کُک (سوخت): از زغال‌سنگ تا انقلاب صنعتی

Coke (fuel)
📅 9 اسفند 1404 📄 3,028 کلمه 🔗 منبع اصلی

چکیده

کُک، سوختی سخت، متخلخل و سرشار از کربن که از زغال‌سنگ یا نفت در غیاب هوا ساخته می‌شود، نقشی کلیدی در صنایع فلزی، به‌ویژه ذوب آهن، داشته است. این مقاله به تاریخچه، فرآیند تولید، کاربردها و جنبه‌های زیست‌محیطی کُک می‌پردازد.

کُک (سوخت): از زغال‌سنگ تا انقلاب صنعتی

کُک، سوختی سخت، خاکستری‌رنگ و متخلخل است که عمدتاً از زغال‌سنگ به دست می‌آید. این ماده با داشتن کربن بالا و ناخالصی‌های کم، از طریق فرآیندی به نام تقطیر تخریبی (حرارت دادن زغال‌سنگ یا نفت در غیاب هوا) تولید می‌شود. کُک یک محصول صنعتی مهم به شمار می‌رود که کاربرد اصلی آن در ذوب سنگ آهن است، اما به عنوان سوخت در اجاق‌ها و آهنگری‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد، به‌ویژه زمانی که نگرانی‌های مربوط به آلودگی هوا وجود دارد.

اصطلاح «کُک» معمولاً به محصولی اشاره دارد که از زغال‌سنگ بیتومینی با خاکستر و گوگرد کم، طی فرآیندی به نام کُک‌سازی (coking) حاصل می‌شود. محصول مشابهی به نام «پترولیوم کُک» یا «پِت کُک» نیز از نفت خام در پالایشگاه‌ها به دست می‌آید. کُک همچنین می‌تواند به طور طبیعی از طریق فرآیندهای زمین‌شناسی شکل گیرد.

تاریخچه کُک

چین

بسیاری از منابع تاریخی متعلق به قرن چهارم میلادی، تولید کُک در چین باستان را توصیف می‌کنند. چینی‌ها از قرن نهم میلادی، کُک را برای گرمایش و پخت‌وپز به کار می‌بردند. تا دهه‌های نخست قرن یازدهم، آهنگران چینی در دره رود زرد، کوره‌های خود را با کُک سوخت‌رسانی می‌کردند و به این ترتیب، مشکل کمبود سوخت در آن منطقه درخت‌زار را حل نمودند.

امروزه چین بزرگترین تولیدکننده و صادرکننده کُک در جهان است و 60 درصد از کُک جهان را تولید می‌کند. نگرانی‌ها درباره آلودگی هوا، انگیزه‌ای برای ایجاد تغییرات فناورانه در صنعت کُک از طریق حذف فناوری‌های قدیمی و ناکارآمد کُک‌سازی شده است.

بریتانیا

در سال 1589، امتیازی به توماس پرکتر و ویلیام پیترسون برای ساخت آهن و فولاد و ذوب سرب با استفاده از «زغال‌سنگ زمینی، زغال‌سنگ دریایی، تورب و پیت» اعطا شد. این حق ثبت اختراع به وضوح به آماده‌سازی زغال‌سنگ از طریق «پختن» اشاره داشت. در سال 1590، امتیازی به اسقف اعظم یورک برای «تصفیه زغال‌سنگ گودالی و پاکسازی آن از بوی نامطبوع» داده شد. در سال 1620، امتیازی به شرکتی متشکل از ویلیام سنت جان و دیگر شوالیه‌ها اعطا شد که در آن به استفاده از کُک در ذوب سنگ معدن و تولید فلزات اشاره شده بود. در سال 1627، امتیازی به سر جان هکت و اوکتاویوس د استرادا برای روشی جهت مفید ساختن زغال‌سنگ دریایی و گودالی، به اندازه زغال چوب برای سوزاندن در خانه‌ها، بدون ایجاد بوی نامطبوع یا دود، اعطا شد.

