کک نفتی
کک نفتی ، به اختصار کک یا پت کک ، ماده جامد نهایی غنی از کربن است که از تصفیه روغن به دست می آید و یکی از انواع گروه های سوختی است که به عنوان کک نامیده می شود. پت کوک ککی است که به ویژه از فرآیند ترک خوردگی نهایی حاصل می شود - یک فرآیند مهندسی شیمی مبتنی بر حرارت که هیدروکربن های زنجیره ای طولانی نفت را به زنجیره های کوتاه تری تقسیم می کند - که در واحدهایی موسوم به واحدهای کوکر صورت می گیرد. [1] (انواع دیگر کک از زغال سنگ بدست می آید.) به طور خلاصه بیان شده ، کک "محصول کربن زایی بخشهای هیدروکربن با جوش زیاد است که در فرآوری نفت (باقیمانده های سنگین) بدست آمده است." [1] همچنین پتک در تولید روغن خام مصنوعی نیز تولید می شود. (syncrude) از قیر استخراج شده از ماسه های نفتی کانادا و ماسه های نفتی اورینوکو ونزوئلا. [2] [3]
در واحدهای کوکر نفتی ، روغنهای باقیمانده حاصل از سایر فرآیندهای تقطیر مورد استفاده در تصفیه نفت در دما و فشار بالا پس از رانش گازها و مواد فرار ، و جدا کردن روغنهای سبک و سنگین باقیمانده تصفیه می شوند. این فرایندها "فرایندهای کک سازی" نامیده می شوند و معمولاً از کارخانه های مهندسی شیمی برای فرآیند خاص کک سازی تأخیری استفاده می کنند.
یک واحد کک تاخیری. نمودار جریان شماتیک چنین واحدی ، جایی که روغن باقیمانده در پایین سمت چپ وارد فرآیند می شود (see را ببینید) ، از طریق پمپ ها به شکننده اصلی (ستون بلند در سمت راست) ادامه می یابد ، باقی مانده آن ، نشان داده شده در سبز ، از طریق کوره به داخل طبلهای کک (دو ستون سمت چپ و مرکز) پمپ می شود ، جایی که کربن سازی نهایی در آنجا انجام می شود ، در دما و فشار بالا ، در حضور بخار.
این کک می تواند درجه سوخت (سرشار از گوگرد و فلزات) و یا درجه آند (گوگرد و فلزات کم) باشد. کک خام که مستقیماً از کوکر خارج می شود اغلب به عنوان کک سبز یاد می شود. [1] در این زمینه ، "سبز" به معنای پردازش نشده است. فرآوری بیشتر کک سبز با کلسیمی در کوره دوار ، هیدروکربنهای فرار باقیمانده را از کک خارج می کند. کک نفتی کلسینه شده را می توان بیشتر در اجاق گاز پخت آند پردازش کرد تا کک آندی به شکل و خصوصیات فیزیکی دلخواه تولید کند. آندها عمدتا در صنایع آلومینیوم و فولاد مورد استفاده قرار می گیرند.
پت کوک بیش از 80٪ کربن دارد و در هنگام سوختن 5٪ تا 10٪ دی اکسید کربن (CO2) بیشتری از ذغال سنگ بر اساس واحد انرژی تولید می کند. از آنجا که محتوای انرژی پتک بیشتر است ، پتک بین 30 تا 80 درصد CO2 بیشتر از ذغال سنگ در واحد وزن ساطع می کند. [3] تفاوت بین زغال سنگ و کک در تولید CO2 در واحد انرژی تولید شده به رطوبت موجود در زغال سنگ بستگی دارد ، که باعث افزایش CO2 در هر واحد انرژی - گرمای احتراق - و هیدروکربن های فرار موجود در زغال سنگ و کک می شود ، که باعث کاهش CO2 در هر واحد انرژی
انواع
حداقل چهار نوع اساسی کک نفتی وجود دارد ، یعنی کک سوزنی ، کک لانه زنبوری ، کک اسفنجی و کک شات. انواع مختلف کک نفتی به دلیل تفاوت در متغیرهای عملیاتی و ماهیت مواد اولیه ، ریزساختارهای مختلفی دارند. همچنین باید تفاوت های مهمی در خصوصیات انواع مختلف کک ، به ویژه خاکستر و مواد فرار مشاهده شود. [4]
کک سوزنی ، کک استیکال نیز نامیده می شود ، کک نفتی بسیار بلوری است که در تولید الکترودها برای صنایع فولاد و آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد و از ارزش ویژه ای برخوردار است زیرا الکترودها باید بطور منظم تعویض شوند. کک سوزنی به طور انحصاری از طریق ترکاندن روغن کاتالیزوری مایع (FCC) یا روغن قیر زغال سنگ تولید می شود.
