توضیحات جامع درباره فرآوری کک نفتی و تقسیم بندی آن بخش سوم

کک نفتی و تقسیم بندی ارزش حرارتی کک باید حداکثر و رطوبت آن باید حداقل باشد. (مقدار رطوبت کک بستگی به مدت زمان توقف در برجهای خاموش کننده و نیز مقدار جذب آب در کک دارد.) . اگر کک دارای گوگرد ، خاکستر و وانادیوم زیاد باشد بعنوان سوخت مصرف می شود.

بررسی روشهای گوگردزدایی از کک نفتی

چكیده

کک مصرفی در صنایع آلومینیم باید دارای مقدار مشخصی گوگرد (کمتر از 3 درصد )باشد. در صنایع آلومینیم، آندهای با گوگرد زیاد دارای طول عمر کمتر، مصرف انرژی بیشتر و همچنین آثار زیست محیطی گسترده ای در طول الکترولیز هستند. چندین روش برای حذف گوگرد کک نفتی دردسترس است. هدف اصلی ، بررسی انواع روشهای گوگردزدایی کک نفتی به منظور دستیابی به کک کم گوگرد است.

علاوه بر حفظ محیط زیست، اهمیت کاهش گوگرد کک نفتی در تامین خوراک واحدهای آلومینیم سازی است . برای جداسازی پیوندهای S-C در کک نفتی از روشهایی مانند گوگردزدایی به روش استخراج با حلال، تکلیس، جداسازی با مواد مذاب و تصفیه هیدورژنی استفاده میکنند. با بررسی مطالعات انجام شده، گوگردزدایی کک به روش استخراج با حلال به حداکثر 33 درصد، تکلیس 76 درصد، جداسازی با مواد مذاب 73 درصد و تصفیه هیدروژنی 76 درصد رسیده است که باتوجه به شرایط عملیاتی فرایندها و تغییراتی که در کک ایجاد میکنند در نهایت روش گوگردزدایی با تکلیس در مقیاس صنعتی استفاده میشود.

1.مقدمه

یکی از مصرف های کک نفتی، استفاده از آن برای تولید آند کربنی در صنایع آلومینیم است. ساختار کک، چگالی، مقدار ماده فرار، گوگرد، فلزات و خاکستر کک از پارامترهای مهم کک نفتی محسوب میشوند. براساس نوع خوراک واحد کک سازی تاخیری، کک های متفاوتی به دست می آیند که شامل انواع دانه ای و سوزنی، اسفنجی است. افزایش تولید آلومینیم، نیاز به کک آندی را بیشتر کرده است. میزان گوگرد برای کک نفتی در صنایع آلومینیم سبب کاهش طول عمر آند و نیز پیش آمدن مسائل زیست محیطی میشود.

اما پالایشگاه ها مسائل زیست محیطی کک را در نظر نمی گیرند، پس باید گوگرد کک را از روشهای دیگری کاهش داد. امروزه به دلایل زیست محیطی،  اغلب صنایع آلومینیمی کک پرگوگرد را به مقدار قابل توجهی مصرف نمیکنند، با این حال افزایش نیاز به کک برای صنایع  آلومینیمی، برخی از واحدها را مجبور به مخلوط کردن کک پر گوگرد برای تولید کک آندی کرده است. در هنگام آماده سازی و پخت آند، اگر دما از یک حد مشخص بالاتر  برود عمل گوگردزدایی اتفاق می افتد، که این حذف گوگرد سبب  افزایش تخلخل آند و نیز کاهش چگالی آند میشود. این کاهش چگالی، سبب کاهش بازده سل الکترولیز و افزایش گازهای گلخانه ای میشود.

2 .گوگرد موجود در کک نفتی

گوگرد موجود در کک نفتی از میان چهار عنصر(H.O.N.S) قویترین پیوندها را شامل میشود که مقدار زیادی از این عنصر

قوی در دمای بالای 1400درجه سلسیوس آزاد میشود. به طورکلی، گوگرد موجود در کک نفتی می تواند به شکل های زیر

باشد: گوگرد متصل به چارچوب آروماتیک ها که بین حلقه های آروماتیک قرار گرفته است،

گوگردی که روی سطح ساختار آروماتیکی قرار گرفته است و گوگردی که متصل به زنجیره های کربنی است. جداسازی گوگرد در دو حالت اول بسیار دشوار تر از گوگرد حالت سوم است.

