بریکت کک نفتی چیست و چه مزایایی دارد؟
کک نفتی بریکت شده
کک نفتی که با نام پترولیوم کک نیز شناخته میشود، محصول جانبی پالایش نفت است که از فرآیند تجزیه حرارتی نفت سنگین (پس از جداسازی بخش‌های مختلف نفت سبک و سنگین) از طریق تقطیر نفت خام به دست میآید. ترکیب اولیه کک نفتی حاوی بیش از 80 درصد وزنی کربن است و عناصر باقیمانده شامل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و عناصر فلزی میباشد. این فرآیند، فرآورده های نفتی ارزان قیمت را عمدتا به روغن ها و گازهای مایع با ارزش بالا تبدیل میکند که کک نفتی نیز محصول فرعی حاصل از کل فرآیند پالایش است. ناخالصی‌های مختلف در نفت خام و کاتالیزورهای مورد استفاده در طی فرآیند پالایش، در نهایت در کک نفتی باقی می‌مانند، که در این میان محتوای گوگرد به عنوان یک عنصر مضر، شاخصی حیاتی در تعیین کیفیت کک نفتی است. ذرات ریز کک نفتی نیز یک ماده غنی از کربن است که معمولا به عنوان یک محصول جانبی در طی فرایندهای خردایش، الک کردن و جابجایی کلوخههای بزرگتر کک نفتی بدست میآید. ذرات ریز پودر کک نفتی دارای ویژگیهای عالی مانند درصد فسفر پایین، واکنشپذیری بالا و مقاومت الکتریکی ویژه بالا است. علاوه بر این، پودر کک، ارزان است و کاربردهای گسترده ای در صنایعی مانند تولید فروآلیاژ، کاربید کلسیم، کک تزریق کوره بلند دارد. با این حال، پودر کک دارای استحکام و مقاومت ضعیف در برابر خرد شدن است. کک نفتی بریکت شده، یک محصول فرآوری شده از پودر کک نفتی است که به صورت بریکت فشرده شده است. این بریکتها عموما به عنوان سوخت مکمل و منبع کربن جهت احیاء فازهای اکسیدی در فرآیندهای مختلف فولادسازی و ریختهگری استفاده میشوند. فرآیند بریکت کردن شامل فشرده سازی ذرات ریز کک به شکل متراکم تر و قابل کنترل تر است.
در اینجا چند نکته کلیدی در مورد کک نفتی بریکت شده وجود دارد: (1) ترکیب کک بریکت شده شامل ذرات ریز کک به عنوان ماده کربنی اصلی و ماده چسباننده (بایندر) برای نگه داشتن ذرات کک در کنار هم می باشد. بایندر که اغلب از قطران زغال سنگ به دست می آید، به حفظ یکپارچگی ساختاری بریکت ها کمک میکند. (2) کک بریکت شده به عنوان منبع کربن مکمل در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می شود و می توان آن را در هنگام تولید آهن و فولاد به مواد شارژ در کوره بلند اضافه کرد. (3) فرآیند بریکت کردن، ذرات ریز کک را به بریکت های فشرده و یکنواخت تبدیل می کند و حمل و نگهداری آنها را آسانتر میکند. (4) کک بریکت شده در مقایسه با ذرات ریز پودر کک، خواص احتراق یکنواخت تری دارد و متعاقبا میتواند به بهبود کنترل فرآیند و بازدهی بالاتر در کاربردهای صنعتی کمک کند. در حال حاضر، بریکت کردن پودر کک نفتی به عنوان یک روش موثر برای افزایش کاربردها و ارزش آن است. با اضافه کردن مواد افزودنی مناسب میتوان استحکام، مقاومت در برابر له شدن و انعطافپذیری بریکتها را به میزان قابلتوجهی بهبود بخشید. بسته به ماده اولیه، فرآیند بریکت سازی عمدتا به دو دسته بریکتهای پرس گرم شده و بریکتهای پرس سرد شده تقسیم بندی میشود. به دلیل فقدان خاصیت اتصال ذاتی در بین ذرات پودر کک نفتی، بایندرها (چسباننده ها) به طور معمول به پودر کک اضافه میشوند و مخلوط به صورت سرد فشرده میشود تا بریکت تشکیل گردد. تحت تاثیر نیروی مکانیکی، ذرات کک و ماده بایندر با هم تماس نزدیک پیدا میکنند و بایندر ساختاری کلوئیدی یا کریستالی را روی سطح و در شکاف بین ذرات پودر کک ایجاد میکند و در نتیجه استحکام بالایی به بریکتها میدهد. در طی فرآیند کک سازی، ترکیبات سری بنزن و ترکیبات آنتراسن و فنانترن به مقدار زیاد آزاد میشوند که در نتیجه باعث چسبندگی بسیار ضعیف بین ذرات پودر کک میشود. بدون افزودن بایندر، استحکام بریکتها را نمی‌توان افزایش داد. بنابراین، افزودن یک بایندر مناسب در طول بریکت کردن پودر کک یک عمل ضروری است.
