در این مطلب، تاثیر نـوع خـوراک مورد استفاده و شـرایط عملیـاتی ماننـد فشار راکتور، تزریق نیتروژن، نرخ گرمایش و جریان برگشتی بر روی بازدهی تولید فرآیند کک سازی تاخیری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحقیقات نشان می دهد که بازدهی فرایند تولید کک با درجه  APIخـوراک (API=American Petroleum Institute)، نسـبت عکـس دارد. هـمچنین، افزایش جریان برگشتی محصول مایع و افزایش تزریق نیتروژن و افزایش فشار موجب افزایش بازدهی تولید کک می شود. ولی، با افزایش نرخ گرمایش، میـزان بازدهی تولید کک کاهش می یابد.

محصولات فرآیند کک سازی تاخیری بر مبنای خوراک حاصل از ته مانده برج خلاء عبارت از:

(1) فاز گازی: شامل ترکیباتی شامل هیدروژن، هیدروژن سولفید، پنتان و هیدروکربن های سبک تر، (2) محصولات تقطیر میانی: شامل نفتا و گازوئیل و (3) فاز جامد کک خام: کک نفتی خام (کلسینه نشده) می باشد. براساس مشخصات خوراک اولیه، کک ­های تولید شده عمدتا بر اساس مورفولوژی آنها، به سه نوع کک دانه‌­ای (Shot Coke)، کک اسفنجی (Sponge Coke) و کک سوزنی (Needle Coke)،تقسیم بندی می­‌شوند. کک اسفنجی معمولا از محصولات بخش VCR(Vacuum reduced crude) که دارای محتوای آسفالتین، گوگرد و عناصر فلزی کم تا متوسط است، تولید می‌گردد و به خاطر ظاهر اسفنجی شکل آن به این نام خوانده می شود. برای تولید کک دانه ای در کک سازی تاخیری نیاز به خوراکی با غلظت های زیـاد آسـفالتین و گـوگرد، فشـار پایین محفظه تاخیر و دمای زیاد محفظه است. خوراکی که حاوی اکسیژن زیادی باشد نیز می توانـد سـبب تولید کک دانه ای شود. هنگامی که محتوای آسفالتین خوراک در مقایسه با درصد وزنی کربن آن بـالا باشـد، کک دانه ای تولید می شود. عموما خوراک هایی که از باقیمانده های تحت خلا و ضایعات قسمت هـای مختلـف پالایش به دست می آید، می تواند سبب تولید کک دانه ای شود. اگر کک اسفنجی سفت و سـخت باشـد بـه عنـوان کـک اسفنجی ایده آل جهت تولید آند (آنـد گرافیتی جهـت اسـتفاده در صـنایع تولید آلومینیم) مورد استفاده قرار می گیرد. در غیر این صورت، از کک اسفنجی بـه دسـت آمـده مـی تـوان بـه عنـوان سوخت استفاده نمود. کک سوزنی از خوراکی که حاوی آسفالتین نمی باشد به دست می آیـد و معمولا بـرای سـاخت الکترودهای گرافیتی به کار می رود.

