فحم الكوك البترولي: ما تحتاج إلى معرفته

ما هو فحم الكوك البترولي؟

فحم الكوك البترولي هو مادة كربونية صلبة سوداء أو رمادية داكنة، وهو منتج ثانوي لتكرير البترول. والتركيب الرئيسي لفحم الكوك البترولي هو الكربون، الذي عادةً ما يكون عالي المحتوى الكربوني وله خواص فيزيائية وكيميائية فريدة، وهو يلعب دوراً هاماً في العديد من المجالات الصناعية.

كيف يتم إنتاج فحم الكوك البترولي؟

نظرة عامة على عملية الإنتاج

تتسم عملية إنتاج فحم الكوك البترولي بالتعقيد النسبي وعادةً ما تتم في معامل التكرير. أولاً، تتم معالجة النفط الخام من خلال سلسلة من عمليات التقطير والتكسير وغيرها من عمليات المعالجة للحصول على مكونات النفط الثقيل مثل النفط المتبقي. ثم تخضع هذه الزيوت الثقيلة بعد ذلك لتفاعلات التكويك المتأخرة في درجات حرارة عالية (عادة ما بين 480 و550) وضغوط عالية (عادة ما تكون عدة ميغا بايت).

وفي هذه العملية، تخضع جزيئات النفط الثقيل لتفاعلات الانحلال الحراري والتكثيف لتكوين فحم الكوك والنفط والغاز. ويجري فصل النفط والغاز ومعالجتهما، بينما تتم معالجة فحم الكوك بالتبريد والتقطيع والمعالجة الأخرى للحصول على منتجات فحم الكوك البترولي.

المواد الخام المستخدمة

المواد الخام الرئيسية المستخدمة في إنتاج فحم الكوك البترولي هي النفط المتبقي أو زيت فحم الكوك في عملية تكرير البترول. والزيت المتبقي هو الجزء المادي الثقيل من النفط الخام بعد عدة مرات من التقطير. تكوينه معقد. فهو يحتوي على عدد كبير من الهيدروكربونات البوليمرية وكمية صغيرة من الكبريت والنيتروجين والمعادن والشوائب الأخرى.

سيكون لمحتوى هذه الشوائب تأثير على جودة فحم الكوك البترولي، على سبيل المثال، قد يكون محتوى الكبريت العالي في الزيت المتبقي أعلى أيضًا، وقد يتسبب في حدوث مشاكل بيئية في التطبيقات اللاحقة.

أنواع مختلفة من فحم الكوك البترولي

فحم الكوك النفطي المكلس

وهو منتج يتم الحصول عليه عن طريق تسخين فحم الكوك البترولي الخام في درجة حرارة عالية (بشكل عام 1200-1350 ℃). يمكن لعملية التكلس إزالة المواد المتطايرة من فحم الكوك البترولي، وتحسين محتواه من الكربون الثابت، وتقليل المقاومة، وتحسين استقراره الكيميائي وخصائصه الفيزيائية.

بعد التكليس، تكون كثافة فحم الكوك البترولي كبيرة، ويكون هيكل المسام أكثر استقرارًا. وتختلف مواصفاته وفقًا لمتطلبات الاستخدام المختلفة، ويختلف السعر حسب الجودة والمواصفات وعوامل أخرى.

فحم الكوك النفطي الغرافيتي

فحم الكوك النفطي الأحفوري الغرافيتي هو فحم الكوك النفطي الأحفوري الغرافيتي هو فحم الكوك النفطي المعالج بالجرافيت بدرجة حرارة عالية (عادةً عند درجة حرارة 2500-3000 ℃). في عملية الجرافيتنة، يتم إعادة ترتيب البنية البلورية لفحم الكوك النفطي ويتم ترتيب ذرات الكربون بشكل أكثر تنظيماً.

وهذا يجعله يتمتع بموصلية أعلى، وموصلية حرارية أعلى، واستقرار كيميائي أفضل، وأقرب إلى خصائص الجرافيت. وقد استخدم فحم الكوك النفطي الأحفوري الجرافيت على نطاق واسع في الحديد والصلب والمعادن والصناعات الأخرى. وتؤثر درجة الجرافيت على أدائه وسعره. وسعر فحم الكوك النفط الأحفوري الجرافيت عالي الجودة مرتفع نسبيًا.