انواع مختلف بایندر :
در طی فرآیند آماده سازی، بایندر تحت حرارت به مواد مایع چسبناکی (کلوئیدی) تجزیه میشود، که ذرات کک را به هم متصل میکند و با ایجاد یک اسکلت کربنی باعث یکپارچگی و افزایش استحکام کلی محصول میشود. در حال حاضر بایندرها را میتوان به سه دسته اصلی بایندرهای معدنی، بایندرهای آلی و بایندرهای کامپوزیتی طبقه بندی کرد. محتوای معدنی این بایندرها بر نقطه همجوشی خاکستر، چسبندگی و خواص سرباره‌ای کک تشکیل‌شده تأثیر میگذارد.
بایندرهای معدنی (غیرآلی-Inorganic) :
چسباننده های معدنی شامل بنتونیت، آهک خرد شده و خاک رس هستند. در هنگام استفاده از این نوع بایندرها، به طور معمول بایندر معدنی، آب و پودر کک مخلوط میشوند و واکنش هیدراتاسیون بین آب و بایندر، ذرات پودر کک را به یکدیگر متصل میکند. ویژگی های بایندرهای معدنی شامل در دسترس بودن، قیمت پایینتر و قابلیت دستیابی به استحکام حرارتی بالا در کک بریکت شده می باشد. با این حال، بایندرهای معدنی قابل احتراق نیستند و گرما تولید نمیکنند و استفاده از آنها به مقدار زیاد باعث افزایش محتوای خاکستر بریکت ها و کاهش چسبندگی آنها میشود. علاوهبراین، بریکتهای حاوی بایندرهای معدنی، در حالت سرد چسبندگی ضعیفی دارند که کاربرد آنها را محدود میکند.
بایندرهای ارگانیک (آلی-Organic):
بایندرهای آلی شامل پودر آسفالت امولسیون شده، ملاس، نشاسته، قطران نفتی، اسید هیومیک، لیگنوسولفونات کلسیم، زیست توده، سلولز چوب و خمیر کاغذ است. بایندرهای ارگانیک میل ترکیبی قوی دارند و میتوانند در نتیجه مخلوط شدن در مقادیر کم با پودر کک موجب افزایش چسبندگی شوند. هنگامی که با پودر کک مخلوط میگردند و احتراق رخ میدهد، خاکستر کمی تولید میکنند. پس از خشک شدن و فرآوری تحت فشار خارجی، می توانند باعث دستیابی به بریکت کک با مقاومت فشاری سرد بسیار بالا گردد. با این حال، چسب های آلی نسبتا گرانتر از چسب های معدنی هستند. از طرفی، آنها به راحتی در دمای بالا (در هنگام شارژ شدن به داخل کوره) تجزیه میشوند و در نتیجه موجب افت استحکام و خردایش بریکت کربونیزه شده میشود.
بایندرهای کامپوزیتی :
بایندرهای کامپوزیتی از ترکیب دو یا چند نوع چسب معدنی و آلی ساخته میشوند که مزایای هر دو را با هم خواهند داشت. آنها نه تنها مقاومت فشاری، پایداری حرارتی و استحکام سرد بالاتری را برای بریکت کک فراهم میکنند، بلکه موجب بهبود راندمان تولید و افزایش بهره وری اقتصادی میگردند.
