التكسير المتأخر

وحدة التكسير المتأخر هي نوع من وحدات التكسير التي تعتمد على تسخين زيت متبقٍ إلى درجة حرارة التكسير الحراري في فرن ذي مسارات متوازية متعددة. يؤدي ذلك إلى تكسير جزيئات الهيدروكربونات الثقيلة ذات السلاسل الطويلة في الزيت المتبقي إلى زيت غاز التكسير وفحم الكوك البترولي . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

يُعدّ التكويك المتأخر إحدى العمليات الأساسية المستخدمة في العديد من مصافي النفط . تُظهر الصورة المجاورة وحدة تكويك متأخر بأربعة براميل. مع ذلك، تحتوي الوحدات الأكبر حجماً على أزواج متتالية من البراميل، يصل عددها في بعضها إلى ثمانية براميل، وقد يصل قطر كل منها إلى 10 أمتار ، وارتفاعها الإجمالي إلى 43 متراً. ^{[ 4 ]}

تتراوح نسبة إنتاج فحم الكوك من عملية التكويك المتأخر بين 18 و30 بالمئة تقريبًا من وزن الزيت المتبقي المستخدم في عملية التكويك، وذلك تبعًا لتركيب الزيت الخام والمتغيرات التشغيلية. وتنتج العديد من مصافي التكرير حول العالم ما يصل إلى 2000 إلى 3000 طن من فحم الكوك البترولي يوميًا، بل إن بعضها ينتج كميات أكبر. ^{[ 5 ]}

يعتمد مخطط التدفق والوصف الواردان في هذا القسم على وحدة فحم الكوك المتأخرة ذات زوج واحد من أسطوانات فحم الكوك وفرن واحد للمواد الأولية. مع ذلك، وكما ذُكر سابقًا، قد تحتوي الوحدات الأكبر حجمًا على ما يصل إلى 4 أزواج من الأسطوانات (8 أسطوانات إجمالًا)، بالإضافة إلى فرن لكل زوج من أسطوانات فحم الكوك.

Residual oil from the vacuum distillation unit (sometimes including high-boiling oils from other sources within the refinery) is pumped into the bottom of the distillation column called the main fractionator. From there, it is pumped, along with some injected steam, into the fuel-fired furnace and heated to its thermal cracking temperature of about 480–505 °C. Thermal cracking begins in the pipe between the furnace and the coke drums, and finishes in the coke drum that is on-stream. The injected steam helps to minimize the deposition of coke within the furnace tubes ("delaying" the coking), by increasing the feed velocity, reducing residence time within the furnace.

Pumping the incoming residual oil into the bottom of the main fractionator, rather than directly into the furnace, preheats the residual oil by having it contact the hot vapors in the bottom of the fractionator. At the same time, some of the hot vapors condense into a high-boiling liquid which recycles back into the furnace along with the hot residual oil.

As cracking takes place in the drum, gas oil and lighter components are generated in vapor phase and separate from the liquid and solids. The drum effluent is vapor except for any liquid or solids entrainment, and is directed to main fractionator, where it is separated into the desired boiling-point fractions.

The solid coke is deposited and remains in the coke drum in a porous structure that allows flow through the pores. Depending on the overall coke-drum cycle being used, a coke drum may fill in 12 to 24 hours. Fixed and dynamic cycle times can be utilized.

After the first drum is full of the solidified coke, the hot mixture from the furnace is switched to the second drum. While the second drum is filling, the filled first drum is steamed out to reduce the hydrocarbon content of the petroleum coke, and then quenched with water to cool it. Quenching includes filling up, waiting several hours, and then draining the water. The top and bottom heads of the full coke drum are removed, and the solid petroleum coke is then cut from the coke drum with a high-pressure water jet, where it falls into a pit, pad, or sluiceway for reclamation to storage.

The decoking systems used for the coke removal usually consists of a high-pressure, high-flow centrifugal jet pump, piping systems, decoking valves, isolation and bleed valves, high-pressure hoses, crossheads, rotary joints, winches, rotating drill stems, and cutting tools (combined, or separate). Specialized valves called "decoking valves" are usually used to make the switching from boring to cutting possible.

