فحم الكوك النفطي مقابل الفحم: أي وقود يتفوق في الصناعة؟
فحم الكوك النفطي (البتروكوك) مقابل الفحم: مقارنة ذات قيمة حرارية عالية. اكتشف الفروقات الأساسية في محتوى الطاقة، وبقايا الرماد، والتأثير البيئي بين فحم الكوك النفطي—وهو منتج ثانوي غني بالكربون ناتج عن تكرير المنتجات البترولية—والفحم التقليدي. يتميز البتروكوك بنسبة كربون ثابت استثنائية (82-97%) ومحتوى رماد منخفض للغاية (عادةً <1\%)، مما يجعله بديلاً صناعيًا قويًا (وإن كان غالبًا عالي الكبريت) للفحم (55-90% كربون، 10-30% رماد).
فحم الكوك النفطي مقابل الفحم: مقارنة مفصلة للاستخدام الصناعي
عند اختيار وقود صلب للتطبيقات الصناعية مثل توليد الطاقة، إنتاج الأسمنت، أو تصنيع الصلب، غالبًا ما يقتصر الاختيار على متنافسين رئيسيين: الفحم وفحم الكوك النفطي (البتروكوك). بصفته ناتجًا ثانويًا أساسيًا لتكرير المنتجات البترولية الثقيلة مثل البنزين، القار، والكيروسين، يقدم البتروكوك بديلاً عالي الطاقة للفحم واسع الاستخدام. يعد فهم الفروقات الجوهرية بين هذين الوقودين أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الكفاءة والتكلفة والامتثال البيئي.
ما هو فحم الكوك النفطي؟
فحم الكوك النفطي هو مادة كربونية صلبة مشتقة من المعالجة الحرارية النهائية (التكويك) للزيوت المتبقية الثقيلة التي تتبقى بعد تقطير وتكسير النفط الخام. إنها خطوة أساسية في إنتاج الوقود الأخف. يهيمن الكربون على تركيبته، مما يجعله وقودًا كثيف الطاقة بشكل استثنائي.
ما هو الفحم؟
الفحم هو صخر رسوبي أسود أو أسود مائل إلى البني، قابل للاحتراق بسهولة، يتكون بشكل طبيعي من المواد النباتية القديمة. إنها مادة غير متجانسة، تختلف بشكل كبير في الجودة (مثل الليجنيت، البيتوميني، الأنثراسيت)، وتُستخدم عالميًا كمصدر أساسي لتوليد الكهرباء والعمليات الصناعية الأخرى.
أيهما أفضل، فحم الكوك النفطي أم الفحم؟
يعتمد الوقود “الأفضل” بالكامل على التطبيق الصناعي المحدد، ومخرجات الطاقة المطلوبة، واللوائح البيئية المحلية.
-
يتفوق فحم الكوك النفطي بشكل عام من حيث كثافة الطاقة (قيمة حرارية أعلى) ومحتوى الرماد (بقايا أقل بكثير). وهذا يجعله فعالاً للغاية في العمليات التي تتطلب حرارة شديدة، مثل أفران الأسمنت وبعض غلايات الطاقة. ومع ذلك، غالبًا ما يحتوي البتروكوك على نسبة أعلى بكثير من الكبريت، مما يؤدي إلى انبعاثات أكبر من ثاني أكسيد الكبريت (SO2) تتطلب تقنيات مكلفة للحد من الانبعاثات.
-
الفحم عادة ما يكون أكثر وفرة وأرخص من البتروكوك. يمكن أن تكون الأصناف منخفضة الكبريت أكثر صداقة للبيئة من حيث انبعاثات SO2، ويمكن لبعض أنواع الفحم عالية الرتبة (مثل الأنثراسيت) أن تنافس محتوى الطاقة في البتروكوك. خصائص احتراقه مفهومة بشكل عام وأسهل في الإدارة في محطات الطاقة التقليدية.
جدول المقارنة: المزايا والعيوب
| الميزة | فحم الكوك النفطي (البتروكوك) | الفحم (البيتوميني/الأنثراسيت) |
| القيمة الحرارية | أعلى (عادةً 28-35 ميجا جول/كجم) | منخفضة إلى متوسطة (عادةً 25-35 ميجا جول/كجم للفحم عالي الرتبة) |
| محتوى الكربون الثابت | مرتفع جداً (82-97%) | متوسط إلى عالٍ (55-90%) |
| محتوى الرماد | منخفض جداً (عادةً <1\%) | عالٍ (10-30%) |
| محتوى الكبريت | غالباً عالٍ (يمكن أن يتجاوز 5-7%) | منخفض إلى متوسط (عادةً 0.5-3.0%) |
| المصدر | منتج ثانوي لتكرير النفط الخام (المنتجات البترولية) | مورد طبيعي يتم استخراجه |
| التكلفة | عادةً أعلى من الفحم (لكنه فعال من حيث التكلفة بسبب الكفاءة) | عمومًا أقل وأكثر تقلباً |
| الانبعاثات (لكل كتلة) | CO2 أعلى (بسبب ارتفاع الكربون) و SO2 أعلى | CO2 أقل (لكل كتلة) و SO2 أقل (للفحم منخفض الكبريت) |
| الاستخدام الصناعي الرئيسي | الأسمنت، الأنودات (الكوك المكلس)، توليد الطاقة | توليد الكهرباء، الصلب، التدفئة |
هل يحترق فحم الكوك النفطي أسرع من الفحم؟
بشكل عام، نعم، يحترق فحم الكوك النفطي عادةً أسرع من الفحم، ولكن هذا يعتمد بشكل كبير على نوع الفحم وتقنية الاحتراق المستخدمة.
غالبًا ما يحتوي البتروكوك على محتوى أقل من المواد المتطايرة مقارنة بمعظم أنواع الفحم. المواد المتطايرة هي المكون الذي يشتعل بسهولة لبدء الاحتراق. ومع ذلك، فإن محتوى الكربون الثابت العالي للغاية وكثافة الجسيمات الأقل في البتروكوك يعني أنه بمجرد تحقيق الاشتعال، تحترق بقايا الكربون الصلبة (الفحم النباتي) بمعدل أسرع. يؤدي هذا إلى ارتفاع معدل التسخين، مما يمكن أن يؤدي إلى احتراق أكثر كفاءة واكتمالًا في الغلايات المتخصصة عالية الحرارة، أو على العكس من ذلك، يمكن أن يؤدي إلى مشاكل في الكربون غير المحترق في الرماد عند حرقه بالاشتراك مع الفحم في الغلايات التقليدية. لذلك، غالبًا ما يُفضل استخدام تقنية متخصصة، مثل غلايات السرير المميع المتداول (CFB)، للاحتراق الفعال للبتروكوك.
بالنظر إلى نسبة الكربون العالية في البتروكوك، هل استخدامه في صناعة الصلب أكثر فعالية من حيث التكلفة من فحم الأنثراسيت؟
نعم، يوفر البتروكوك كفاءة أعلى من حيث القيمة الحرارية والكربون الثابت. ومع ذلك، وبسبب محتواه العالي من الكبريت، تستخدم صناعة الصلب بشكل أساسي الكوك الإبري أو المكلس للأقطاب الكهربائية للحفاظ على جودة الصلب.