مراحل بریکت سازی :
در ابتدا پودر کک توزین میشود و از طریق یک فیدر به داخل محفظه ی میکسر دوشفت افقی ریخته میشود. همزمان با آن، بایندر آماده‌شده به دقت از طریق یک پمپ انتقال و خط لوله به درون مخلوط پودر کک همزده شده پاشیده میشود. در طول فرآیند اختلاط، آب به طور مداوم از طریق لوله دیگری به داخل مخلوط پودر کک و بایندر تزریق میشود تا رطوبت مواد خام حفظ شود. میکسر یک جزء مهم در فرآیند تولید بریکت است (عواملی مانند سرعت اختلاط و مقدار مواد شارژ شده بسیار تعیین کننده هستند) که شبیه گلو برای انسان میباشد. این بخش به طور قابل توجهی بر استحکام نهایی بریکت ها تاثیرگذار است. در هنگام انتخاب تجهیزات برای خطوط تولید بریکت (دستگاه بریکتزن)، مهم است که ظرفیت دستگاه بریکتزن بیش از ظرفیت دستگاه مخلوط کن در نظر گرفته شود. بعد از خروج مواد مخلوط شده از میکسر پارویی، مواد در داخل یک میکسر ثانویه مخلوط میشوند. سپس مخلوط آماده شده، به طور دقیق توسط سیستم تغذیه کننده به داخل دستگاه بریکتزن منتقل میشود. قطعات بریکت شده با اندازه مناسب توسط یک نوار نقاله به ماشین خشک کن منتقل میشوند و در آنجا خشک میشوند تا آب آزاد درون بریکتها از بین برود. نهایتا، بریکتهای خشک شده آماده استفاده میباشند. میکسرها را میتوان به دو نوع پیوسته (Continuous) و غیرپیوسته (Batch) طبقه بندی کرد. معمولا برای کارخانه های بزرگ بریکت سازی، بایستی یک همزن پیوسته انتخاب شود. در واقع،مخلوط سازی پیوسته برای توزیع یکنواخت بایندر، کاهش هزینه بایندر و بهبود کیفیت بریکت بسیار تاثیرگذار است. دستگاه های بریکتزنی کک، تجهیزاتی کلیدی در سیستم بریکت سازی هستند که ظرفیت بریکت های تولید شده توسط خط تولید را تعیین میکند. به طور کلی، دو نوع دستگاه بریکت سازی وجود دارد: دستگاه بریکت ساز غلتکی و دستگاه بریکت ساز اکسترودر. با توجه به اهمیت دستگاه بریکت زن در کارخانه های بریکت سازی کک، این دستگاه بایستی بر اساس ویژگی های مواد اولیه، سازگاری با بایندر، استحکام موردنیاز در بریکت تولید شده و بودجه سرمایه گذاری شده انتخاب شود.
پارامترهای مهم در فرآیند بریکت سازی :
فشار:
افزایش فشار در هنگام بریکت زنی باعث کاهش تخلخل بریکت، افزایش چگالی و افزایش سطح تماس بین ذرات مواد خام میشود. این امر استحکام پیوند بین ذرات جامد را بهبود میبخشد، پیوند مولکولی بین مواد خام و بایندر را تقویت میکند و در نتیجه موجب افزایش استحکام نهایی بریکت میگردد.
رطوبت :
درصد رطوبت به طور قابل توجهی بر فرآیند بریکت سازی تأثیر میگذارد. رطوبت مناسب به ذرات کک کمک میکند تا در نتیجه کاهش اصطکاک بین ذرات تحت فشار، آرایش و نظم مجدد پیدا کنند و همچنین، ذرات ریزتر، تخلخل های بین ذرات بزرگ را پر کنند. علاوه براین، آب به عنوان روان کننده بین مواد تغذیه شده به داخل دستگاه بریکت زن و سطح رولرها عمل میکند و از افت فشار ناشی از اصطکاک بین مواد و سطح رولرها جلوگیری میکند. با این حال، آب جذب شده نیز لایه ای را روی سطوح ذرات کک ایجاد میکند که باعث ایجاد اتصال مولکولی و افزایش نیروی مویینگی بین ذرات میگردد؛ که هر دو موجب تسریع برقراری پیوند بین ذرات و افزایش استحکام بریکت خواهند شد. از طرف دیگر، رطوبت کم باعث نفوذ ضعیف ذرات ریز در بین ذرات درشت، اصطکاک زیاد بین ذرات کک و سطوح رولرها و نهایتا کاهش استحکام بریکت میشود. رطوبت بیش از حد نیز از تماس نزدیک ذرات کک جلوگیری میکند و نیروی مویینگی را کاهش می دهد و متعاقبا منجر به تولید بریکت هایی با استحکام پایین میگردد. ازاینرو میتوان گفت که کنترل دقیق فشار اعمالی دستگاه بریکت زن و محتوای رطوبت (آب تزریق شده به داخل مخلوط شارژ)، پارامترهای بسیار مهم جهت دستیابی به بریکت هایی با استحکام بالا میباشد.
