. از آنجا که محصول کک مورد نظر نبود ، در ابتدا سرباره چیزی جز یک محصول جانبی ناخواسته نبود و دور ریخته شد. بعداً مشخص شد که کاربردهای مفیدی دارد و از آن زمان بعنوان ماده ای در ساخت آجر ، سیمان مخلوط ، زونا با پوشش گرانول و حتی به عنوان کود استفاده شده است. [21]
امنیت شغلی

با استنشاق ، تماس با پوست یا تماس چشمی افراد می توانند در محل کار در معرض انتشار کوره کک قرار بگیرند. سازمان ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA) حد قانونی برای قرار گرفتن در معرض انتشار کوره کک در محل کار را 0.150 میلی گرم در متر مکعب بخش محلول در بنزن در طی یک روز کاری هشت ساعته تعیین کرده است. انستیتوی ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) حد مجاز قرار گرفتن در معرض (REL) 0.2 میلی گرم در متر مکعب کسر محلول در بنزن را در طی یک روز کاری هشت ساعته تعیین کرده است. [22]
استفاده می کند

از کک به عنوان سوخت و به عنوان عامل کاهنده در ذوب سنگ آهن در کوره بلند استفاده می شود. [23] مونوکسیدکربن تولید شده توسط احتراق آن باعث کاهش اکسید آهن (هماتیت) در تولید محصول آهن می شود. (2 Fe 2 O 3 + 3 C ⟶ 4 Fe + 3 CO 2 {\ displaystyle {\ ce {2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3CO2}}} {\ displaystyle {\ ce {2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3CO2} }})

از کک معمولاً به عنوان سوخت آهنگر استفاده می شود.

از کک در استرالیا در دهه 1960 و اوایل دهه 1970 برای گرمایش خانه استفاده می شد ، [به نقل از منبع] اسموگ از لندن در سال 1952.

از آنجا که اجزای سازنده دود در طی کک سازی ذغال از بدن خارج می شوند ، کک سوخت مطلوبی را برای اجاق ها و کوره ها تشکیل می دهد که در آن شرایط برای سوزاندن کامل ذغال سنگ قیر مناسب نیست. ممکن است کک حاصل از تولید دود کم یا عدم دود باشد ، در حالی که ذغال سنگ قیر باعث تولید دود زیادی می شود. به دنبال ایجاد "مناطق بدون دود" در انگلستان ، کک به عنوان جایگزین سوخت بدون دود برای زغال سنگ در گرمایش خانگی مورد استفاده قرار گرفت.

کارخانه تقطیر پارک هایلند در اورکنی جو مالت را برای استفاده در ویسکی اسکاچ خود در کوره هایی که مخلوطی از کک و پیت را می سوزاند ، تفت می دهد. [24]

ممکن است از کک برای تولید گاز سنتز ، مخلوطی از مونوکسیدکربن و هیدروژن استفاده شود.

    سینگاس ؛ گاز آب: مخلوطی از مونوکسیدکربن و هیدروژن است که با عبور بخار از روی کک داغ قرمز (یا هر نوع ذغال سنگ کربن) ساخته می شود
    گاز تولید کننده (گاز مکش) ؛ گاز چوب؛ گاز ژنراتور؛ گاز مصنوعی: مخلوطی از مونوکسیدکربن ، هیدروژن و ازت ، که با عبور هوا از کک داغ قرمز (یا هر نوع ذغال سنگ کربن) ساخته می شود
    گاز کک کک تولید شده از کوره های کک مشابه Syngas با 60٪ هیدروژن حجمی است. [25] هیدروژن را می توان برای استفاده های مختلف (از جمله تولید فولاد) از گاز اجاق کک استخراج کرد. [26]

محصولات فرعی فنولیک

فاضلاب حاصل از کک سازی بسیار سمی و سرطان زاست. این ماده شامل مواد آلی فنلی ، معطر ، هتروسیکلیک و چند حلقه ای و مواد معدنی از جمله سیانیدها ، سولفیدها ، آمونیوم و آمونیاک است. [27] در سالهای اخیر روشهای مختلفی برای درمان آن مورد مطالعه قرار گرفته است. [28] [29] [30] قارچ پوسیدگی سفید Phanerochaete chrysosporium می تواند تا 80٪ فنل های حاصل از کک زباله را حذف کند. [31]

وزن مخصوص کک معمولاً در حدود 0.77 است. بسیار متخلخل است.

مهمترین خواص کک خاکستر و گوگرد است که به زغال سنگ مورد استفاده برای تولید بستگی دارد. کک با مقدار خاکستر و گوگرد کمتر در بازار بسیار گرانبها است. از دیگر مشخصات مهم می توان به شاخص های خرد کردن تست M10 ، M25 و M40 اشاره کرد که مقاومت کک را هنگام انتقال به کوره های بلند منتقل می کند. بسته به اندازه کوره های بلند ، قطعات کک ریز خرد شده نباید وارد کوره های بلند شوند ، زیرا مانع جریان گاز از طریق شارژ آهن و کک می شوند. یک ویژگی مرتبط شاخص مقاومت کک پس از واکنش (CSR) است. این نشان دهنده توانایی کک در مقاومت در برابر شرایط سخت داخل کوره بلند قبل از تبدیل شدن به ذرات ریز است.

محتوای آب در کک در پایان فرآیند کک سازی عملاً صفر است ، اما غالباً آب خاموش می شود تا بتوان آن را به کوره های بلند منتقل کرد. ساختار متخلخل کک مقداری آب را جذب می کند ، که معمولاً 3-6٪ از جرم آن است. در گیاهان کک مدرن ، روش پیشرفته خنک سازی کک از خنک کننده هوا استفاده می کند.

زغال سنگ قیر باید مجموعه ای از معیارهای استفاده به عنوان ذغال کک را داشته باشد ، که توسط تکنیک های خاص سنجش ذغال تعیین می شود.

باقیمانده جامد باقی مانده از تصفیه نفت توسط فرآیند "ترک خوردگی" نیز نوعی کک است. کک نفتی علاوه بر سوخت ، کاربردهای زیادی دارد ، مانند ساخت سلولهای خشک و الکترودهای الکترولیتی و جوشکاری.

کارخانه های تولید گاز سنگ گاز همچنین تولید کک به عنوان یک محصول نهایی است که کک خانه گازی نامیده می شود.

کک سازی مایع روشی است که مواد خام باقیمانده سنگین را به محصولات سبک تری مانند نفتا ، نفت سفید ، روغن گرمایش و گازهای هیدروکربن تبدیل می کند. اصطلاح "سیال" به این واقعیت اشاره دارد که ذرات جامد کک مانند یک فرآیند کک مایع مداوم در برابر فرآیند کک سازی تاخیر دسته قدیمی تر که در آن توده جامد کک به مرور زمان جمع می شود ، مانند یک جامد سیال رفتار می کنند.
همچنین ببینید

     زغال چوب به جای ذغال از چوب ساخته می شود
     تاریخچه گاز تولیدی
     لیست CO2 ساطع شده در هر میلیون Btu انرژی از سوخت های مختلف
     کک نفتی
     تجزیه در اثر حرارت