فحم الكوك النفطي الأخضر المتأخر

ر هو نوع من فحم الكوك البترولي الذي يتم إنتاجه عن طريق اختيار ظروف تكنولوجية ومواد خام محددة في عملية التكويك المتأخر. يحتوي على محتوى منخفض نسبيًا من الكبريت والمواد المتطايرة. وله تطبيقات معينة في المجال ذي المتطلبات البيئية العالية.

تولي عملية إنتاجها اهتمامًا بالتأثير على البيئة والقطران والغبار والملوثات الأخرى. لذا فإن الملوثات قليلة نسبيًا في عملية الإنتاج. في بعض المناطق ذات المتطلبات الصارمة للانبعاثات، يزداد الطلب في السوق على فحم الكوك الزيتي الأخضر المتأخر تدريجيًا. لذلك ستتقلب مواصفاته وأسعاره وفقًا للعرض والطلب في السوق ومعايير الجودة.

فحم الكوك ذو الإبرة البترولية

وهو نوع من فحم الكوك الأليف ذو هيكل حديدي خاص، ذو قوام حديدي واضح. ويتم إنتاجه بواسطة مواد خام وعمليات محددة. ويتميز بمزايا الكبريت المنخفض، والنيتروجين المنخفض، والرماد المنخفض، والموصلية العالية، والتوصيل الحراري العالي، والنقاء العالي. ويستخدم بشكل أساسي لإنتاج طاقة فائقة القوة قطب كهربائي من الجرافيتوهي مادة رئيسية لا غنى عنها في صناعة الصلب والصلب. عملية إنتاجها معقدة. المواد الخام وظروف الإنتاج صارمة. لذا فإن السعر مرتفع نسبيًا والمواصفات أيضًا تخضع لرقابة صارمة وفقًا لمتطلبات إنتاج القطب الكهربائي.

الخواص الفيزيائية والكيميائية لفحم الكوك البترولي

خصائص الكثافة

خصائص الكثافة ترتبط كثافة فحم الكوك البترولي بكثافة فحم الكوك البترولي بعملية الإنتاج والنوع والشوائب وعوامل أخرى. وبوجه عام، تكون كثافة فحم الكوك البترولي المكلس وفحم الكوك النفطي الأحفوري الجرافيتي مرتفعة نسبيًا، بينما تكون كثافة فحم الكوك البترولي الخام دون تكليس منخفضة.

وتؤثر الكثافة على نسبة حجم ووزن فحم الكوك البترولي الذي يجب مراعاته في التخزين والنقل والتطبيق. على سبيل المثال، قد تؤثر مواد الأنود المستخدمة في خلايا الألومنيوم الإلكتروليتية على توصيلها واستقرارها إذا كانت الكثافة غير مناسبة.

ميزات المسامية

إن خاصية المسامية لفحم الكوك البترولي لها بنية مسامية معينة، وسيؤثر حجم المسامية على أداء الامتزاز ونشاط التفاعل والتفاعل مع المواد الأخرى. قد يكون لفحم الكوك البترولي ذو المسامية العالية مساحة تلامس أكبر في بعض التفاعلات الكيميائية، مما يساعد على التفاعل.

ولكن في بعض التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ونفاذية منخفضة، تكون المسامية المنخفضة أكثر ملاءمة. وتختلف خصائص مسامية الأنواع المختلفة من فحم الكوك البترولي باختلاف أنواع فحم الكوك البترولي، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بعملية الإنتاج وعملية المعالجة اللاحقة.

محتوى الكربون والتركيبات الكيميائية الأخرى (الصيغة الكيميائية)

محتوى الكربون والمكونات الكيميائية الأخرى (الصيغة الكيميائية) يتكون فحم الكوك البترولي بشكل أساسي من الكربون. ويتراوح محتواه من الكربون عادةً ما بين 80% و97%، اعتمادًا على نوع وعملية إنتاج فحم الكوك البترولي. إلى جانب ذلك، يحتوي على كمية صغيرة من الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والعناصر المعدنية. (مثل الفاناديوم والنيكل، إلخ).

