کک نفتی کلسینه شده چیست؟ (CALCINED PETCOKE (CPC))
مادهای کربن دار به رنگ سیاه یا خاکستری مات به شکل جامد که از کلسینه کردن کک نفتی خام تولید میشود. این ماده از نظر شیمیایی و فیزیکی تقریباً بیاثر است. در طی این فرایند ، قسمت زیادی از مواد فرار و رطوبت موجود در کک خام از ماده خارج شده به طوری که مواد فرار باقی مانده به کمتر از یک درصد میرسد و در نتیجه درصد وزنی کربن افزایش مییابد.
کک نفتی کلسینه به علت شرایط حرارتی بسیار بالایی که کک نفتی در آن تولید میشود، کک نفتی مقدار بسیار کمی مواد فرار دارد. در نتیجه این نوع کک به علت مقدار کم مواد فرار، با تاخیر شروع به سوختن میکند. چگالی واقعی می تواند میزان ساختار آن و درجه منظم شدن کریستال را نشان دهد. بنابراین از چگالی واقعی کک کلسینه شده میتوان برای ارزیابی کیفیت کک نفتی و کیفیت فرآیند کلسینه استفاده کرد. برای بدست آوردن خواص کک کلسینه شده مورد نیاز صنایع کربن و گرافیت، کک باید در دمای 1150-1350 درجه سانتیگراد یا بالاتر قرار گیرد تا چگالی و رسانایی حاصل شود.
تفاوت اصلی کک نفتی خام و کلسینه شده : مقدار هیدروکربن باقی مانده یا همان ماده فرار در دو محصول متفاوت است. پردازش اضافی مواد فرار را حذف میکند و درصد کربن عنصری را افزایش میدهد که منجر به پتانسیل کمتری برای سمیت کک کلسینه شده میشوند.
آنالیز گرین کک (محصول ورودی):
| درصد کربن ثابت (fixed C) | 90-88 درصد |
| میزان درصد گوگرد (mass sulfur) | کمتر از 9/0 درصد |
| میزان خاکستر (ASH content) | 1/0 الی 8/0 درصد |
| میزان درصد مواد فرار (VM) | 9 الی 10 درصد |
| میزان درصد رطوبت(total moisture) | 8 درصد |
| چگالی واقعی (real density) | 04/2 الی 06/2 گرم بر سانتی متر مکعب |
| دانه بندی | 50-0 میلیمتر به طور معمول |
| اندازه متوسط کریستال | کمتر از 18 آنگسترم |
| ارزش حرارتی | 7800 کیلو کالری بر کیلو گرم |
کوره پخت آهک و بررسی فرآیند تولید آهک
آنالیز کک نفتی کلسینه شده (محصول خروجی):
| درصد کربن ثابت (fixed C) | 95 الی 5/98 درصد |
| میزان درصد گوگرد ( mass sulfur) | 08/2 درصد |
| میزان خاکستر ( ASH content) | 8/0 درصد |
| میزان درصد مواد فرار( VM) | کمتر از 5/1 الی 2 درصد |
| میزان درصد رطوبت( total moisture) | کمتر از 7/0 درصد |
| چگالی واقعی( real density) | 01/2 الی 04/2 گرم بر سانتی متر مکعب |
| قابلیت جذب (Absorbency) | 92 درصد |
| دانه بندی | بسته به سفارش مشتری |
| حالت فیزیکی ماده در دمای 20 درجه | جامد سیاه رنگ |
| حلالیت در آب | نامحلول |
| اندازه متوسط کریستال | کمتر از 35 آنگسترم |
کاربرد کک نفتی کلسینه شده :
جهت شارژ کردن کربن در صنایع فولاد سازی ، ریختهگری چدن، صنایع آلومینیم سازی، صنایع آند سازی، صنایع نسوز در کوره‌های قوس الکتریک و برای ساخت آند برای صنعت ذوب آلومینیوم ، فولاد و تیتانیم مورد استفاده میگیرد.
کلسینه کردن کک نفتی فرآیندی سه مرحله ای است:
شامل خشک کردن( تجزیه حرارتی) ، تبخیر ( پلیمریزاسیون) ، متراکم شدن
توضیح فرآیند کلسیناسیون :
کلسینه کردن فرآیندی با دمای بالا برای تغییر خواص فیزیکی کک نفتی خام است. کلسینه کردن باعث میشود تا رطوبت حذف شده و مواد فرار از بین بروند، همچنین موجب افزایش چگالی ساختار کک، استحکام فیزیکی و هدایت الکتریکی کک میشوند. اکثر فرآیندهای تکلیس صنعتی در کوره های دوار انجام می شود. عملکرد اصلی کوره دوار تامین گرمای کافی برای بالا بردن جامدات تا دمای واکنش و ترویج اختلاط موثر این جامدات به منظور اطمینان از یکنواختی انتقال حرارت است. پوسته کوره ها از فولاد با ضخامت 25 میلی متر ساخته می شوند.
