فحم البترول، أو بتوك، هو الاسم الشائع لهذا المنتج الثانوي الغني بالكربون الناتج من تكرير النفط. يحتوي على نسبة عالية من الكربون وقيمة حرارية مرتفعة، ويحتوي على رطوبة منخفضة ويعتبر وقوداً فعالاً ومواد صناعية في العديد من القطاعات. يمكن استخدامه كوقود في توليد الطاقة، صناعة الأسمنت، إنتاج الألمنيوم، وعمليات التعدين الأخرى. لفهم أفضل لهذه المادة الصناعية، انضم إلى دورة التدريب المتقدم في إدارة صناعة النفط والغاز التي تقدمها الأكاديمية البريطانية للتدريب والتطوير.
ما هو فحم البترول؟
فحم البترول هو منتج ثانوي صلب غني بالكربون من وحدات التكرير في صناعة النفط. وهو البقايا المتبقية خلال عملية التحلل الحراري التي تُستخدم لتحويل المخلفات الثقيلة إلى منتجات أخف وأكثر قيمة من النفط الخام. يُقال إنه يحتوي على نسبة عالية جداً من الكربون مع نسبة رماد منخفضة نسبياً مقارنة بالوقود التقليدي؛ ويمكن القول إنه فعال ورخيص مقارنة بالوقود التقليدي مثل الفحم، خاصة في الصناعات التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة أو حيث يُستخدم كمدخل لعمليات الإنتاج المختلفة.
إنتاج فحم البترول
تصنيع الفحم يتم عبر عمليات الكوك المتأخرة، الكوك السائل، والكوك المتكيف. تُستخدم جميع العمليات المذكورة أعلاه بهدف أساسي هو تكسير المخلفات الثقيلة من النفط باستخدام التحلل الحراري عند درجات حرارة عالية في حالتين غازية وسائلة مع بعض الفحم الصلب المنتج. في كل عملية، يتم الحصول على أنواع مختلفة من الفحم البترولي ذات هيكل وخصائص وتطبيقات مختلفة.
الكوك المتأخر
يعد أحد التطبيقات الهامة المستخدمة لتحضير الفحم البترولي. في هذه العملية، يتم ضخ المخلفات النفطية الثقيلة إلى أسطوانة كوك حيث يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية، حوالي 500°C أو أكثر، لفترة زمنية طويلة. يؤدي التحلل الحراري داخل الأسطوانة إلى تكسير الهيدروكربونات الثقيلة وينتج الفحم الصلب في أسفل الأسطوانة بينما تخرج الهيدروكربونات الأخف كغازات أو سوائل من الأسطوانة. فحم البترول المحروق له هيكل مسامي ويُستخدم عادة في التطبيقات التي تتطلب نوعية وقود.
الكوك السائل والكوك المتكيف
الكوك السائل والكوك المتكيف هما عمليات أكثر تطوراً باستخدام مفاعل سرير مميع. في هذه العملية، تُضاف المخلفات النفطية في وجود جزيئات فحم مائع ساخنة. عادةً ما تكون أسرع من الكوك المتأخر وتنتج فحم سائل، الذي له حجم جزيئات موحد مقارنة بالكوك الإسفنجي. يتضمن الكوك المتكيف أيضاً مرحلة التحويل الغازي، التي قد تحول غازات المنتج الثانوي إلى هيدروجين أو غازات وقود منخفضة الحرارة. الكوك المتأخر والكوك السائل هما خطوتان أساسيتان لتحقيق أقصى استفادة من المخلفات النفطية الثقيلة التي عادةً ما تُعتبر نفايات ويتم تحويلها إلى وقود ومنتجات صناعية قابلة للاستخدام.
أنواع فحم البترول
يمكن تصنيف أنواع الفحم البترولي بشكل عام إلى فئات متعددة بناءً على الأنواع والخصائص والتطبيقات في الصناعة. هناك بعض التصنيفات الرئيسية في فحم البترول مثل فحم الدرجة الوقودية، فحم البترول المحروق (CPC)، فحم الإبرة، فحم الإسفنجي، وفحم الكريات.
فحم الدرجة الوقودية
الأكثر شيوعًا والأقل تكلفة هو فحم الدرجة الوقودية. يُستخدم بشكل رئيسي في الاحتراق كوقود لتوليد الطاقة، أفران الأسمنت، وأي صناعة تستهلك كميات كبيرة من الطاقة.