در سال 1603، هوگ پلت پیشنهاد کرد که زغال‌سنگ را می‌توان به شیوه‌ای مشابه زغال چوب از چوب، زغال کرد. این فرآیند تا سال 1642 که کُک برای برشته کردن مالت در دربی‌شر استفاده شد، به کار گرفته نشد؛ پیش از آن، آبجوسازان از چوب استفاده می‌کردند، زیرا زغال‌سنگ غیرکُک شده به دلیل دود گوگردی‌اش، طعم نامطبوعی به آبجو می‌داد. این تغییر، بهبود کیفیت محسوب شد و منجر به «تغییری شد که تمام انگلستان را شگفت‌زده کرد»؛ فرآیند کُک‌سازی، برشته‌سازی سبک‌تر مالت را ممکن ساخت و به ایجاد نوشیدنی‌ای انجامید که تا پایان قرن هفدهم «pale ale» نامیده می‌شد.

در سال 1709، آبراهام داربی اول، کوره بلند کُک‌سوز را برای تولید چدن تأسیس کرد. مقاومت فشاری برتر کُک به کوره‌های بلند اجازه داد تا بلندتر و بزرگتر شوند. در دسترس بودن متعاقب آهن ارزان، یکی از عوامل مؤثر در وقوع انقلاب صنعتی بود. پیش از این، در صنعت آهن از مقادیر زیادی زغال چوب که از سوزاندن چوب تولید می‌شد، استفاده می‌گردید. با ناتوانی جنگل‌زدایی از طریق قطع متناوب درختان در تأمین تقاضا، جایگزینی کُک با زغال چوب در بریتانیا رایج شد و کُک با سوزاندن زغال‌سنگ در توده‌های زمینی تولید می‌شد، به طوری که تنها لایه بیرونی می‌سوخت و درون توده در حالت کربن‌دار باقی می‌ماند. در اواخر قرن هجدهم، کوره‌های آجری کندویی (beehive) توسعه یافتند که کنترل بیشتری بر فرآیند سوزش فراهم می‌کردند.

در سال 1768، جان ویلکینسون، کوره عملی‌تری برای تبدیل زغال‌سنگ به کُک ساخت. ویلکینسون با ساختن توده‌های زغال‌سنگ در اطراف یک دودکش مرکزی کوتاه که از آجر ساخته شده بود و دارای سوراخ‌هایی برای ورود گازهای احتراق بود، این فرآیند را بهبود بخشید و در نتیجه بازدهی بالاتری از کُک بهتر حاصل شد. با افزایش مهارت در شعله‌دهی، پوشاندن و خاموش کردن توده‌ها، بازدهی از حدود 33 درصد به 65 درصد تا اواسط قرن نوزدهم افزایش یافت. صنعت آهن اسکاتلند در نیمه دوم قرن نوزدهم، از طریق پذیرش فرآیند هوای گرم (hot-blast) در معادن زغال‌سنگ خود، به سرعت گسترش یافت.

در سال 1802، مجموعه‌ای از کوره‌های کندویی در نزدیکی شفیلد برای کُک‌سازی از لایه زغال‌سنگ سیلک‌استون جهت استفاده در ذوب فولاد بوته‌ای نصب شد. تا سال 1870، 14000 کوره کندویی در معادن زغال‌سنگ وست دورام فعال بودند و سالانه 4000000 تن طول (long tons) کُک تولید می‌کردند. به عنوان معیاری از گسترش کُک‌سازی، نیاز صنعت آهن در بریتانیا در اوایل دهه 1850 حدود 1000000 تن در سال بود که تا سال 1880 به حدود 7000000 تن افزایش یافت. از این مقدار، حدود 5000000 تن در شهرستان دورام، 1000000 تن در منطقه معدنی جنوب ولز، و 1000000 تن در یورکشایر و دربی‌شر تولید می‌شد.

در سال‌های اولیه لوکوموتیوهای بخار، کُک سوخت معمولی بود. این امر ناشی از یک قانون زیست‌محیطی اولیه بود؛ هر لوکوموتیو پیشنهادی باید «دود خود را مصرف می‌کرد». تا زمانی که قوس محفظه احتراق به کار گرفته شد، این امر از نظر فنی امکان‌پذیر نبود، اما سوزاندن کُک با انتشار دود کم، به عنوان رعایت این الزام تلقی می‌شد. این قانون به آرامی کنار گذاشته شد و با پذیرش راه‌آهن در میان عموم، زغال‌سنگ ارزان‌تر به سوخت معمولی تبدیل شد. امروزه، ستون دود تولید شده توسط یک لوکوموتیو در حال حرکت، نمادی از راه‌آهن بخار به نظر می‌رسد و برای آیندگان حفظ شده است.