کک لانه زنبوری یک کک میانی است ، دارای منافذ بیضوی است که به طور یکنواخت توزیع می شود. در مقایسه با کک سوزنی ، کک لانه زنبوری دارای ضریب انبساط حرارتی پایین تر و هدایت الکتریکی کمتری است. [4]
ترکیب بندی
پتك ، كه از طريق فرآيند كلسينس كردن تغذيه مي شود و در آن كك خام حرارت داده مي شود و يا تصفيه مي شود ، قسمت عمده اي از منبع را از بين مي برد. معمولاً پت کوک هنگام تصفیه ، فلزات سنگین را به عنوان مواد فرار یا انتشار آزاد نمی کند. [5]
بسته به موجودی خوراک نفت مورد استفاده ، ترکیب پتک ممکن است متفاوت باشد اما نکته اصلی این است که در درجه اول کربن است. [5] پتک در درجه اول از کربن تشکیل شده است ، در صورتی که پتک در شکل خالص می تواند 98-99 weigh وزن داشته باشد که با پر شدن هیدروژن یک ترکیب مبتنی بر کربن ایجاد کند. در فرم خام هیدروژن می تواند محدوده وزنی 3.0-4.0 داشته باشد. [5] پتك در نیتروژن خام (كك سبز) آن با مقدار 0/1 - 0/5 درصد و گوگرد 0/2–6/0 درصد پس از كلسین شدن كك به انتشار تبدیل می شود. [5]
Component | Raw (green) coke |
Carbon (wt%) | 80-95 |
Hydrogen (wt%) | 3.0-4.5 |
Nitrogen (wt%) | 0.1- 0.5 |
Sulfur (wt%) | 0.2-6.0 |
Volatile matter (wt%) | 5.0-15 |
Moisture (wt%) | 0.5-10 |
Ash (wt%) | 0.1- 1.0 |
Density (wt%) | 1.2- 1.6 |
Heavy Metals (ppm. wt) | |
Aluminium | 15-100 |
Boron | 0.1- 15 |
Calcium | 25- 500 |
Chromium | 5-50 |
Cobalt | 10-60 |
Iron | 50-5000 |
Manganese | 2-100 |
Magnesium | 10-250 |
Molybdenum | 10-20 |
Nickel | 10-500 |
Potassium | 20-50 |
Silicon | 50-600 |
Sodium | 40-70 |
Titanium | 2-60 |
Vanadium | 5-500 |
از طریق فرایند پردازش حرارتی ، با انتشار ماده فرار و گوگرد ، ترکیب وزن کاهش می یابد. [6] این فرآیند در پت کوک لانه زنبوری خاتمه می یابد که طبق نامگذاری یک ساختار کربن جامد است که سوراخ هایی در آن وجود دارد. [
Component | Petcoke (Calcined @ 2375 °F [5] |
Carbon (wt%) | 98.0-99.5 |
Hydrogen (wt%) | 0.1 |
Nitrogen (wt%) | |
Sulfur (wt%) | |
Volatile matter (wt%) | 0.2-0.8 |
Moisture (wt%) | 0.1 |
Ash (wt%) | 0.02-0.7 |
Density (wt%) | 1.9-2.1 |
Heavy Metals (ppm. wt) | |
Aluminium | 15-100 |
Boron | 0.1- 15 |
Calcium | 25- 500 |
Chromium | 5-50 |
Cobalt | 10-60 |
Iron | 50-5000 |
Manganese | 2-100 |
Magnesium | 10-250 |
Molybdenum | 10-20 |
Nickel | 10-500 |
Potassium | 20-50 |
Silicon | 50-600 |
Sodium | 40-70 |
Titanium | 2-60 |
Vanadium | 5-500 |
بسته به موجودی خوراک نفت مورد استفاده ، ترکیب پتک ممکن است متفاوت باشد اما نکته اصلی این است که در درجه اول کربن است. پتک در درجه اول از کربن تشکیل شده است ، در صورتی که پتک در شکل خالص می تواند 98-99 weigh وزن داشته باشد که با پر شدن هیدروژن یک ترکیب مبتنی بر کربن ایجاد کند. در فرم خام هیدروژن می تواند محدوده وزنی 3.0-4.0 داشته باشد. [5] پتك در نیتروژن خام (كك سبز) آن با مقدار 0/1 - 0/5 درصد و گوگرد 0/2–6/0 درصد پس از كلسین شدن كك به انتشار تبدیل می شود. [5]
سایر فلزات سنگین یافت شده را می توان در پتک به عنوان ناخالصی یافت ، به این دلیل که برخی از این فلزات پس از پردازش به عنوان فرار وارد می شوند.