ويمكن التعبير عن الصيغة الكيميائية بشكل تقريبي على الصورة "Cmــ Hــ Oــ NــC". ت هو عدد الذرات. X أعلى بكثير من ذ، س، ت. ومن بينها، يعتبر محتوى الكبريت مؤشرًا مهمًا. قد ينتج فحم الكوك البترولي عالي الكبريت ثاني أكسيد الكبريت والملوثات الأخرى في عملية الاحتراق أو المعالجة. وسوف يسبب ضررًا للبيئة. لذلك هناك قيود صارمة على محتوى الكبريت في بعض التطبيقات.

تحديد الأنواع المختلفة من فحم الكوك البترولي

حسب المظهر

هناك اختلافات معينة في المظهر من خلال أنواع مختلفة من فحم الكوك البترولي. يتميز فحم الكوك البترولي المكلس بلون عميق نسبيًا وسطح كثيف. عادةً ما يظهر فحم الكوك النفطي الأحفوري الجرافيتي لمعانًا معدنيًا وملمسًا أكثر اتساقًا. قد يكون لون فحم الكوك النفطي الأخضر المتأخر أفتح ومظهره منتظم نسبيًا.

يتميز فحم الكوك ذو الإبرة الزيتية بقوام حديدي واضح. وهي إحدى الخصائص المهمة التي تختلف عن الأنواع الأخرى من فحم الكوك النفطي. من خلال ملاحظة خصائص المظهر مثل اللون واللمعان وشكل فحم الكوك النفطي، يمكن الحكم عليه مبدئيًا. ولكن دقة هذه الطريقة محدودة. ويجب الجمع بين الطرق الأخرى والحكم الشامل.

من خلال التحليل الكيميائي

يعد التحليل الكيميائي أحد الطرق الهامة لتحديد أنواع فحم الكوك البترولي بدقة. ومن خلال تحديد محتوى الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والعناصر الأخرى في فحم الكوك البترولي، يمكن فهم التركيب الكيميائي واستنتاج نوعه.

على سبيل المثال، قد يكون المحتوى العالي من الكربون، والمحتوى المنخفض من الكبريت والشوائب الأقل قد يكون فحم الكوك النفطي الأحفوري عالي الجودة من الجرافيت؛ وقد يكون المحتوى العالي من الكبريت هو فحم الكوك النفطي العادي المتأخر. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تحليل محتوى العناصر المعدنية مفيد أيضًا في تحديد جودة فحم الكوك البترولي وقابليته للتطبيق، مثل الفاناديوم والنيكل، مما قد يؤثر على تطبيقه في بعض المجالات الخاصة.

استخدام طرق الاختبار الفيزيائية

استخدام طرق الاختبار الفيزيائية يمكن أن توفر طرق الاختبار الفيزيائية معلومات عن الخواص الفيزيائية لتركيز البترول وتساعد في تحديد أنواعه. على سبيل المثال، يتم قياس البارامترات الفيزيائية مثل قياس الكثافة والمسامية والمقاومة لفحم الكوك البترولي.

يمكن استخدام قياس الكثافة والمسامية بطريقة الصرف، وطريقة امتصاص الغاز، إلخ. يمكن استخدام قياس المقاومة باستخدام أدوات اختبار المقاومة الخاصة. وترتبط هذه المعلمات الفيزيائية ارتباطًا وثيقًا بنوعها وجودتها. ومن خلال المقارنة مع معيار المعلمة الفيزيائية لفحم الكوك الأليف المعروف، يمكن تصنيفه وتقييمه.

مقارنة فحم الكوك النفطي بمواد الكربون الأخرى

فحم الكوك البترولي مقابل فحم الكوك القائم على الفحم

إنها مواد كربونية مهمة، ولكن هناك بعض الاختلافات في مصدر المواد الخام وطبيعتها واستخدامها.