يوضح الجدول أدناه النطاق الواسع من تركيبات فحم الكوك البترولي الخام (المشار إليه باسم فحم الكوك الأخضر ^{[ 6 ]} ) المنتج في وحدة التكسير المتأخر والتركيبات المقابلة بعد تكليس فحم الكوك الأخضر عند 2375  درجة فهرنهايت (1302  درجة مئوية):

أُنتج فحم الكوك البترولي لأول مرة في ستينيات القرن التاسع عشر في مصافي النفط الأولى في بنسلفانيا، حيث كان يُغلى النفط في أجهزة تقطير حديدية صغيرة لاستخلاص الكيروسين ، وهو زيت إضاءة كان في أمس الحاجة إليه. وكانت أجهزة التقطير تُسخّن بواسطة مواقد من الخشب أو الفحم تُشعل أسفلها، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة النفط وتكوّن فحم الكوك بالقرب من القاع. وبعد اكتمال عملية التقطير، يُترك جهاز التقطير ليبرد، ثم يقوم العمال باستخراج فحم الكوك والقطران. ^{[ 7 ]}

• في عام 1913، حصل ويليام ميريام بيرتون ، الذي كان يعمل كيميائيًا في مصفاة ستاندرد أويل أوف إنديانا في وايتينغ، إنديانا ، على براءة اختراع ^{[ 8 ]} لعملية التكسير الحراري التي طورها. وأصبح لاحقًا رئيسًا لشركة ستاندرد أويل أوف إنديانا قبل تقاعده.
• في عام 1929، وبناءً على عملية التكسير الحراري لبرتون، قامت شركة ستاندرد أويل أوف إنديانا ببناء أول وحدة تكسير متأخرة. وقد تطلب ذلك عملية إزالة الكربون يدوياً شاقة للغاية. ^{[ 7 ]}
• في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين، طورت شركة شل للنفط تقنية إزالة الفحم الهيدروليكية باستخدام الماء عالي الضغط في مصفاتها في وود ريفر، إلينوي . وقد أتاح ذلك، من خلال وجود أسطوانتين لفحم الكوك، إمكانية جعل عملية إزالة الفحم المتأخرة عملية شبه مستمرة. ^{[ 7 ]}
• ابتداءً من عام 1955 فصاعدًا، ازداد استخدام التكسير المتأخر.
• في عام 2002، بلغ عدد مصافي تكرير البترول حول العالم 130 مصفاة، تنتج 172 ألف طن من فحم الكوك البترولي يومياً. ^{[ 9 ]} ومن ضمن هذه البيانات العالمية، كان هناك حوالي 59 وحدة لإنتاج فحم الكوك تعمل في الولايات المتحدة ، وتنتج 114 ألف طن من فحم الكوك يومياً. ^{[ 9 ]}

يُستخدم فحم الكوك الناتج عن عملية التكسير المتأخر في العديد من الاستخدامات والتطبيقات التجارية. ^{[ 7 ] [ 10 ] [ 11 ]} ويُعدّ استخدامه كوقود هو الاستخدام الأكبر.

استخدامات الكولا الخضراء هي:

• كوقود لأجهزة التدفئة ، ومولدات البخار الصناعية الكبيرة ، واحتراق الطبقة المميعة ، ووحدات دورة التغويز المتكاملة (IGCC)، وأفران الأسمنت
• في مصانع كربيد السيليكون
• لإنتاج فحم الكوك المستخدم في أفران الصهر

استخدامات فحم الكوك المكلس هي:

• كأقطاب موجبة في إنتاج الألومنيوم
• في إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم
• كعامل رافع للكربون في صناعة الحديد الزهر والصلب
• إنتاج أقطاب الجرافيت ومنتجات الجرافيت الأخرى مثل فرش الجرافيت المستخدمة في المعدات الكهربائية
• مواد هيكلية من الكربون

توجد عمليات تكرير أخرى لإنتاج فحم الكوك البترولي، وهي عملية التكوير بالتيار السائل وعملية التكوير المرن، ^{[ 12 ] [ 13 ]} وقد طُوّرت كلتاهما وحصلت شركة إكسون موبيل للأبحاث والهندسة على ترخيص لهما. دخلت أول وحدة تجارية حيز التشغيل عام 1955. وبعد ثلاثة وأربعين عامًا، أي بحلول عام 1998، كان هناك 18 وحدة من هذه الوحدات تعمل في جميع أنحاء العالم، ^{[ 14 ]} منها 6 وحدات في الولايات المتحدة.

توجد عمليات أخرى مماثلة لإنتاج الفحم، لكنها لا تنتج فحم الكوك البترولي، مثل وحدة التكسير السريع لورجي-في زد كيه، التي تنتج فحم الكوك عن طريق التحلل الحراري للكتلة الحيوية. ^{[ 15 ]}

• مسرد مصطلحات أجهزة التكوير والمواضيع ذات الصلة. مؤرشف بتاريخ ٢٣ سبتمبر ٢٠١٩ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).