کارخانه‌هایی که به اصطلاح «گاز شهری» تولید می‌کردند، کُک را با حرارت دادن زغال‌سنگ در محفظه‌های بسته تولید می‌کردند. گاز قابل اشتعال حاصل در مخازن ذخیره گاز نگهداری می‌شد تا برای پخت‌وپز، گرمایش و روشنایی در مصارف خانگی و صنعتی استفاده شود. این گاز معمولاً به دلیل شبکه‌های زیرزمینی لوله‌کشی که در بیشتر شهرها وجود داشت، «گاز شهری» نامیده می‌شد. این گاز پس از سال 1967 و در دهه بعدی، با «گاز طبیعی» (ابتدا از میادین نفت و گاز دریای شمال) جایگزین شد. سایر محصولات جانبی تولید کُک شامل قیر و آمونیاک بود، در حالی که کُک به جای زغال‌سنگ در اجاق‌های پخت‌وپز و برای تأمین گرما در اماکن مسکونی، پیش از ظهور گرمایش مرکزی، استفاده می‌شد.

ایالات متحده

در ایالات متحده، اولین استفاده از کُک در کوره آهن حدود سال 1817 در کوره پالایش و نورد آیزاک میسون در پلامساک، شهرستان فایت، پنسیلوانیا رخ داد. در اواخر قرن نوزدهم، معادن زغال‌سنگ غرب پنسیلوانیا منبع غنی مواد اولیه برای کُک‌سازی را فراهم می‌کرد. در سال 1885، شرکت زغال‌سنگ و آهن راچستر و پیتسبورگ طولانی‌ترین ردیف کوره‌های کُک در جهان را در والتون، پنسیلوانیا، با 475 کوره در طول 2 کیلومتر (1.25 مایل) ساخت. تولید آنها به 22000 تن در ماه می‌رسید. کوره‌های کُک ماینرزویل در شهرستان هانتینگدون، پنسیلوانیا، در سال 1991 در فهرست ملی اماکن تاریخی ثبت شدند.

بین سال‌های 1870 تا 1905، تعداد کوره‌های کندویی در ایالات متحده از تقریباً 200 به نزدیک 31000 افزایش یافت که تنها در منطقه پیتسبورگ نزدیک به 18000000 تن کُک تولید می‌کردند. یک ناظر با افتخار بیان کرد که اگر تولید سالانه بار قطار شود، «موتور قطار در جلو به سانفرانسیسکو می‌رسد و برمی‌گردد، قبل از اینکه واگن آخر از گودال‌های کانلویل خارج شود!» تعداد کوره‌های کندویی در پیتسبورگ در سال 1910 به اوج خود، یعنی نزدیک به 48000 رسید.

اگرچه کُک سوختی با کیفیت بالا تولید می‌کرد، اما کُک‌سازی چشم‌انداز اطراف را مسموم می‌کرد. پس از سال 1900، خسارت زیست‌محیطی جدی کُک‌سازی کندویی توجه ملی را به خود جلب کرد، اگرچه این خسارت دهه‌ها منطقه را آزار می‌داد. دبلیو. جی. لاک از کمیسیون مهاجرت ایالات متحده در سال 1911 خاطرنشان کرد: «دود و گاز برخی کوره‌ها تمام پوشش گیاهی اطراف جوامع کوچک معدنی را از بین می‌برد.» چارلز ون هیس، رئیس دانشگاه ویسکانسین، هنگام عبور از منطقه با قطار، «ردیف‌های طولانی کوره‌های کندویی را دید که شعله از آنها بیرون می‌زد و ابرهای غلیظ دود متصاعد می‌شد و آسمان را تیره می‌کرد. در شب، منظره به دلیل این چاله‌های سوزان متعدد، به طرز وصف‌ناپذیری زنده می‌شد. کوره‌های کندویی کل منطقه تولید کُک را به آسمانی دلگیر، غم‌انگیز و ناسالم تبدیل می‌کردند.»