پروژه استخراج، فرآوری و دانه بندی باریت بخش اول

3 .تأثیر گوگرد بر محیط زیست و خواص آند

معمولا کک نفتی مصرفی برای تولید کک آندی دارای 3 تا 2/3 درصد وزنی گوگرد است. اما صنایع آلومینیم مقداری از کک نفتی پرگوگرد را با کک کم گوگرد مخلوط میکنند. اگر میزان گوگرد موجود در کک نفتی زیاد باشد، بر فرایند الکترولیرز اثر منفی میگذارد. تخلخل کک اسفنجی نفوذپذیری بسیار خوبی به آن می‌بخشد. پس یک ساختار مکانیکی قوی و در هم تنیده پس از پخت آند ایجاد می‌شود.

4. 4. گوگردزدایی از کک نفتی

4 -1 گوگردزدایی به روش استخراج با حلال

جداسازی با حلالهای شیمیایی یکی از ساده ترین روش های  گوگردزدایی کک نفتی است. در این روش حلال انتخابی باید بتواند  ترکیبات گوگرددار موجود در کک نفتی را در خود حل کند. ترکیبات گوگرددار موجود در کک نفتی اغلب آروماتیکی اند، به همین سبب حلال موردنظر باید دارای ساختاری مشابه باشد تا بتواند گوگرد را در خود حل کند.

همانطور که از نتایج برمی آید، برای رسیدن به میزان گوگردزدایی بیشتر باید از میزان حلال بیشتری بهره گرفت که این امر موجب تأثیر بر ساختار کک میشود زیرا ممکن است پس از شستشو نیز حلال به طور کامل از کک نفتی جدا نشود؛ حلال ها گران هم هستند و مصرف زیاد آنها برای گوگردزدایی از کک نفتی مقرون به صرفه  نخواهند بود. به همین علت روش گوگردزدایی با حلال ها در ارتباط با  کک نفتی کارآمد نخواهد بود.

2-4گوگردزدایی به روش تكلیس

در خلال تکلیس، عملیات کاهش گوگرد صورت میگیرد و به همین دلیل تکلیس را میتوان یکی از روش های گوگردزدایی گرمایی نامید. با افزایش دما میزان گوگردزدایی افزایش نمی یابد زیرا  این امر تحت تأثیر پارامترهای میزان گوگرد اولیه، سرعت گرمادهی،  نوع محیط، زمان ماند و اندازه ابعاد قرار دارد. میزان گوگردزدایی به  این روش و تأثیرات آن بر چگالی و تخلخل کک نفتی به میزان گوگرد و ماده فرار اولیه ی کک نفتی خام بستگی دارد. کک اسفنجی برای تولید آند صنایع آلومینیم مناسب تر است. چگالی کک اسفنجی از دمای 1300 درجه سلسیوس تا دمای 1400 درجه سلسیوس روند کاهشی داشته، که اثر منفی بر کیفیت کک میگذارد.

انواع کوره های دوار و بررسی کلی مشخصات ابعادی و تولیدی آن ها

ولی از این دما تا1649 درجه سلسیوس روند تغییر چگالی روندی افزایشی می پیماید که این امر  به دلیل گرافیتی شدن است. اما در مورد کک دانه ای چنین روندی مشاهده نمیشود.  اگرچه به علت ساختار منحصر به فرد کک دانه ای و تخلخل کم آن دسترسی به چگالی بالا بسیار دشوار است، اما تا قبل از دمای 1600 درجه سلسیوس گوگردزدایی تأثیر منفی بر چگالی آن نمیگذارد و از دمای 1600درجه سلسیوس به بعد مقدار چگالی روند کاهشی خواهد داشت .در عمل تکلیس اگر دما به1400 درجه سلسیوس تا 1800 درجه سلسیوس برسد، پدیده پوفینگ اتفاق می افتد.

