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 ]
مخطط انسيابي ووصف توضيحي
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.
يُضخ الزيت المتبقي من وحدة التقطير الفراغي (والذي قد يحتوي أحيانًا على زيوت عالية الغليان من مصادر أخرى داخل المصفاة) إلى أسفل برج التقطير المسمى وحدة التجزئة الرئيسية. ومن هناك، يُضخ الزيت، مع كمية من البخار المحقون، إلى الفرن الذي يعمل بالوقود ويُسخن إلى درجة حرارة التكسير الحراري التي تتراوح بين 480 و505 درجة مئوية. يبدأ التكسير الحراري في الأنبوب الواصل بين الفرن وأسطوانات فحم الكوك، وينتهي في أسطوانة فحم الكوك المتصلة بالفرن. يساعد البخار المحقون على تقليل ترسب فحم الكوك داخل أنابيب الفرن (أي تأخير عملية التكويك)، وذلك عن طريق زيادة سرعة التغذية وتقليل زمن بقاء الزيت داخل الفرن.
يؤدي ضخ الزيت المتبقي الداخل إلى قاع وحدة التقطير الرئيسية، بدلاً من ضخه مباشرةً إلى الفرن، إلى تسخين الزيت المتبقي مسبقاً عن طريق ملامسته للأبخرة الساخنة في قاع وحدة التقطير. وفي الوقت نفسه، يتكثف جزء من هذه الأبخرة الساخنة ليتحول إلى سائل ذي درجة غليان عالية، يُعاد تدويره إلى الفرن مع الزيت المتبقي الساخن.
أثناء عملية التكسير في الأسطوانة، يتولد زيت الغاز والمكونات الأخف في الحالة البخارية وينفصل عن السائل والمواد الصلبة. ويكون ناتج الأسطوانة بخارًا باستثناء أي سوائل أو مواد صلبة عالقة، ويتم توجيهه إلى وحدة التقطير الرئيسية، حيث يتم فصله إلى أجزاء ذات نقاط غليان محددة.
يترسب فحم الكوك الصلب ويبقى في أسطوانة الكوك ضمن بنية مسامية تسمح بالتدفق عبر المسام. وبحسب دورة أسطوانة الكوك المستخدمة، قد تمتلئ الأسطوانة في غضون 12 إلى 24 ساعة. ويمكن استخدام دورات زمنية ثابتة أو ديناميكية.
بعد امتلاء البرميل الأول بفحم الكوك المتصلب، يُنقل الخليط الساخن من الفرن إلى البرميل الثاني. أثناء امتلاء البرميل الثاني، يُبخّر البرميل الأول الممتلئ لتقليل محتوى الهيدروكربونات في فحم الكوك البترولي، ثم يُبرّد بالماء. تتضمن عملية التبريد ملء البرميل، والانتظار لعدة ساعات، ثم تصريف الماء. تُزال الأغطية العلوية والسفلية لبرميل فحم الكوك الممتلئ، ثم يُفصل فحم الكوك البترولي المتصلب عن البرميل باستخدام نفاثة ماء عالية الضغط، حيث يسقط في حفرة أو منصة أو قناة لتجميعه وتخزينه.
تتألف أنظمة إزالة فحم الكوك عادةً من مضخة نفاثة طاردة مركزية عالية الضغط والتدفق ، وأنظمة أنابيب، وصمامات إزالة فحم الكوك، وصمامات عزل وتصريف، وخراطيم ضغط عالٍ، ورؤوس توصيل، ومفاصل دوارة، ورافعات، وأنابيب حفر دوارة، وأدوات قطع (مدمجة أو منفصلة). وتُستخدم صمامات متخصصة تُسمى "صمامات إزالة فحم الكوك" عادةً لتسهيل عملية التحويل من الحفر إلى القطع.