در ایـن مقاله، 6 نوع خوراک با مشخصات متفاوت، برای بررسی اثر نوع خوراک بـر روی بـازدهی تولید واحـد کـک سـازی تأخیری انتخاب شده است. در جدول ۱ خصوصیات این ۶ نوع خوراک مورد استفاده در فرآینـد کـک سـازی تأخیری، ارائه شده است. تحقیقات انجام شده بر روی انواع خوراک، در یـک راکتـور ناپیوسـته همـزن دار انجـام شده و همچنین با استفاده از این ۶ نوع خوراک، پارامترهـای تاثیرگـذار بر روی فرآینـد تولید شامل: فشـار راکتور، تزریـق نیتروژن در فرآیند، جریان برگشتی قسمتی از محصول مایع و نرخ گرمایش مورد بررسی قرار گرفته اند. همانطور که از اطلاعات ذکر شده در جدول مشاهده می شود؛ خوراک A در مقایسه با دیگر خوراک ها دارایدرجه  API کمتری بوده و این خوراک از دیگر خوراک ها سنگین تر است. محصـولات خـوراکی که سنگین تر هستند داری بازدهی تولید کک خام بیشتر و همچنین بازدهی محصول مایع کمتر می باشند. خوراک F نیـز که بیشترین درجه API را دارد، بازده محصول مایع آن از همه بیشتر و بازده کک آن کمتر است. با مقایسه اطلاعات بدست آمده می توان نتیجه گرفت که بازده کک با درجه  APIخوراک ورودی نسبت عکس دارد و همچنین بازده محصولات مایع با درجه API نسبت مستقیم دارد. محصول تقطیر میانی واحد کک سازی تأخیری نیز خود به سه منطقه تقسیم بندی می شود که شامل: (1) گازوییل: ناحیه ای که نقطه جوش آن بین ۲۸ الی ۲۲۲درجه سانتیگراد است. (2) نفت گاز سبک: ناحیه ای که نقطه جوش آن بین ۲۲۲ الی ۳۴۴ درجه سانتیگراد است و (3) نفت گاز سنگین: محصولات باقی مانده دیگر که به صورت فاز مایع می باشند. یکی از محصولات مهم و با ارزش فرآیند کک سازی تأخیری، محصولات مایع و یـا همـان محصـولات تقطیـر میانی هستند که در میان آنها، محصول بنزین بسیار با اهمیت است. برش بنزین بخشی از مایع است که دارای نقطه (End boiling point) EBP کمتر از ۲۲۲ درجه سانتیگراد می باشد. معمولا، با افزایش درجه API، بازده تولید بنزین و همچنین بـرش هـای دیگـر محصـولات تقطیـر میانی افزایش می یابد. برای بررسی اثر جریان برگشتی بر بازده محصـولات فرآینـد کک سازی تاخیری، نفت گاز به صورت جریان برگشتی به نسبت ۱به ۵ بـا خـوراک تـازه مخلـوط شـده و بـه راکتـور بازگردانـده می شود. جریان برگشتی قسمتی از محصول مایع در فرآینـد کک سازی تاخیری موجب افزایش بازده کک و همچنین کاهش بازده مایع شده است. در یکی دیگر از آزمایش ها، تزریق نیتروژن با دبی ۵/۵ و در آزمایشی دیگر با دبی ۱۰/۶ انجام شده است. اگرچـه نیتـروژن یـک گـاز خنثـی اسـت و در واکنش وارد نمی شود، ولی می تواند شرایط واکنش را تغییر دهد. با افزایش میزان تزریق نیتروژن، میـزان تولیـد کـک بـیشتـر شـده و همچنین تولید مایع کاهش می یابد. چون نیتروژن در دمای اتاق به سیستم تزریق می شود سبب سرد شـدن بخارات داغ شده و این عمل موجب برگشت ترکیبات سـنگین موجـود در گـاز بـه درون مـایع شـده و عمـل کراکینگ دوباره ادامه یافته و سبب افزایش بازدهی تولید کک می شود. فشار به عنوان پارامتری مهم در فرآیند کک سازی تاخیری در نظر گرفته می شود. در فشارهای پایین، مقدار بیشتری از مایع به فاز بخار رفته و در فشـارهای بالا میزان بیشتری به فاز مایع می رود. به همین سبب در فشارهای پایین میزان کک کمتری تولید مـی گـردد. برای بررسی اثر نرخ گرمایش بر بازده محصولات واحد کک سازی تاخیری از خوراک های  Aو Fاستفاده شـده است. بررسی نتایج حاصل از این آزمایش ها نشان می دهد که بـا افزایش نرخ گرمایش سیستم، میزان بازده کک نفتی کاهش یافته و همچنین بـازده محصـول مـایع، افـزایش یافته است. با افزایش نرخ گرمایش، هیدروکربن های سنگین تر به فازهای مـایع و گـاز منتقـل شـده و در فـاز جامد میزان هیدروکربن های سنگین کاهش می یابد که موجب کاهش میـزان کـک تولیدی می گردد. همچنین در آزمایشی دیگر، اثر اختلاط در راکتـور ناپیوسـته هـمزن دار بررسـی شـد و ارزیابی نتایج نشان داد که اختلاط اثر چنـدانی بـر بـازده محصـولات واحد کک سازی تاخیری ندارد.

نتیجه گیری:

مهمترین روش تبدیل پسماند پالایشی به محصولات با ارزش، استفاده از فرآیند کک سازی تاخیری اسـت. در این فرآیند، پسماندهای سنگین نفتی به انواع فازهای گازی، مایع و جامد با درصدهای مختلف کربن، تبدیل می شود. پارامترهای مختلفی در این فرآیند تاثیرگـذار اسـت. از جملـه ایـن پارامترهـا؛ فشـار راکتور، تزریق نیتروژن، جریان برگشتی و نرخ گرمایش می باشد. نتایج حاصل از بررسی این عوامل نشـان دهنـده ایـن است که افزایش فشار راکتور، مانع از انتقال ترکیبات سنگین به فاز گاز شده و به همین سبب میزان کک بیشتـری تولید شده است. همچنین، تزریق نیتروژن در دمای اتاق سبب خنک شدن بخار داغ فرآیند گشته و موجـب برگشـت ترکیبات سنگین از فاز گاز به درون محفظه شده به همـین علـت میـزان کـک تولیـدی بـیشتـر مـی شـود. همچنین با بررسی آزمایش ها مشخص شد که استفاده از خوراک با  APIبالاتر در فرآیند کک سازی تاخیری، منجر میزان کـک تولیدی کمتر می شود. از طرفی، پس از بررسی پارامترهای موثر بر بازده محصـولات واحـد کـک سـازی تـأخیری مشاهده شد که افزایش نرخ گرمایش، بازدهی تولید کک را کاهش داده و همچنین بازده محصـولات مایع تقطیـر میانی را افزایش می دهد. همچنین، پارامترهای افزایش فشار و اعمال جریان برگشتی، بازده کک را افزایش می دهند. با بررسـی نتـایج حاصل از اعمال فشار، مشاهده شد که هر چه میزان باقیمانـده میکروکـربن MCR  خـوراک بـالاتر باشـد، میزان کک تولیدی افزایش می یابد. در نهایت ذکر این نکته ضروری است ساختار فیزیکی و میزان خلوص کک نفتی، کاربرد آن را تعیین می‌نماید. کک مورد نیاز براي ساخت بعضی از محصولات گرافیتی همچون آند و الکترود کوره قوس، بایستی دارای مواد معدنی و گوگرد پایینی باشد. اگر کک داراي درصد گوگرد، خاکستر و وانادیوم بالا باشد به عنوان سوخت نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.