درجه سوخت
کک با درجه سوخت به دو صورت کک اسفنجی یا مورفولوژی کک شات طبقه بندی می شود. در حالی که تصفیه کننده های روغن بیش از 100 سال است که کک تولید می کنند ، مکانیزم هایی که باعث تشکیل کک اسفنجی یا کک شات می شوند به خوبی درک نشده اند و نمی توان آنها را به طور دقیق پیش بینی کرد. به طور کلی ، دمای پایین و فشار بیشتر باعث شکل گیری کک اسفنجی می شود. علاوه بر این ، مقدار محلول های محلول هپتان و کسری از اجزای نور در خوراک کوکر نقش دارند.
گرچه گرمای زیاد و میزان خاکستر کم آن ، آن را به سوخت مناسبی برای تولید برق در دیگهای بخار زغال سنگ تبدیل می کند ، کک نفتی دارای گوگرد زیاد و محتوای فرار کمی است و این امر باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی (و فنی) در احتراق آن می شود. ارزش گرمایی ناخالص آن (HHV) نزدیک به 8000 کیلوکالری بر کیلوگرم است که دو برابر مقدار متوسط ذغال سنگ مورد استفاده در تولید برق است. [5] یکی از گزینه های معمول واحد بازیابی گوگرد برای سوزاندن کک نفتی ، فن آوری گوگرد زدایی گاز SNOX Flue [7] است که براساس فرآیند معروف WSA ساخته شده است. از احتراق بستر سیال معمولاً برای سوزاندن کک نفتی استفاده می شود. از گازرسانی به طور فزاینده ای با این ماده اولیه استفاده می شود (غالباً با استفاده از گاز دهنده هایی که خود در پالایشگاه ها قرار می گیرند)
کلسینه شده
کک نفتی کلسینه (CPC) محصولی است که از کک نفتی کلسینه می شود. این کک محصول واحد کوکر در یک پالایشگاه نفت خام است. از کک نفتی کلسینه شده برای ساخت آند برای صنعت ذوب آلومینیوم ، فولاد و تیتانیوم استفاده می شود. کک سبز باید دارای محتوای فلز کافی کافی باشد تا به عنوان ماده آند استفاده شود. کک سبز با این مقدار فلز کم را کک درجه آند می نامند. هنگامی که کک سبز دارای محتوای فلزی بیش از حد باشد ، کلسینه نمی شود و به عنوان کک درجه سوخت در کوره ها استفاده می شود.
گوگرد زدایی
محتوای زیاد گوگرد در پتک باعث کاهش ارزش بازار آن می شود و ممکن است به دلیل محدودیت در انتشار اکسیدهای گوگرد به دلایل زیست محیطی ، از استفاده به عنوان سوخت جلوگیری کند. بنابراین روشهایی برای کاهش یا از بین بردن محتوای گوگرد پتک پیشنهاد شده است. بیشتر آنها شامل دفع گوگرد معدنی موجود در منافذ یا سطح کک ، و تقسیم و حذف گوگرد آلی متصل به اسکلت کربن معطر است.
