کک سوزنی

توليد فولاد به روش كوره قوس الكتريكي شديدا” به الكترود گرافيتي و مهم تر از آن توليد الكترود گرافيتي انحصارا” به كك سوزني وابسته است .

 كك سوزني يك ماده بسيار  مهم براي توليد الكترود گرافيتي است .بيشتر از روش كك سازي تاخيري يا بستر فعال براي توليد كك سوزني استفاده مي شود .

توليد كك سوزني با كيفيت خوب ساده نيست، زيرا كنترل چندين پارامتر براي كنترل فرآيند توليد لازم است . به عبارت ديگر يك فرآيند كنترلي چندين پارامتري است .

علاوه بر آن درك مكانيسم دخيل  درفرآيند كك سازي تاخيري هم بسيار مهم است كه شامل شكل گيري مزوفاز و تنظيم مجدد در يك راستا مي شود و در هرخوراك دهي براي مواد مختلف ، درجه حرارت و فشار خاص و بهينه اي لازم مي باشد .

هيدروكربن اشباعي ، آروماتيك ، رزين و اسفالتين از تركيبات اصلي در فرآيند كك سازي تاخيري  هستند كه كنترل آنها درتوليد كك سوزني براي توليد الكترود با ضريب انبساط  گرمايي پائين مهم هستند. 

علاوه بر آن اتمهاي مختلفي  مانند سولفور ، اكسيژن  ، نيتروژن و ناخالص هاي فلزي براي  گرافيته كردن  بهتر وجلوگيري از اثرات پفكي و تشكيل مزوفاز بهتر بايد تحت كنترل  قرار گيرند.

 كك سوزني از دو منشاء پتروليوم كك يا كك نفتي و كك قطران ذغالسنگ توليد مي شود.

 كك نفتي يا پتروليوم كك Coke )   ( Petroliumيك محصول فرعي حاصل از پالايش نفت خام است كه عمدتا” از كربن تشكيل شده است و داراي مقداري گوگرد و فلزات سنگين مانند نيكل و واناديوم است .

کک سوزنی

 درسال 1935 توليد كك از پتروليوم كك به روش كك سازي تاخيري از نفت خام جايگزين توليدكك از ذغالسنگ شد. از دهه 1970 كك سوزني جايگزين ديگرمواد براي توليد الكترود گرافيتي شدكه تحول بزرگي درتوليد فولاد به روش قوس الكتريكي بوجود آمد .

 ميتسوبيشي كميكال اولين شركت در دنياست كه موفق شد كك سوزني ذغال پايه توليد كند.

در دنيا فقط دو شركت هستند كه كك سوزني با منشا ذغال سنگ  توليد مي كنند كه هر دو در ژاپن قرار دارند كك سوزني ميتسوبيشي  كميكال خواص فيزيكي عالي  مانند ضريب انبساط گرمايي كم و مقاومت الكتريكي بسيار پائين همراه با خرد شوندگي كمتر و شكست كمتر دارد.

 الكترود گرافيتي را مطابق با استاندارهاي جهاني مي بايست از پتروليوم كك كلسينه شده تهيه نمود .

كه تكنولوژي و فرآيند توليد كك سوزني بعنوان ماده اوليه شكل دهنده  ( CPC ) بصورت انحصاري در اختياركشورهاي معدودي نظير امريكا ، ژاپن ،  چين ، آلمان قرار دارد و همين باعث شد كه ساخت الكترودهاي گرافيتي بعنوان ماده مصرفي اصلي دركوره ذوب و ريخته گري به روش ايجاد قوس الكتريكي بصورت انحصاري در اختيار اين كشورهاي توسعه يافته قرار گيرد.

    )فرآيند اصلي توليد كك سوزني در انحصار امريكا و ژاپن است.(

کک سوزنی

 تاثير كيفيت كك نفتي بركيفيت الكترود بسيار مهم است. هر چه درجه ( grade )كك نفتي بالاتر باشد كيفيت الكترود گرافيتي بالاتر خواهد شد. 

البته علاوه بركيفيت كك نفتي طول الكترود ، قطر، ضخامت ، چگالي ،مقاومت و ميزان روزنه ها نيز دركيفيت و توان و سرعت انتقال جريان برق الكترود گرافيتي موثرند .

 يكي از روش هاي تبديل پسماند پالايش به محصولات با ارزش استفاده از فرايند كك سازي است .

كك سازي فرآيندي متشكل از تجزيه حرارتي ، پليمريزاسيون و چگالش است كه در آن پسماند هاي سنگين نفتي به انواع گازها ، مايعات و ماده جامد با درصد كربن بالا به نام كك نفتي تبديل مي شود. كك نفتي بدست آمده كه تكليس نشده باشد كك سبز ناميده مي شود .

كك نفتي كلسينه شده براي ساخت آند در توليد  آلومينييم و توليد محصولات مختلف كربني يا گرافيتي به كار مي رود.

ساختار فيزيكي و ميزان خلوص كك نفتي كاربرد آن را تعيين مي كند كك موردنياز براي ساخت اين محصولات كربني بايد محتوي مقدار كم مواد معدني و گوگرد باشد .

اگر كك داراي گوگرد ، خاكستر و واناديوم زياد باشد بعنوان سوخت مصرف مي شود.

فرایند کک سازی

فرآيندكك سازي بيشتر به صورت

1. كك سازي تاخيري
2. كك سازي در بستر سيال

صورت مي گيرد .

روش تاخيري يكي از مهمترين فرآيندهاي تبديل پسماند پالايشي سنگين به فرآورده هاي مفيد است كه محصولات آن شامل گاز ، مايع و كك است . بازده هركدام از اين محصولات به نوع خوراك و شرايط  عملياتي حاكم بر فرآيند كك سازي تاخيري بستگي دارد .

