كوك النفط: الدليل الشامل التعريف، الإنتاج، المواصفات، والأنواع.
نُشِر في Jun 12, 2023 at 11:06 PM
كوك النفط أو فحم الكوك البترولي جميعها تسميات لأحد المنتجات الثانوية لعمليات تكرير النفط الخام، وهي مواد صلبة غنية بالكربون لها استخدامات عدة في التطبيقات التجارية والصناعية، بالإضافة إلى كونه مصدر للطاقة.
في ظل أهمية تلك الاستخدامات أصبح كوك النفط عاملًا مؤثرًا في مشهد الطاقة العالمي، تابع معنا في الدليل التالي للتعرف بماهية كوك النفط (Petroleum Coke) ومجموعة من المعلومات التي يحتاج أي شخص مهتم بقطاع الغاز والنفط للاطلاع عليها حول هذا المورد الهام.
ما هو كوك النفط (Petroleum Coke)؟
كما ذكرنا في المقدمة، هو منتج ثانوي نهائي لعمليات تكرير النفط الخام غني بالكربون بالإضافة إلى بعض المعادن الثقيلة والكبريت والهيدروجين، ينتمي بنيوياُ إلى فصيلة فحم الكوك، وفحم الكوك يستخدم عادةً في عمليات التصنيع المختلفة، بما في ذلك عمليات الصهر وإنتاج أقطاب الكربون وغيرها من الصناعات التي تتطلب درجات حرارة عالية جدًا.
يمكن الحصول على الكوك من بعض المصادر غير التقليدية أيضا، أحد تلك المصادر تصنيع ومعالجة البيتومين (الإسفلت) المستخرج من النفط الرملي في المصافي، للتعرف أكثر على المصادر المختلفة للمشتقات النفطية يمكن التسجيل في دورات تدريبية في النفط والغاز في دبي.
منذ أن بدأ إنتاج كوك النفط مع أواخر القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين بدأت مجالات استخدامه تظهر حول العالم، إذ استخدم بدايةً في الغلايات والأفران كمصدر للوقود الصناعي، بينما تطورت استخداماته فيما بعد لتشمل المزيد من التطبيقات المختلفة سواء التطبيقات الصناعية أو التطبيقات الموجهة نحو المستهلك.
حيت يُستخدم اليوم كمصدر وقود في محطات الطاقة والمراجل بسبب محتواه العالي من الطاقة، علاوةً على ذلك يستخدم في صناعة الإسمنت كمادة مضافة أو رابطة، وفي إنتاج الجرافيت المستخدم في مجموعة متنوعة من المنتجات، مثل البطاريات وأقلام الرصاص.
كيف تتم عملية إنتاج ومعالجة كوك النفط؟
يستحصل على كوك النفط من نتاج عملية تكرير البترول، تبدأ المرحلة الأولى باستخراج المواد الأولية (نفط خام) من باطن الأرض بعد حفر بئر نفطي، المرحلة الثانية تتمثل في ضخ المةاد المستخرجة إلى مصفاة التكرير.
وظيفة مصافي النفط تكرير تلك المواد الهيدروكربونية الأولية للحصول على منتجات قابلة للاستخدام في السوق، بما في ذلك زيوت نفطية والبنزين والديزل والكيروسين وغيرها من المشتقات.
تشمل عملية تكرير الهيدروكربونات النفطية عدد من المعدات والمراحل والتقنيات والتفاعلات الكيميائية للحصول على المنتج النهائي، حيث تُسخن المواد الخام إلى درجات مرتفعة جدًا ضمن أبراج مخصصة للتقطير وتضغط إلى ضغوط عالية، ينفصل كل مركب هيدروكربوني عند ضغط ودرجة حرارة معينة.
تبقى مخلفات تلك المشتقات على شكل سوائل نفطية، يتم إرسال تلك السوائل إلى وحدات خاصة تسمى وحدات التكويك حيث تتم عملية التصفية، إذ تعالج عند درجة حرارة وضغط معين لينتج كوك النفط على شكل مواد صلبة بعد أن يتم طرد جميع الغازات والمواد المتطايرة من السوائل وتُفصل كافة الزيوت الخفيفة والثقيلة المتبقية فيه.
يسمى كوك النفط الناتج في هذه المرحلة بكوك النفط الأخضر، أي أنه لم يعالج بعد، يمكن استخدام الكوك في هذه الحالة في بعض التطبيقات، لكن بعض التطبيقات الأخرى تتطلب معالجة أكثر له وتسمى العملية بتكليس الكوك، حيث يُنقل إلى فرن دوار لإزالة ما تبقى فيه من بقايا الهيدروكربونات المتطايرة.
كما يمكن معالجة كوك النفط المكلس ضمن فرن تحميص حيث ينتج الكوك المستخدم بشكل رئيسي في صناعة الحديد الصلب أو الألومنيوم.
بالنسبة للتخزين والنقل، مثله مثل الفحم، يُخزن كوك النفط على شكل أكوام كبيرة ضمن أكياس أو صوامع ويمكن نقله بسهولة بواسطة ناقلات وأحزمة النقل والعربات.
نظرًا لتركيب الكوك الغني بالكربون يلزم تخزينه في بيئة جافة، عند تبلله تتشكل مادة صلبة يشار إليها عادةً باسم كوك النفط الرطب، وهي مادة قاسية من الصعب إزالتها لكن عند الحاجة إلى تكسير المادة يمكن استخدام كسارة عبارة عن خراطيم مياه ذات ضغط عالٍ لتكسيرها والتخلص منها.