تکنیک های احتمالی گوگردزدایی نفت را می توان به شرح زیر طبقه بندی کرد: [8]
استخراج با حلال
درمان شیمیایی
گوگرد زدایی گرمایی
گوگرد زدایی در جو اکسید کننده
گوگرد زدایی در جو گاز گوگرددار
گوگرد زدایی در جو گازهای هیدروکربنی
گوگردزدایی
از سال 2011 هیچ فرآیند تجاری برای گوگردزدایی گل پت وجود نداشت. [9]
ذخیره سازی ، دفع و فروش
تقریباً کربن خالص ، پت کوک در صورت سوختن منبع مهمی از دی اکسید کربن است. [10]
کک نفتی ممکن است در انبوهی در نزدیکی پالایشگاه نفت در انتظار فروش باشد. به عنوان مثال ، در سال 2013 یک انبار بزرگ متعلق به Koch Carbon در نزدیکی رودخانه دیترویت توسط یک پالایشگاه Marathon Petroleum در دیترویت تولید شد که از نوامبر 2012 شروع به تصفیه قیر از ماسه های نفتی آلبرتا کرد. ذخایر بزرگ پتک در کانادا نیز وجود داشت سال 2013 و چین و مکزیک بازارهای پت کوک صادر شده از کالیفرنیا برای استفاده به عنوان سوخت بودند. از سال 2013 شرکت Oxbow ، متعلق به ویلیام I. Koch ، یک فروشنده عمده پت کوک بود و سالانه 11 میلیون تن فروش داشت. [11]
در سال 2017 ، یك چهارم صادرات سوخت ایالات متحده به هند انجام شد. در سال 2016 این میزان بیش از هشت میلیون تن بود ، بیش از 20 برابر سال 2010. [12] اداره کنترل آلودگی زیست محیطی هند ، گل پتوی وارداتی را که در نزدیکی دهلی نو استفاده می شد ، آزمایش کرد و میزان گوگرد را 17 برابر حد قانونی یافت. [12]
کنوانسیون بین المللی پیشگیری از آلودگی کشتی ها (MARPOL 73/78) ، که توسط IMO تصویب شده است ، دستور داده است که کشتی های دریایی نباید از سوخت های باقیمانده (سوخت پناهگاه و غیره) با محتوای گوگرد بیش از 0.5 درصد از سال 2020 استفاده کنند . [13] تقریباً 38٪ از سوخت های باقیمانده در بخش حمل و نقل مصرف می شود. در فرآیند تبدیل روغنهای باقیمانده باقیمانده به روغنهای سبکتر توسط فرایندهای کک سازی ، کک حیوان خانگی به عنوان محصول جانبی تولید می شود. انتظار می رود در آینده به دلیل کاهش تقاضا برای روغن باقیمانده ، در دسترس بودن کک حیوان خانگی افزایش یابد. از کک حیوان خانگی همچنین برای جلوگیری از مشکل دفع کک حیوان خانگی ، در کارخانه های متان سازی برای تولید گاز طبیعی مصنوعی و غیره استفاده می شود. [14]
خطرات سلامتی
کک نفتی گاهی اوقات منبعی از ریزگردها است که می تواند به فرآیند فیلتر مجاری تنفسی انسان نفوذ کند ، در ریه ها جا بیفتد و مشکلات جدی سلامتی ایجاد کند. مطالعات نشان داده است که کک نفتی میزان سمیت کمی دارد و هیچ مدرکی از سرطان زایی وجود ندارد. [15] [16]
کک نفتی می تواند حاوی وانادیوم ، فلز سمی باشد. وانادیوم در گرد و غبار جمع شده در خانه های اشغالی نزدیک کک نفتی ذخیره شده در کنار رودخانه دیترویت پیدا شد. طبق EPA وانادیوم در مقادیر کمی سمی ، 0.8 میکروگرم در متر مکعب هوا سمی است. [17]
طبق مطالعات و تجزیه و تحلیل های متعدد EPA ، کک نفتی دارای خطر کم سلامتی در انسان است. هیچ اثر سرطان زایی ، رشد و تولید مثلی ندارد. در طی مطالعات موردی حیوانات ، استنشاق مزمن با دوز مكرر التهاب تنفسی را به دلیل ذرات گرد و غبار نشان داد ، اما خاص كك نفتی نبود. [18]
خطرات زیست محیطی
نگرانی های زیست محیطی ناشی از ذخیره و احتراق پتک است. پس از پردازش پتک زباله جمع می شود و مدیریت زباله را به یک مسئله تبدیل می کند. محتوای بالای گل و لای ذغال سنگ 21.2٪ خطر دور شدن گرد و غبار فراری از تپه های پت کوک را در زیر باد شدید افزایش می دهد. تخمین زده می شود سالانه 100 تن گرد و غبار فراری پتکاک شامل PM10 و PM2.5 در ایالات متحده در جو منتشر شود. [19] مدیریت پسماند و آزاد سازی گرد و غبار فراری به ویژه در شهرهای شیکاگو ، دیترویت و خلیج گرین مسئله است. [18]
عوامل خارجی ناشی از پتک است که باعث اثرات بالقوه زیست محیطی می شود. پت کاک از نظر وزن 90٪ کربن اساسی است که به CO تبدیل می شود
2 در هنگام احتراق. استفاده از پتک همچنین تولید گوگرد و احتمال آلودگی آب از طریق رواناب و ذخیره سازی نیکل و وانادیوم را ایجاد می کند. [17]
همچنین ببینید
خنک کننده کک نفتی کلسینه شده
کک (سوخت)
تاخیر در کوکر
لیست CO2 ساطع شده در هر میلیون Btu انرژی از سوخت های مختلف
تار
اوریمولسیون
آلودگی هوا در هند