من مصدر المواد الخام، يأتي فحم الكوك النفطي من عملية تكرير البترول. في حين يتم إنتاج فحم الكوك القائم على الفحم من الفحم كمادة خام. ومن حيث الطبيعة، فإن المحتوى المتطاير لفحم الكوك البترولي منخفض نسبيًا. وقد يختلف محتوى الكبريت عن جودة النفط الخام.

هيكلها كثيف نسبياً. المحتوى المتطاير من فحم الكوك الفحمي مرتفع وعادة ما يكون محتوى الكبريت أعلى. وبنيته فضفاضة نسبيًا.

التطبيق

في التطبيق، يستخدم فحم الكوك البترولي على نطاق واسع في بعض المجالات المتطورة في صناعة الألومنيوم وصناعة الصلب. (مثل إنتاج أقطاب الجرافيت لصناعة الصلب في الأفران الكهربائية). ويستخدم فحم الكوك القائم على الفحم على نطاق واسع في بعض المجالات ذات الحساسية النسبية من حيث التكلفة ومتطلبات محتوى الكبريت المنخفض. مثل بعض الوقود وعامل الاختزال في فرن صهر الحديد العالي.

فحم الكوك البترولي مقابل الجرافيت في بعض الجوانب

فحم الكوك البترولي المغطى بالجرافيت في بعض جوانب فحم الكوك البترولي بعد المعالجة بالجرافيت. أداءه قريب من الجرافيت في العديد من الجوانب. بالمقارنة مع فحم الكوك النفطي الأحفوري العادي غير الغرافيتي، فإن التركيب البلوري لفحم الكوك النفطي الأحفوري الغرافيتي أكثر تنظيمًا. يتم ترتيب ذرات الكربون في هيكل طبقي، ويكون الضغط بين الطبقات ضعيفًا. وهذا يجعله يتمتع بتوصيل جيد وتوصيل حراري وتزييت جيد.

وفيما يتعلق بالتوصيل الحراري، فقد تحسنت الموصلية الحرارية لفحم الكوك الأحفوري النفطي الجرافيت بشكل كبير. ويمكنه نقل الحرارة بشكل أكثر فعالية. وهذا يجعله يتمتع بمزايا في بعض التطبيقات التي تتطلب كفاءة عالية في تبديد الحرارة. مثل أجزاء تبديد الحرارة في المعدات الإلكترونية. ومع ذلك، بالمقارنة مع الجرافيت الطبيعي، قد لا تزال هناك فجوة معينة في سلامة واستقرار البنية البلورية. ولكن قد يكون لها مزايا معينة من حيث التكلفة وقابلية التشغيل الآلي.

استخدامات فحم الكوك الأليف

في صناعة الألومنيوم

في صناعة الألومنيوم يُستخدم فحم الكوك البترولي في صناعة الألومنيوم بشكل رئيسي في إنتاج مواد أنود الألومنيوم الإلكتروليتي. يلعب الأنود دورًا مهمًا في توصيل الكهرباء والمشاركة في التفاعلات الكيميائية في عملية التحليل الكهربائي للألومنيوم. فحم الكوك البترولي هو المكون الرئيسي لـ أنود المواد. تؤثر جودتها بشكل مباشر على أداء الأنود وكفاءة التحليل الكهربائي للألومنيوم.

يتميز الأنود المصنوع من فحم الكوك البترولي المكلس عالي الجودة أو فحم الكوك النفطي الأحفوري الجرافيتي بمقاومة منخفضة، والتي يمكن أن تقلل من فقدان الطاقة وتحسن كفاءة التحليل الكهربائي. وفي الوقت نفسه، يمكن لاستقراره الكيميائي الجيد أن يقاوم البيئة القوية المسببة للتآكل في عملية التحليل الكهربائي ويطيل عمر خدمة الأنود. في الألومنيوم الصناعة، فإن مواصفات فحم الكوك البترولي مطلوبة بدقة، مثل المحتوى المنخفض من الشوائب وحجم الجسيمات المنتظم، وذلك لضمان استقرار جودة الأنود.