ما هي أهم المواصفات الكيميائية والفيزيائية لكوك النفط؟
مواصفات كوك النفط الفيزيائية والكيميائية مختلفة باختلاف طريقة إنتاجه والمُنتج النهائي، فيما يلي بعض أكثر المواصفات شيوعًا للكوك النفط:
- التركيب الكيميائي: معظم ذرات الكوك تتكون من الكربون بنسب تتراوح من 85% إلى 90%، بالإضافة إلى ذرات من الهيدروجين بنسب من 3% إلى 4%، كما يحتوي الكوك الخام على نتروجين بنسب قليلة من 0.5% إلى 1% وكبريت 0.2% إلى 6%، يتحول كل من النيتروجين والكبريت إلى انبعاثات عند تكليس الكوك.
- درجة التسخين: كوك النفط قابل للاحتراق عند درجات حرارة عالية وله درجة تسخين مرتفعة تصل إلى 8000 إلى 10000 BTU/lb (وحدة حرارية بريطانية/رطل).
- حجم الجزيئات: تتراوح بين 0 مم إلى 50 مم.
- الرماد: يختلف مستوى الرماد الناتج عن الاحتراق باختلاف مصدر الكوك، يتراوح بين 0.5% إلى 1%.
- الرطوبة: يختلف محتوى الرطوبة ضمن جزيئات الكوك باختلاف مكان التعدين، يتراوح من أقل من 1% إلى أكثر 10%.
- المادة المتطايرة: كذلك يختلف تركيز المادة المتطايرة في فحم الكوك باختلاف مكان التعدين، والذي يوجد عادةً بنسب أقل من 10%.
- الصلابة: تختلف باختلاف نوع الكوك مكلس أم غير مكلس، إذ يعد الكوك المكلس أصلب وأكثف من الكوك العادي غير المكلس، وذلك يعود إلى تركيز الكربون الأعلى فيه.
- الكبريت: تختلف نسبة الكبريت في الكوك اعتمادًا على نوعه وكيفية التكرير، تتراوح بين 0.2% إلى 6%.
- المعادن: إجمالي محتوى المعادن يكون عادةً بنسب صغيرة أقل من 0.5%، من المعادن الموجودة في الكوك الألمنيوم والكوبالت والحديد والكروم والكالسيوم وغيرها.
- معدل الكربون الثابت: يتراوح محتوى الكربون الثابت في الكوك من 85% ويمكن أن يصل إلى 99%.
- الكثافة الحقيقية: تتراوح من 0.8 إلى 1.0 غ/ سم3.
ما هي أهم أنواع كوك النفط؟
لكوك النفط أنواع عدة، تختلف باختلاف طريقة المعالجة والتكرير، أهم تلك الأنواع ما يلي:
- كوك النفط الإسفنجي:
يُنتج هذا النوع من مخلفات المواد الخام عن طريق التحلل الحراري في طبقة مميعة، سُمي هذا النوع بالإسفنج نظرًا لمظهره وملمسه فهو يتميز بكثافته المنخفضة ومساميته العالية.
تستخدم المواد من هذا النوع عادةً في إنتاج الأقطاب الكهربائية اللازمة لصناعة الألمنيوم نظرًا لنقاوته العالية والتركيز المنخفض للكبريت والتوصيل الكهربائي الجيد، بالإضافة إلى مقاومته الشديدة للصدمات الحرارية ومعامل تمدد حراري منخفض.
يُستخدم أيضًا كوقود في أفران الأسمنت والغلايات الصناعية بسبب تركيز الكبريت المنخفض، هذا يعني أنّه ينتج انبعاثات أقل من ثاني أكسيد الكبريت عند الاحتراق.
- كوك النفط المطلق:
ينتج هذا النوع في مراحل التكويك النهائية حيث يتم تبريد جزيئات الكوك بسرعة مما يسبب عدم انتظام في هياكلها، تلك العملية تجعل من الصعب التعامل معه، كما أنه نوع غير مرغوب بكثرة في التطبيقات التي يستخدم فيها عادةً الكوك، مثل إنتاج الأنودات، والتي تتطلب نقاوة عالية ومسامية منخفضة.
لكنه يستخدم كوقود في بعض العمليات الصناعية مثل أفران الأسمنت ومحطات الطاقة التي تتطلب مسامية عالية، فهو يوفر خصائص جيدة للاحتراق ويقلل من الانبعاثات.
- كوك النفط الإبري:
ينتج هذا النوع بشكل حصري من السوائل الناتجة عن وحدات التكسير التحفيزي المائع (FCC) أو من قطران الفحم الحجري، يتميز بهيكله الفريد والنقاوة العالية الأمر الذي يجعله خيار جيد لإنتاج أقطاب الجرافيت ذات الجودة العالية واللازمة لصناعة بطاريات السيارات الكهربائية ومنظومات تخزين الطاقة الكهربائية.
أخيرًا،
بالرغم من كون كوك النفط مورد ثمين، إلا أنّه قد يكون مهددًا للحياة، لذا يلزم الأخذ بعين الاعتبار احتياطات السلامة عند التعامل معه، بما فيها ارتداء الملابس الواقية وتجنب ملامسة الجلد والتهوية الجيدة، كما يلزم إجراء صيانات دورية للآلات والمعدات المستخدمة في الإنتاج للحد من الحوادث والتعرض للمواد الخطرة.