به آزاد شدن گوگرد کک نفتی در دماهای بالا که سبب افزایش تخلخل کک میشود، پدیده پوفینگ گویند. پدیده پوفینگ سبب افزایش تخلخل کک نفتی، کاهش چگالی کک، افزایش واکنش پذیری با هوا، کاهش مقاومت مکانیکی و الکتریکی و رسانایی گرمایی میشود. پدیده پوفینگ اغلب در کک های گوگرد بالا اتفاق میافتد. تکلیس کک همراه با فرایند خنک‌سازی و به دلیل نبود اکسیژن است.

مروری بر مطالعات گوگرد زدایی کک نفتی به روش تکلیس

از جمله تغییراتی که در خواص فیزیکی و شیمیایی کک نفتی حین تکلیس رخ میدهد، می‌توان به کاهش ماده فرار، کاهش هیدروژن، کاهش اندک سولفور، کاهش مقاومت الکتریکی، کاهش واکنش‌پذیری هوا و دی اکسید کربن، کاهش فاصله بین لایه‌ای، افزایش چگالی، افزایش ضخامت کریستالی و افزایش اجزای فلزی (غلظت آنها با توجه به حذف مواد فرار بیشتر می‌شود) اشاره کرد.

3-4 گوگردزدایی به روش جداسازی با مواد مذاب

یکی از روشهای گوگردزدایی از کک نفتی، روش جداسازی با مواد مذاب است. در این روش ابتدا یک ماده شیمیایی را به همراه مقداری کک نفتی خام مخلوط و در فرایند وارد میکنند. انواع مواد مختلف ازجمله NaOH،  Na₂CO₃  و … برای روش جداسازی با مواد مذاب استفاده شده است.

4-4گوگردزدایی کک نفتی به روش هیدروژنی

گوگردزدایی هیدروژنی به طور گسترده در پالایشگاه ها برای حذف گوگرد به کار میرود ولی هنوز به صورت صنعتی برای گوگردزدایی کک نفتی استفاده نشده است. مزیت این روش نسبت به روش جداسازی با مواد مذاب قلیایی این است که در دمای بالا ساختار کک تغییر چندانی نخواهد کرد. در این روش گاز هیدروژن و H2S تولید میشود و بسته به نوع برخورد گاز هیدروژن با کک، میزان حذف گوگرد بهبود می یابد. سازوکار آن از این قرار است:

(C-S) )solid( + H 2    ͢   C )solid( + H 2

در گوگردزدایی هیدروژنی واکنش بین فاز گاز و جامد اتفاق میافتد در این حالت ترکیبات گوگرد دار با هیدروژن واکنش برقرار میکند و هیدروژن سولفید بنابر واکنش 1 تولید می شود. بعد از تشکیل  هیدروژن سولفید ، این ماده از درون حفره های کک به سطح نفوذ میکند و سپس از سطح کک به جریان سیال روی آن نفوذ میکند.

با افزایش اندازه ذرات کک نفتی میزان گوگردزدایی از کک نفتی به روش هیدروژنی کاهش مییابد و علت این امر آن است که با کاهش اندازه ذرات نفوذ هیدروژن سولفید از حفره های کک نفتی راحت تر صورت میگیرد همچنین با کاهش اندازه ذرات، سطح خارجی کک نفتی افزایش مییابد. با افزایش فشار جزیی سولفید هیدروژن، میزان گوگردزدایی از کک نفتی کاهش مییابد زیرا در این حالت، سولفید هیدروژن  تولیدی دوباره با کک واکنش خواهد داد. واکنش از این برقرار است:

H ₂S + C   ͢    C-S + H ₂

توضیحات جامع درباره فرآوری کک نفتی و تقسیم بندی آن بخش دوم

بازیابی انرژی گرمایی در کوره‌های دوار

بسیاری از کوره‌های دوار با سیستم‌های بازیابی انرژی گرمایی ساخته شده‌اند تا گرمایی که از طریق گاز‌های داغ از دودکش خارج شده را از جریان مخالف کوره به بسترکک جذب کنند. گرما با احتراق مواد فرار در کک پترولیوم سبز بازیابی می‌شود. احتراق کامل در یک اسکرابر حرارتی انجام می‌شود. گاز داغ از یک مولد بخار بازیابی حرارت عبور می‌کند. بخار حرارتی بازیافتی را می‌توان به نیروگاه‌ها فروخت یا برای تولید برق با ژنراتور توربین بخار استفاده کرد.