 لصناعة الصلب

وفي صناعة الصلب، يستخدم فحم الكوك الأليف في العديد من التطبيقات. فمن ناحية، يمكن استخدامه كمحسِّن للكربون في عملية صناعة الصلب. في عملية صناعة الفولاذ، يتم تعديل محتوى الكربون في الفولاذ المصهور بإضافة فحم الكوك النفطي لتلبية متطلبات إنتاج أنواع مختلفة من الفولاذ.

قطب الجرافيت الكهربائي

من ناحية أخرى، يلعب قطب الجرافيت الكهربائي المصنوع من فحم الكوك النفطي الأحفوري الجرافيت دورًا رئيسيًا في صناعة الصلب في الفرن. يتميز قطب الجرافيت بموصلية عالية ومقاومة درجات الحرارة العالية. ويمكنه توصيل تيار قوي في الفرن الكهربائي، وإنتاج درجة حرارة عالية لصنع خردة الفولاذ والمواد الخام الأخرى. وإجراء عملية صناعة الصلب.

صناعة الصلب لديها طلب كبير على فحم الكوك النفطي. وسيكون لتقلبات أسعاره تأثير معين على تكلفة الإنتاج. في الوقت نفسه، في عملية إنتاج الصلب، يحتاج استخدام فحم الكوك النفطي أيضًا إلى مراعاة تأثيره على البيئة. مثل التحكم في انبعاثات الغبار وأكاسيد الكبريت الناتجة عن الاحتراق.

في قطاع توليد الطاقة

يمكن استخدام فحم الكوك البترولي في صناعة توليد الطاقة كوقود في صناعة توليد الطاقة. وقيمته الحرارية عالية، والتي يمكن أن توفر كمية كبيرة من الطاقة الحرارية لتوليد الطاقة. وبصفة عامة، تبلغ القيمة الحرارية لفحم الكوك البترولي حوالي 30-35 ميجا جول/كجم، وهو ما ينافس الوقود التقليدي مثل الفحم.

ومع ذلك، سينتج عن حرق فحم الكوك البترولي غبار وثاني أكسيد الكبريت والملوثات الأخرى. وهذه تحتاج إلى تجهيزها بمعدات حماية البيئة المقابلة للمعالجة لتلبية معايير الانبعاثات البيئية الصارمة. كما ستؤثر التغيرات في الأسعار بالنسبة إلى أنواع الوقود مثل الفحم على قرارات اختيار الوقود لشركات توليد الطاقة.

تطبيقات صناعية أخرى

بالإضافة إلى الصناعات الرئيسية المذكورة أعلاه، تم استخدامها أيضًا على نطاق واسع في المجالات الصناعية الأخرى. على سبيل المثال، في الصناعة الكيميائية، يمكن استخدامه كمادة خام لإنتاج كربيد السيليكون والمنتجات الكيميائية الأخرى.

في صناعة الصب، يمكن استخدامه لصنع قلب الصب، إلخ.

في صناعة الزجاج، يمكن استخدامه كوقود لأفران الزجاج لتوفير الحرارة المطلوبة.

ويمكن استخدام رماده المحترق كأحد المواد الخام للزجاج للمشاركة في عملية إنتاج الزجاج.

وفي هذه التطبيقات، تمت الاستفادة الكاملة من خصائص فحم الكوك البترولي، مثل المحتوى العالي من الكربون وقيمة حرارية معينة. وتختلف مواصفاته ومتطلبات جودته وفقًا لمتطلبات التطبيقات الصناعية المختلفة.

الخاتمة

فحم الكوك البترولي هو منتج ثانوي مهم لتكرير البترول، وله أنواع عديدة وخصائص فيزيائية وكيميائية غنية. ويلعب دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في العديد من المجالات الصناعية. من خلال فهم عملية إنتاجه، وخصائص نوعه، وطرق تحديده، ومقارنته بمواد الكربون الأخرى ومجالات التطبيق الواسعة، يمكننا فهم قيمة وأهمية فحم الكوك البترولي بشكل أفضل.