مناقشة وتطبيق عملية تكليس فحم الكوك البترولي عند درجات حرارة عالية

باعتبارها مادة خام أساسية في الصناعات الكيميائية المعاصرة، فإن عملية تكليس فحم الكوك البترولي عند درجات حرارة عالية تؤثر بشكل كبير على جودته وإنتاجيته. تتناول هذه الورقة البحثية تقنية تكليس فحم الكوك البترولي عند درجات حرارة عالية، مع التركيز على أهميتها الإنتاجية، وذلك كمرجع للشركات.

أهمية إنتاج فحم الكوك البترولي عن طريق التكليس بدرجة حرارة عالية

يُعدّ تكليس فحم الكوك البترولي إحدى العمليات الرئيسية في إنتاج أنود الألومنيوم. ويهدف إلى إزالة المواد المتطايرة من المواد الخام وتحسين كثافتها وقوتها الميكانيكية وتوصيلها الكهربائي واستقرارها الكيميائي. وخلال عملية التكليس، يتغير التركيب العنصري والبنية التنظيمية لفحم الكوك البترولي، وتتحسن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الخام بشكل ملحوظ بعد التكليس.

تُلبي هذه الخاصية المميزة للمنتج متطلبات الصناعة الكيميائية بشكل أكبر، مما دفع بعض الشركات الصناعية إلى إعادة استخدامه. في عملية التكليس، تؤثر درجة التكليس ودقة العملية على إنتاجية ودقة فحم الكوك البترولي. لذا، فإن دراسة تقنية التكليس بدرجة حرارة عالية لفحم الكوك البترولي تُعدّ ذات أهمية بالغة.

التحليل الفني لفحم الكوك البترولي المكلس عند درجة حرارة عالية

بالتزامن مع التجارة الكيميائية في بلادنا، تسعى عملية التكليس إلى تلبية مختلف متطلبات الجودة والسلامة ومعدل الإنتاج وغيرها من متطلبات منتجات فحم الكوك البترولي. ومن بين طرق التكليس الشائعة حاليًا في بلادنا والتي تستخدم درجات حرارة عالية: الفرن الدوار، وفرن الكوك، وفرن الخزان، وما إلى ذلك. تتم مقارنة مبدأ وخصائص وتطبيق ومؤشرات اقتصادية لعدة تقنيات تكليس بهدف توفير مرجع لإنتاج الشركات.

(1) تقنية التكليس في الأفران الدوارة

1. تحليل المبدأ: تُتيح تقنية الفرن الدوار، بفضل بنيته الفيزيائية الخاصة، معالجة حرارية فعّالة لفحم الكوك البترولي الصلب. ويعتمد مبدأ هذه التقنية على ارتفاع درجة الحرارة الخارجية أثناء عملية تكليس فحم الكوك البترولي، بالإضافة إلى زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية داخل الفرن نتيجة الدوران، مما يُسرّع عملية الاحتراق ويُنتج فحم الكوك البترولي المُكلس بدرجة حرارة عالية.

2. تتضمن تكنولوجيا الأفران الدوارة بشكل أساسي العمليات التالية:

1) التسخين المسبق: عن طريق تدوير الأسطوانة ببطء وإضافة مواد احتراق معينة لجعل فحم الكوك البترولي الداخلي يصل إلى نقطة الاشتعال ويحترق ببطء؛

2) التكليس: التسارع الخارجي لدوران الأسطوانة، مع زيادة درجة حرارة التكليس، اشتد التفاعل الكيميائي الداخلي لتكوين فحم البترول؛

3) التبريد: ينتج عن تكثيف فحم الكوك البترولي بعد تبخر الماء فحم الكوك البترولي بدقة عالية.

3. المزايا والعيوب والتحليل العملي: يتميز الفرن الدوار، إلى جانب الإنتاج الصناعي واسع النطاق، بسهولة التشغيل، والإنتاجية العالية، وانخفاض التكلفة، وسهولة الصيانة، ويمكن تشغيله بكفاءة للمؤسسات لمدة تتراوح بين 20 و30 عامًا، وهو مناسب لاستخدامات متنوعة من فحم الكوك البترولي. في الوقت نفسه، يعتمد الفرن الدوار على مبدأ الدوران والتفاعل الكيميائي للاحتراق الداخلي للمواد، مما يوفر تكلفة المواد القابلة للاحتراق. مع ذلك، عند دوران فحم الكوك البترولي حول محور الأسطوانة، قد تتسبب درجة الحرارة العالية في تآكل وسقوط المواد الحرارية، مما يؤدي إلى عدم استقرار جودة المنتجات المكلسة، حيث لا تتجاوز نسبة الإنتاج عالي الدقة 10%.