مكونات الكوك
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):
| عنصر | كوكاكولا الخضراء كما تم إنتاجها | فحم الكوك المكلس عند درجة حرارة 2375 فهرنهايت |
|---|---|---|
| الكربون الثابت، النسبة المئوية الوزنية | 80 - 95 | 98.0 - 99.5 |
| الهيدروجين، النسبة المئوية الوزنية | 3.0 - 4.5 | 0.1 |
| النيتروجين، النسبة المئوية الوزنية | 0.1 - 0.5 | |
| الكبريت، نسبة مئوية وزنية | 0.2 - 6.0 | |
| المواد المتطايرة، النسبة المئوية للوزن | 5 - 15 | 0.2 - 0.8 |
| الرطوبة، نسبة مئوية وزنية | 0.5 - 10 | 0.1 |
| الرماد، النسبة المئوية للوزن | 0.1 - 1.0 | 0.02 - 0.7 |
| الكثافة، جم/ سم³ | 1.2 - 1.6 | 1.9 - 2.1 |
| المعادن، الوزن بالجزء في المليون: | ||
| الألومنيوم | 15 - 100 | 15 - 100 |
| البورون | 0.1 - 15 | 0.1 - 15 |
| الكالسيوم | 25 - 500 | 25 - 500 |
| الكروم | 5 - 50 | 5 - 50 |
| الكوبالت | 10 - 60 | 10 - 60 |
| حديد | 50 - 5000 | 50 - 5000 |
| المنغنيز | 2 - 100 | 2 - 100 |
| المغنيسيوم | 10 - 250 | 10 - 250 |
| الموليبدينوم | 10 - 20 | 10 - 20 |
| النيكل | 10 - 500 | 10 - 500 |
| البوتاسيوم | 20 - 50 | 20 - 50 |
| السيليكون | 50 - 600 | 50 - 600 |
| الصوديوم | 40 - 70 | 40 - 70 |
| التيتانيوم | 2 - 60 | 2 - 60 |
| الفاناديوم | 5 - 500 | 5 - 500 |
تاريخ
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 ]
استخدامات فحم الكوك البترولي
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
عمليات أخرى لإنتاج فحم الكوك البترولي
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 ]
مراجع
- ↑ غاري، جيه إتش؛ هاندويرك، جي إي (1984). تكنولوجيا واقتصاديات تكرير البترول ( الطبعة الثانية). مارسيل ديكر، إنك. ISBN 0-8247-7150-8.
- ↑ ليفلر، دبليو إل (1985). تكرير البترول لغير المتخصصين ( الطبعة الثانية). كتب بنويل. رقم ISBN 0-87814-280-0.
- ↑ "مسرد مصطلحات فحم الكوك البترولي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23-09-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-05-2007 .
- ↑ "ابتكارات التكسير المتأخر واتجاهات التصميم الجديدة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 30 مايو 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مارس 2012 .
- ↑ فريق العمل (نوفمبر 2002). "عمليات التكرير لعام 2002". معالجة الهيدروكربونات : 85-147 . ISSN 0887-0284 .
- ↑ فحم الكوك البترولي على موقع IUPAC Compendium of Chemical Terminology
- 1 2 3 4 برنامج تعليمي: أساسيات التكسير المتأخر مؤرشف في 13-08-2012 في Wayback Machine (كتبه بول إليس وكريستوفر بول من شركة Great Lakes Carbon Corporation)
- ↑ "براءة اختراع الولايات المتحدة رقم 0149667" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 2020-11-09 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2012-03-01 .
- 1 2 فريق العمل (31 ديسمبر 2002). "مسح التكرير العالمي لعام 2002". مجلة النفط والغاز : 68-111 . ISSN 0030-1388 .
- ↑ التكسير المتأخر، بديل جذاب (بقلم فرانز ب. إيرهاردت، شركة كونوكو للنفط في مؤتمر الشرق الأوسط للنفط والغاز في البحرين )
- ↑ استخدام فحم الكوك البترولي في حرق أفران الأسمنت ، بقلم إي. كابلان ون. نيدر، شركة نيشر إسرائيل للأسمنت المحدودة، تم تقديمه في المؤتمر الفني لصناعة الأسمنت، IEEE-IAS/PCA، في فانكوفر، كولومبيا البريطانية ، كندا ، أبريل-مايو 2001
- ↑ جون سي. ماكيتا، محرر (1994). موسوعة المعالجة الكيميائية والتصميم (المجلد 48) . سي آر سي. رقم ISBN 0-8247-2498-4.
- ^ جان فرانسوا لو بيج؛ سامي شاتيلا؛ مايكل ديفيدسون (1992). معالجة الزيوت الثقيلة والسكنية . طبعات تكنيب. رقم ISBN 2-7108-0621-5.
- ↑ فريق العمل (نوفمبر 1998). "عمليات التكرير لعام 1998". معالجة الهيدروكربونات : 53-112 . ISSN 0887-0284 .
- ↑ استراتيجية لورجي لتحويل الكتلة الحيوية إلى سائل (BTL) الدكتور لودولف بلاس، الدكتور أرمين غونتر وبيترو دي زانو، مؤتمر تحويل الكتلة الحيوية إلى سائل (BTL)، برلين (انتقل إلى أسفل الصفحة 9 من 21 صفحة من ملف PDF)
روابط خارجية
- مسرد مصطلحات أجهزة التكوير والمواضيع ذات الصلة. مؤرشف بتاريخ ٢٣ سبتمبر ٢٠١٩ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
- إنتاج النفط
- معدات كيميائية
- مصافي النفط