کک نفتی

کک نفتی چیست؟

کک نفتی

کک نفتی یک محصول جامد قابل احتراق است که از فرآیند کک‌سازی باقیمانده‌های نفت و قیر نفتی در طی پالایش نفت به دست می‌آید. کک نفتی به‌عنوان یکی از نمایندگان شاخص کربن گرافیتی‌شونده، سیاه‌رنگ و متخلخل بوده و عنصر غالب آن کربن با میزان بسیار ناچیز ناخالصی‌ها است. به همین دلیل، نقش مهمی در حوزه‌های صنعتی مختلف همچون متالورژی و مهندسی شیمی ایفا می‌کند و به‌عنوان ماده اولیه اصلی برای تولید محصولات مختلف گرافیتی به شمار می‌رود.

روش‌های طبقه‌بندی کک نفتی

کک نفتی را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف طبقه‌بندی کرد که چهار دسته متداول آن عبارت‌اند از:

1. طبقه‌بندی بر اساس فرآیند کک‌سازی

با توجه به روش‌های مورد استفاده در فرآیند تولید، کک نفتی به چهار دسته تقسیم می‌شود:

• کک کوره باز (Open-hearth coke)
• کک دیگی (Kettle coke)
• کک تأخیری (Delayed coke)
• کک سیال (Fluid coke)

از میان آن‌ها، کک کوره باز و کک دیگی به دلیل محدودیت‌های فرآیندی تقریباً از بازار حذف شده‌اند. امروزه کک تأخیری محصول اصلی صنعتی در داخل و خارج کشور محسوب می‌شود و تنها مقدار اندکی کک سیال نیز تولید می‌گردد.

2. طبقه‌بندی بر اساس دمای عملیات حرارتی

از نظر دمای تیمار حرارتی، کک نفتی به دو نوع تقسیم می‌شود:

• کک خام (Green coke): محصول مستقیم فرآیند کک‌سازی (مانند کک‌سازی تأخیری) است که دارای فراریت بالا و استحکام مکانیکی پایین می‌باشد.
• کک کلسینه (Calcined coke): محصول حاصل از کلسیناسیون کک خام در دمای بالا است که خواص آن به‌طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.

3. طبقه‌بندی بر اساس میزان گوگرد

از نظر میزان گوگرد موجود، کک نفتی به سه دسته تقسیم می‌شود:

• کک پرگوگرد
• کک میان‌گوگرد
• کک کم‌گوگرد

این تقسیم‌بندی برای انتخاب کاربردهای صنعتی اهمیت راهبردی دارد، چرا که کک کم‌گوگرد با ناخالصی کمتر، برای صنایع نیازمند مواد اولیه با خلوص بالا مناسب‌تر است.

4. طبقه‌بندی بر اساس ظاهر، ساختار و خواص

بر مبنای تفاوت در ظاهر، ساختار درونی و ویژگی‌ها، کک نفتی به سه نوع اصلی تقسیم می‌شود:

• کک اسفنجی (Sponge coke): از قیرهای باقیمانده با درصد بالای کلوئید و آسفالتن تولید می‌شود. این نوع کک دارای ظاهر اسفنجی، ناخالصی زیاد و حفره‌های کوچک با دیواره‌های نازک است. پس از گرافیت‌سازی، ضریب انبساط خطی و مقاومت ویژه بالایی دارد و برای تولید محصولات گرافیتی باکیفیت مناسب نیست.
• کک لانه‌زنبوری (Honeycomb coke): از قیرهای باقیمانده با میزان متوسط کلوئید و آسفالتن تولید می‌شود. این کک دارای حفره‌های داخلی یکنواخت و ساختار لانه‌زنبوری مشخص است و خواص فیزیکی و مکانیکی آن به‌مراتب بهتر از کک اسفنجی می‌باشد. این نوع کک در تولید الکترودهای گرافیتی نوع RP، محصولات کربنی برای آلومینیوم الکترولیتی و سایر محصولات الکتروکربنی کاربرد دارد.
• کک سوزنی (Needle coke): از قیرهای باقیمانده با کیفیت بالا که حاوی آروماتیک زیاد، کلوئید و آسفالتن کم، گوگرد و خاکستر اندک هستند، تولید می‌شود. سطح آن دارای رگه‌های مشخص بوده و حفره‌های داخلی به‌صورت بیضوی کشیده و جهت‌دار قرار گرفته‌اند. پس از شکستگی، ذرات باریک و سوزنی شکل ایجاد می‌شود. گرافیت مصنوعی حاصل از آن ضریب انبساط خطی و مقاومت ویژه کمی دارد، و به همین دلیل ماده اولیه کلیدی برای تولید الکترودهای گرافیتی نوع HP و UHP به شمار می‌رود.

این طبقه‌بندی‌ها نشان می‌دهد که عملکرد کک نفتی به ویژگی‌های ماده اولیه و فرآیند تولید آن وابسته است. طبقه‌بندی علمی و دقیق، مبنای درستی برای انتخاب مواد اولیه در صنایع مختلف فراهم کرده و به افزایش بهره‌وری و کیفیت محصولات کمک می‌کند.

کاربردهای متنوع کک نفتی: از کک خام تا کک کلسینه

کک نفتی کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارد؛ از تولید آلومینیوم الکترولیتی گرفته تا صنایع متالورژی و حتی سوخت. مهم‌ترین کاربردهای آن شامل موارد زیر است:

• ماده اصلی در تولید آندهای پخته‌شده و خمیر آندی برای آلومینیوم الکترولیتی
• افزودنی کربنی در صنعت کربن
• تولید الکترودهای گرافیتی، سیلیسیم صنعتی برای ذوب فلزات، و نیز به‌عنوان منبع سوخت

برای تولید الکترودهای گرافیتی در فولادسازی یا خمیرهای آندی (الکترودهای مذاب) در تولید آلومینیوم و منیزیم، کک خام باید تحت عملیات کلسیناسیون قرار گیرد. این فرآیند معمولاً در دمای حدود ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود تا ترکیبات فرار به حداکثر میزان ممکن حذف شوند. در نتیجه، میزان هیدروژن کاهش یافته، درجه گرافیت‌پذیری افزایش یافته و استحکام، مقاومت حرارتی و رسانایی الکتریکی الکترودهای گرافیتی بهبود می‌یابد.

کک کلسینه در تولید الکترودهای گرافیتی، محصولات خمیر کربنی، کاربید سیلیسیم، فسفر خوراکی، متالورژی و کاربید کلسیم به‌طور گسترده استفاده می‌شود که مهم‌ترین کاربرد آن همچنان تولید الکترودهای گرافیتی است.

کک خام نیز بدون نیاز به کلسیناسیون قابل استفاده است و نقش اصلی در تولید کاربید کلسیم ایفا می‌کند. همچنین برای تولید سیلیسیم کاربید و بور کاربید (مواد ساینده) به‌کار می‌رود و در کوره‌های بلند متالورژی به‌عنوان کک، در تولید آجرهای کربنی نسوز برای جداره کوره‌های بلند، و نیز به‌عنوان کک متراکم در فرآیندهای ریخته‌گری استفاده می‌شود.

جمع‌بندی

کک نفتی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، چه در شکل خام و چه در شکل کلسینه، جایگاهی انکارناپذیر در صنایع گوناگون دارد. این ماده کلیدی با فراهم کردن کارایی و عملکرد بالا، نقش مؤثری در ارتقای بهره‌وری و کیفیت محصولات صنعتی ایفا می‌کند.