لذلك، وبالنظر إلى خصائص الفرن الدوار، تحتاج الشركات إلى إجراء معالجة مستهدفة لمواد بناء الفرن وعملياته أثناء التشغيل، وذلك لتلبية متطلبات تحسين كفاءة الإنتاج الصناعي، وتعزيز كثافة التكليس، وتحسين دقة المنتج قدر الإمكان.

(2) تقنية تكليس أفران الكوك

1. تحليل المبدأ: يتم تكليس فحم الكوك في فرن التكليس بدرجة حرارة عالية، باستخدام قوالب طوب مقاومة للحريق، ثم يُطحن فحم الكوك الناتج ويُعالج لإنتاج منتجات دقيقة تلبي احتياجات الصناعة. تتطلب هذه العملية معايير صارمة للغاية فيما يتعلق بخلط فحم الكوك الخام ودرجة حرارة ومدة التكليس.
٢- المزايا والعيوب والتحليل العملي: بالمقارنة مع تقنية الفرن الدوار، يتميز فرن الكوك بإنتاجية أعلى ودقة فائقة. فهو قادر على معالجة مجموعة واسعة من المكونات، ويمكنه تحقيق التحكم الآلي أثناء التشغيل، كما يمكنه إنتاج كوك نهائي عالي الجودة للمؤسسات. في الوقت نفسه، يواجه إنتاج فرن الكوك بعض المشكلات الإنشائية، حيث تؤثر متطلبات الإنشاء العالية، ودقة التحكم في درجة حرارة الفرن، وتكاليف الصيانة المرتفعة على معدل انتشار مدخلات إنتاج فرن الكوك.

ومع ذلك، بالنسبة لتطوير تكنولوجيا تكليس فحم الكوك البترولي في المستقبل، يمكن لتكليس فرن الكوك أن يحقق دور توفير الطاقة وخفض الانبعاثات، ويمكن أن يقدم مساهمات معينة في حماية البيئة والاستخدام الشامل للطاقة، فإن لتكليس فرن الكوك آفاق تطوير واسعة.

(3) تقنية التكليس الخزاني

1. تحليل المبدأ: تشمل المكونات الرئيسية لفرن التكليس من النوع الأسطواني: خزان التغذية، وممر النار، وغرفة التبادل الحراري، وجهاز التغذية والتفريغ، وجهاز تدوير مياه التبريد، وغيرها. في عملية التكليس بدرجة حرارة عالية، يُضاف فحم الكوك البترولي إلى الخزان ليُحقق التفاعل المستمر للمادة الكربونية الداخلية عبر المادة الثابتة الداخلية، وذلك لإتمام عملية التكليس بدرجة حرارة عالية. يمكن تقسيم خزانات التكليس الشائعة إلى نوعين: التكليس بالتدفق السفلي والتكليس بالتدفق المعاكس، وذلك حسب درجة واتجاه انبعاث الدخان.

٢- تحليل المزايا والعيوب والتحليل العملي: يُستخدم فرن التكليس من نوع العلبة على نطاق واسع في بلدنا، وهو الوسيلة الصناعية الأساسية لصناعة الكربون. من خلال المعالجة الخاصة لفحم الكوك البترولي، يمكن تلبية متطلبات التسخين الكامل وغير المباشر، كما يمكن تجنب ملامسة الهواء للداخل، مما يقلل من معدل فقدان الأكسجين، ويحسن إنتاجية وجودة المنتجات النهائية. مع ذلك، عند اعتماد تقنية التكليس من نوع العلبة، توجد العديد من عمليات التشغيل اليدوي، مما يزيد من مخاطر السلامة. في الوقت نفسه، يتطلب التكليس من نوع الخزان نفسه العديد من الثقوب، مما يُصعّب الصيانة.
في المستقبل، يمكن للمؤسسات أن تدرس بشكل أعمق تقنية تكليس الحاويات من حيث كمية التفريغ، والتحقيق في مخاطر الأعطال، وجوانب أخرى، وذلك لتحقيق هدف زيادة إنتاج فحم الكوك البترولي المكلس بدرجة حرارة عالية.

باختصار، تُؤثر درجات الحرارة العالية لتكليس فحم الكوك البترولي تأثيراً كبيراً على الصناعات الكيميائية وصناعة الألومنيوم في بلادنا. ويمكن للشركات اختيار تقنية التكليس المناسبة ذات درجات الحرارة العالية وفقاً لاحتياجاتها الصناعية، مما يُحقق في نهاية المطاف خفض التكاليف وزيادة الكفاءة.