کک نفتی خام معمولا به صورت کلوخه هایی با اندازه 50 تا 100 میلی متر به سیلوهای خوراک تغذیه می شود، سپس با نسبتهای کنترل شده به کوره دوار به واسطه یک لوله تغذیه انتقال مییابد. کوره به طرف پایین و در محل انتهای تخلیه زاویه دار بوده و دارای شیب 2-5 درجه ای است که با سرعت 2-4 دور در دقیقه می چرخد. پس از ورود به کوره دوار، رطوبت از کک نفتی خام در “منطقه پیش گرم” خارج می شود. تبخیر زدایی بیشتر در دمای 500 تا 1000 درجه سانتیگراد در “منطقه تبخیر” رخ می دهد. دمای زیاد باعث شکستن کک به قطعات کوچکتری می شود و گرد و غبار بیشتری تولید میکند که یا داخل کوره میسوزند یا به سمت گازهای خروجی هدایت میگردند.
پروژه استخراج، فرآوری و دانه بندی باریت بخش اول
هیدروژن زدایی بیشتر و مقداری گوگرد زدایی در “منطقه کلسیناسیون” در دمای 1200-1400 درجه سانتیگراد انجام می شود. در این ناحیه، ساختار کک نفتی خام متراکم و منقبض می شود و ساختار کریستالی آن اصلاح می شود. همانطور که کک نفتی خام در جریان مخالف کوره دوار به سمت مشعل پیش می رود، دما تا حداکثر 200 درجه سانتیگراد در حدود 13 تا 20 متر قبل از پایان تخلیه کوره دوار افزایش می یابد. زمان کلسیناسیون کک نفتی خام در 5 الی 15 دقیقه در انتهای کوره اتفاق میافتد.
گرمایش، احتراق مواد فرار و اثر بخشی کلسیناسیون مستلزم این است که شرایط حداکثر دمایی کک در محلی بسیار نزدیک به انتهای تخلیه کک کوره باشد. سوختی که در این فرآیند استفاده میشود گاز طبیعی و یا نفت هست که مطلوبترین سوخت گاز طبیعی هست زیرا خاکستر و دوده کمتری دارد. برخی از کوره ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، به ویژه NOx حرارتی، به جای هوا از اکسیژن استفاده می کنند.
دمای تخلیه کک نفتی کلسینه شده توسط یک پیرومتر نوری کنترل می شود. دما توسط مقدار گاز طبیعی، هوای احتراق اضافی، سرعت چرخش کوره دوار و نرخ خوراک کک نفتی خام کنترل می شود. کک نفتی خام در حدود 40 تا 60 دقیقه در داخل کوره دوار حرکت می کند و در انتهای کوره دوار (تخلیه) از طریق لوله ای با پوشش نسوز به یک خنک کننده دوار هدایت می شود. کولر نیز یک استوانه فولادی شبیه به کوره دوار است، اما معمولاً از نظر قطر کوچکتر، کوتاهتر و در دورهای بالاتر از کوره دوار است که در این فرآیند با اسپری آب در قسمت جلویی می چرخد.
توضیحات جامع درباره فرآوری کک نفتی و تقسیم بندی آن
آب با استفاده از گرمای نهان تبخیر آب برای خنک شدن، اسپری شده و با کک نفتی کلسینه شده داغ در تماس است. در مکان هایی که کیفیت آب پایین است و برای سرمایش مستقیم مناسب نیست، از کولرهای سیلندر چرخشی غیرمستقیم آب خنک استفاده می شود. کک نفتی کلسینه شده حدود 20 دقیقه در خنک کننده می ماند و سپس روی تسمه نقاله با دمای بالا یا فیدرهای پیچی تخلیه می شود. کامپیوترها اسپری های آب را کنترل و تنظیم می کنند تا دمای کک نفتی کلسینه شده را در حدود 120 تا 180 درجه سانتیگراد در خروجی خنک کننده حفظ کنند تا محصول کلسینه شده خشک بماند.
از آنجایی که مواد فراری که در طی تکلیس از کک خارج می شوند، تقریباً 5/1 الی 2 برابر، مقدار سوخت مورد نیاز را (1343 کیلوژول بر کیلوگرم) برای فرآیند کلسینه کردن دارند، این مواد فرار برای استفاده در فرآیند کلسینه کردن ایده آل هستند. اکثر کوره های مدرن دارای فن های هوای روی پوسته برای سوزاندن مواد فرار در ناحیه کلسینینگ هستند که در شکل 4 نشان داده شده است.
منطقه ای که مواد فرار در آن سوخته و منجر به افزایش نرخ تولید شده و نیاز به سوخت اضافی را کاهش می دهد. عیب اصلی استفاده از هوای سوم سرعت گرمایش سریعتر در محدوده بحرانی 500-700 درجه سانتیگراد است که ممکن است منجر به کیفیت کک ضعیف‌تر نسبت به بدون هوای سوم شود.