5. 5. نتیجه گیری کلی

گوگردزدایی به روش جداسازی با مواد مذاب و گوگردزدایی به روش تکلیس، بیشترین درصد گوگردزدایی کک نفتی را به خود اختصاص میدهند. روش گوگردزدایی با تکلیس با دمای بسیار بالا، در ساختار کک های نفتی پر گوگرد تخلخل زیادی ایجاد میکند.  همچنین، در روش گوگردزدایی با مواد مذاب ، ساختارکک نفتی دستخوش تغییرات خواهد شد.

این در حالی است که روش جداسازی با مواد مذاب ، گوگردزدایی را در دمای پایین تر امکانپذیر میکند. با کنترل نوع و مقدار ماده مذاب امکان دستیابی به شرایط  بهینه به منظور گوگردزدایی بالا و حفظ ساختار وجود دارد.  همچنین، روش گوگردزدایی هیدروژنی نسبت به تکلیس کک نفتی ، حذف گوگرد را در دمای پایین تر امکانپذیر کرده است. با همة این تفاسیر، امروزه در صنعت برای گوگردزدایی از کک نفتی، از روش تکلیس سود جویند. روش های دیگر نیز در حال مطالعه اند که بهترین روش با بالاترین بازده و کیفیت کک در صنعت به کار گرفته شود.

آنتراسیت چیست؟

آنتراسیت دگرگون ترین نوع زغال سنگ می باشد که تقریبا از کربن خالص تولید می شوند. و به همین منظور  در دسته زغال سنگ تیره و با کیفیت طبقه بندی می گردند. این ماده دارای درصد کربن بسیار بالایی می باشد و به همان اندازه گوگرد و نیتروژن بسیار کمی به همراه دارد. بهتر است بدانید این ماده دارای سختی بسیار زیادی می باشد و خیلی آهسته می سوزد و به دلیل چگالی بالا به سختی مشتعل می شود.

تشکیل این زغال سنگ به زمان و دمای بسیار بالایی نیازمند می باشد و نیز دمای مورد نظر برای تولید این محصولات در مرز کمربند کوهستانی امکان پذیر می باشد. این محصول می توانند گرما بسیار زیادی از خود تولید کند و مقدار کمی از آن به راحتی محوطه ای بزرگ را گرم می کند. آنتراسیت زغال سخت، سیاه و براقی که مرغوبترین کیفیت را دارد یعنی شامل کمترین مقدار آب و مواد فرار و بیشترین محتوی کربن است و با شعله کوچک و آبی‌رنگ و بدون دود می‌سوزد. آنتراسیت آخرین فراورده تغییر و تبدیل مواد گیاهی است.

ارزش حرارتی ناخالص آن برابر یا بیشتر از 24000کیلوژول بر کیلوگرم بر پایه بدون خاکستر اما مرطوب است. در بین انواع زغال سنگ دارای بالاترین چگالی انرژی است. عاری از بریدگی های نرم یا فیبری است و هنگام مالش انگشتان را کثیف نمی کند زغال سنگ آنتراسیت در بین انواع زغال سنگ شکننده ترین است. به طور خلاصه آنتراسیت یک سوخت طبیعی بدون دود، بسیار براق، سخت و متراکم است که بسیار آهسته با خروجی حرارت بالا میسوزد.

  آنالیز آنتراسیت ( محصول ورودی):

عوامل متعددی در کیفیت آنتراسیت ها موثر می باشند :

1-اندازه ذرات

2-دانسیته ظاهری

3-دانسیته بالک

4-میزان خاکستری

5-رطوبت

6-سایز ذرات استاندارد

کلسیناسیون آنتراسیت: آنتراسیت کلسینه شده آنتراسیت خامی است که تحت عملیات حرارتی قرار گرفته است. این فرآیند که به عنوان کلسیناسیون شناخته می شود، در دمای بالا در کوره های کلسینه دوار انجام میشود. آنتراسیت کلسینه شده با گاز با بازپخت در یک کوره دوار افقی در دمای حدود 1280 درجه سانتیگراد تولید می شود. در حال حاضر فولاد سازی های بزرگ کشور به این نتیجه رسیده اند که کالای مناسب جایگزین cpc، آنتراسیت کلسینه شده می باشد.