  در فرآيند كك سازي تاخيري بر حسب خوراك ، كك با سه ساختار فيزيكي : كك سوزني ، كك اسفنجي  و كك دانه اي قابل تهيه است .  كك سوزني به خاطر ساختار سوزني شكل خود به اين نام خوانده مي شود و از خوراك هايي كه داراي آسفالتين نمي باشند بدست مي آيد . ازاين نوع كك براي ساختن الكترودهاي گرافيتي استفاده مي شود كه قيمت بالايي دارند .

 ميزان توليدكك سوزني توسط بزرگ ترين توليد كنندگان در سال 2018 به شرح ذيل بوده است :

فيليپس66  ( امريكا )                                        370.000  تن

سي كمكو    (ژاپن )                                      170.000     ”  

سيدرفت ال پي (امريكا)                                  150.000   “

ميتسوبيشي كميكال (ژاپن)                                     130.000   “

جي اكس تي جي نيپون اويل وانرژي (ژاپن )          80.000     “

ضمنا” شركتهاي چيني Sinosteel  حدود 140 هزار تن ، Petrochina   حدود 60 هزار تن و Baosteel

حدود 50 هزار تن كك سوزني توليد نمودند.

امريكا ، چين و ژاپن  بزرگ ترين توليد كننده كك سوزني در جهان هستند و بعد از آنها هند و  روسيه آلمان و بريتانيا از كشورهاي اصلي توليد كننده كك سوزني و الكترود گرافيتي مي باشند.

بزرگ ترين توليد كننده كك سوزني در جهان كنوكوفيليپس ( Phillips Conoco  (  Phillips66 است . دو شركت در جهان هستند كه كك سوزني را از  مشتقات قير و قطران ذغالسنگ توليد مي كنند هر دو شركت در ژاپن قرار دارند.

کک سوزنی

  كك سوزني علاوه بر توليد الكترودهاي گرافيتي   براي باتري هاي ليتومي – يون كه در تلفن و اتومبيل هاي الكتريكي مصرف دارند استفاده مي شود.

بالا رفتن تقاضاي  اين صنايع براي مصرف اين ماده  وضع را براي بخش فولاد سخت تر  مي كند . پتروليوم كك كه كك سوزني يكي از انواع آن است همچنين وسيعا” در صنعت آلومينيم براي  فرايند ذوب مصرف دارد.

كك سوزني مطلوب داراي ويژگيهاي  ذيل مي باشد:

1. ضريب انبساط حرارتي پائين
2. قابليت گرافيته شدن بسيار بالا
3. ضريب تصويري بالا
4. استحكام كافي
5. قابليت پفگي پائين
6. سولفور و نيتروژن پائين
7. دانسيته خوب
8. خاكستر پائين
9. قابليت سايز بندي مناسب

و…

 كوره هاي فولادي قوس الكتريكي نياز به كك باكيفيت بالا براي توليد الكترودهاي گرافيتي دارند. تقاضا صنعت فولاد براي كك هاي ويژه براي توليد    UHP ( Ultra  High  Power  ) در كوره هاي قوس الكتريكي براي توليد فولاد درحال افزايش  است.

در توليد الكترود هاي گرافيتي با قطر كوچك بدون درنظر گرفتن درجه آنها اغلب ازكك نفتي استفاده مي شود. گاهي براي بالا بردن كيفيت درجه هاي متفاوت با يكديگر تركيب مي شوند . اما در توليد الكترودهاي با قطر بزرگ مي توان گفت كه از كك سوزني 100 % كيفيت بالا  بايد استفاده شود.

 بطور كلي الكترودها از گرافيت ساخته مي شوند زيرا تنها گرافيت است كه در درجه حرارت شديد بيش از 3000 درجه ( نصف حرارت سطح خورشيد ) مي تواند دوام بياورد .

کک سوزنی

سهم مصرف كك سوزني دربخش هاي مختلف صنعت به شرح ذيل مي باشد:

الكترود گرافيتي                            80 %

باتري هاي ليتوم                          10 %

مواد پيشرفته كربني گرافيت         8 %

ساير موارد                                   2 %

كك سوزني قبلا” ارزان بود و ارزش افزوده پائيني را نصيب شركت هاي پتروشيمي و پالايشگاهي مي كرد ولي بعلت تغيير سياست هاي اكارخانه ها ي توليدكك سوزني  و روي آوري به توليد مواد با ارزش افزوده بالاتر و كاهش عرضه كك سوزني ، جهش قيمتي در بازارهاي جهاني كك سوزني پديدآمد ودر سال 2017 قيمت آن به حدود ده برابر رسيد. پيش بيني مي شود تا سال 2021  بازار  كك سوزني دنيا به 2/11 ميليارد دلار برسد.

توجه به موارد مطرح شده  انتظار مي رود همانند سالهاي قبل  توليد فولاد از طريق كوره قوس الكتريكي در جهان شاهد رشد بالايي  باشد . اين به نوبه خود نياز به الكترودهاي گرافيتي را بالا مي برد.

نهايتا” افزايش نياز به الكترودهاي گرافيتي ماشه افزايش تقاضا براي كك سوزني را  خواهد چكاند . از سوي ديگر مصرف آلومينيوم هم در جهان درحال افزايش است .

دلايل مشكلات زيست محيطي كشورهاي جهان در حال الكتريكي كردن صنايع خودرو خود هستند و همه اينها حاكي از آنند كه نياز به كك سوزني شديدا” در حال افزايش است .