عموماً، بما أن فحم الدرجة الوقودية يحتوي على نسبة كبيرة من الكبريت والشوائب المعدنية، فإنه لا يُستخدم كثيراً في التطبيقات التي تتطلب نقاء عالٍ. مع ذلك، فهو يتميز بوجود شوائب عالية جداً، خاصة من المعادن؛ مستويات الكبريت متوسطة.
فحم البترول المحروق (CPC)
فحم البترول المحروق، المختصر بـ CPC، يتم إنتاجه عن طريق خبز الفحم الخام، المسمى بالكوك الأخضر، لإزالة المركبات المتطايرة والرطوبة الموجودة فيه. يؤدي هذا الخبز إلى زيادة محتوى الكربون في الفحم، وبذلك يجد فحم CPC تطبيقاً في صناعة صهر الألمنيوم وصناعة إنتاج الفولاذ، التي تتطلب مادة كربونية عالية النقاء.
فحم الإبرة
فحم الإبرة له بنية بلورية تشبه الإبرة، مع قليل أو لا يحتوي على كبريت وأكثر في التوصيل الكهربائي. مثل هذا الفحم البترولي ضروري لتصنيع الأقطاب الجرافيتية التي تستخدمها شركات الصلب في تصنيع أفران القوس الكهربائي.
فحم الإسفنجي
فحم الإسفنجي يتم إنتاجه من خلال الكوك المتأخر وله هيكل مسامي جداً. يمكن استخدامه في فحم الدرجة الوقودية أو كمدخل لتصنيع فحم محروق.
فحم الكريات
فحم الكريات يتم إنتاجه ككرات صغيرة وصلبة. هو أقل تفضيلاً لأنه أصعب في التعامل معه. كما يُستخدم في التطبيقات التي لا تمثل فيها طبيعته الصلبة والمحتوى الكبريتي مشكلة.
المواصفات ومعايير الجودة
الاستفادة من الفحم وعمليات معالجته ترتبط ارتباطاً مباشراً بتركيبته الكيميائية وخصائصه الفيزيائية، التي تختلف بشكل كبير وفقاً لنوعه وطريقة إنتاجه. تشمل بعض المواصفات والمعايير الشائعة المستخدمة في صناعة الفحم ما يلي:
محتوى الكربون: قد يتراوح محتوى الكربون في فحم البترول بين 80% و99%، وفقًا للنوع.
محتوى الكبريت: يتفاوت محتوى الكبريت في فحم البترول بشكل كبير.
المواد المتطايرة: يحتوي فحم الدرجة الوقودية عادة على مواد متطايرة.
محتوى الرطوبة: يحتوي فحم البترول على محتوى رطوبة منخفض نسبيًا، مما يساهم في قيمته الحرارية العالية واستقراره كوقود.
محتوى الرماد: يجب الحفاظ على محتوى الرماد منخفضًا لاستخدامه في عمليات إنتاج الألمنيوم والصلب.
تطبيقات فحم البترول عبر الصناعات
يمكن تطبيق أنواع فحم البترول المختلفة في العديد من الصناعات مثل:
توليد الطاقة وصناعة الأسمنت: يُستخدم فحم البترول من الدرجة الوقودية عادةً كمصدر رئيسي للوقود في أفران الأسمنت ومحطات الطاقة.
إنتاج الألمنيوم: يعد فحم البترول المحروق جزءًا حاسمًا في إنتاج أقطاب صهر الألمنيوم.
إنتاج الصلب: يُستخدم فحم الإبرة لتصنيع الأقطاب الجرافيتية اللازمة للأفران الكهربائية في صناعة الصلب
المشاكل البيئية والتنظيمية
على الرغم من أن فحم البترول ذو قيمة اقتصادية ووظيفية، فإنه يسبب مشاكل بيئية كبيرة بسبب مستويات الكبريت والكربون المرتفعة:
الخلاصة
فحم البترول هو منتج ثانوي لمصفاة النفط وله العديد من التطبيقات في الصناعات المختلفة. أصبح فحم البترول خيارًا مفضلًا بسبب خصائصه الاقتصادية كوقود وكمادة خام في توليد الطاقة، صناعة الأسمنت، إنتاج الألمنيوم، وصناعة الصلب. تأكد من الانضمام إلى دورات التدريب في واشنطن التي تقدمها الأكاديمية البريطانية للتدريب والتطوير لمعرفة المزيد عن إنتاج واستخدامات فحم البترول.