تولید

کوره صنعتی کُک

تولید صنعتی کُک از زغال‌سنگ، کُک‌سازی نامیده می‌شود. زغال‌سنگ در یک کوره بدون هوا، «کوره کُک» یا «کوره کُک‌سازی» در دماهایی تا 1100 درجه سانتی‌گراد اما معمولاً حدود 900-1050 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود. این فرآیند مواد آلی موجود در زغال‌سنگ را تبخیر یا تجزیه کرده و محصولات فرار و مایع، از جمله آب، مانند گاز زغال‌سنگ و قیر زغال‌سنگ را خارج می‌کند. کُک باقی‌مانده غیرفرار تجزیه، یعنی کربن و مواد معدنی باقی‌مانده ذرات زغال‌سنگ اصلی است که به صورت جامد سخت و تا حدی شیشه‌ای به هم چسبیده‌اند.

محصولات جانبی اضافی کُک‌سازی شامل قیر زغال‌سنگ، آمونیاک (NH3)، سولفید هیدروژن (H2S)، پیریدین، سیانید هیدروژن و مواد مبتنی بر کربن است. برخی تأسیسات دارای کوره‌های کُک‌سازی «محصول جانبی» هستند که در آنها محصولات تجزیه فرار جمع‌آوری، تصفیه و برای استفاده در صنایع دیگر، به عنوان سوخت یا خوراک شیمیایی، جدا می‌شوند. در غیر این صورت، محصولات جانبی فرار برای گرم کردن کوره‌های کُک‌سازی سوزانده می‌شوند. این روش قدیمی‌تر است، اما هنوز برای ساخت‌وساز جدید استفاده می‌شود.

منابع

زغال‌سنگ بیتومینی باید مجموعه معیارهایی را برای استفاده به عنوان زغال‌سنگ کُک‌شو، که توسط تکنیک‌های خاص آنالیز زغال‌سنگ تعیین می‌شود، برآورده کند. این معیارها شامل رطوبت، درصد خاکستر، درصد گوگرد، درصد مواد فرار، قیر و پلاستیسیته است. این اختلاط با هدف تولید کُکی با استحکام مناسب (که معمولاً با شاخص استحکام کُک پس از واکنش اندازه‌گیری می‌شود) و از دست دادن مناسب جرم انجام می‌شود. سایر ملاحظات اختلاط شامل اطمینان از عدم تورم بیش از حد کُک در طول تولید و تخریب کوره کُک از طریق فشارهای بیش از حد دیواره است.

هرچه مقدار مواد فرار در زغال‌سنگ بیشتر باشد، محصولات جانبی بیشتری می‌توان تولید کرد. به طور کلی، سطوح 26 تا 29 درصد مواد فرار در مخلوط زغال‌سنگ برای اهداف کُک‌سازی مناسب تلقی می‌شود. بنابراین، انواع مختلف زغال‌سنگ به نسبت مناسب مخلوط می‌شوند تا سطوح قابل قبولی از فراریت پیش از شروع فرآیند کُک‌سازی حاصل شود. اگر دامنه انواع زغال‌سنگ خیلی زیاد باشد، کُک حاصل دارای استحکام و درصد خاکستر بسیار متغیری خواهد بود و معمولاً غیرقابل فروش است، اگرچه در برخی موارد ممکن است به عنوان سوخت گرمایشی معمولی فروخته شود. از آنجایی که کُک مواد فرار خود را از دست داده است، نمی‌تواند دوباره کُک شود.

زغال‌سنگ کُک‌شو با زغال‌سنگ حرارتی متفاوت است، اما از همان فرآیند اساسی تشکیل زغال‌سنگ ناشی می‌شود. زغال‌سنگ کُک‌شو دارای ماکرال‌های متفاوتی نسبت به زغال‌سنگ حرارتی است، یعنی اشکال مختلف مواد گیاهی فشرده و فسیل شده که زغال‌سنگ را تشکیل می‌دهند. ماکرال‌های مختلف ناشی از مخلوط‌های مختلف گونه‌های گیاهی و تغییرات شرایطی هستند که زغال‌سنگ در طی آن تشکیل شده است. زغال‌سنگ کُک‌شو بر اساس درصد وزنی خاکستر آن پس از سوختن درجه‌بندی می‌شود:

  • درجه فولاد I (درصد خاکستر حداکثر 15%)
  • درجه فولاد II (بیشتر از 15% اما حداکثر 18%)
  • درجه واشری I (بیشتر از 18% اما حداکثر 21%)
  • درجه واشری II (بیشتر از 21% اما حداکثر 24%)
  • درجه واشری III (بیشتر از 24% اما حداکثر 28%)
  • درجه واشری IV (بیشتر از 28% اما حداکثر 35%)

فرآیند «هارت» (Hearth)

فرآیند «هارت» کُک‌سازی، با استفاده از زغال‌سنگ قالبی، شبیه به زغال چوب‌سازی بود؛ به جای توده‌ای از چوب آماده که با شاخه‌ها، برگ‌ها و خاک پوشانده شده بود، توده‌ای از زغال‌سنگ وجود داشت که با گرد کُک پوشانده می‌شد. فرآیند هارت در طول نیمه اول قرن نوزدهم در بسیاری از مناطق ادامه یافت، اما دو رویداد اهمیت آن را به شدت کاهش داد: اختراع هوای گرم در ذوب آهن و معرفی کوره کُک کندویی. استفاده از جریان هوای گرم به جای هوای سرد در کوره ذوب، اولین بار توسط نیل در اسکاتلند در سال 1828 معرفی شد.

فرآیند هارت تولید کُک از زغال‌سنگ، فرآیندی بسیار طولانی است.

کوره کُک کندویی

محفظه‌ای از آجر نسوز به شکل گنبد استفاده می‌شود که معمولاً کوره کندویی نامیده می‌شود. این کوره معمولاً 7-9 متر عرض و 3-4 متر ارتفاع دارد. سقف دارای سوراخی برای بارگیری زغال‌سنگ یا سایر مواد قابل اشتعال از بالا است. سوراخ تخلیه در محیط دیوار پایینی قرار دارد. در یک ردیف کوره کُک، تعدادی کوره با دیوارهای مشترک بین کوره‌های مجاور ساخته می‌شوند. یک ردیف می‌تواند شامل تعداد زیادی کوره، گاهی صدها، در یک ردیف باشد.

زغال‌سنگ از بالا وارد می‌شود تا لایه‌ای یکنواخت به عمق حدود 0.5 متر ایجاد کند. ابتدا هوا برای اشتعال زغال‌سنگ تأمین می‌شود. کربن‌سازی شروع شده و مواد فرار تولید می‌کند که در درب جانبی نیمه‌بسته می‌سوزد. کربن‌سازی از بالا به پایین ادامه می‌یابد و در دو تا سه روز تکمیل می‌شود. گرما توسط مواد فرار در حال سوخت تأمین می‌شود، بنابراین هیچ محصول جانبی بازیابی نمی‌شود. گازهای خروجی اجازه خروج به اتمسفر را دارند. کُک داغ با آب خاموش شده و از طریق درب جانبی به صورت دستی تخلیه می‌شود. دیوارها و سقف گرمای کافی را برای شروع کربن‌سازی شارژ بعدی حفظ می‌کنند.

هنگامی که زغال‌سنگ در کوره کُک سوزانده می‌شد، ناخالصی‌های زغال‌سنگ که قبلاً به صورت گاز خارج نشده بودند، جمع شده و سرباره را تشکیل می‌دادند که عملاً توده‌ای از ناخالصی‌های حذف شده بود. از آنجایی که این محصول مطلوب کُک نبود، سرباره در ابتدا چیزی بیش از یک محصول جانبی ناخواسته بود و دور ریخته می‌شد. اما بعدها مشخص شد که کاربردهای مفید فراوانی دارد و از آن به عنوان ماده‌ای در آجر سازی، سیمان مخلوط، ورق‌های پوشیده شده با گرانول و حتی به عنوان کود استفاده شده است.

ایمنی شغلی

افراد می‌توانند از طریق استنشاق، تماس پوستی یا تماس چشمی در معرض انتشار کُک کوره در محیط کار قرار گیرند. سازمان ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA) حد قانونی برای قرار گرفتن در معرض انتشار کُک کوره در محیط کار را 0.150 میلی‌گرم بر متر مکعب از بخش بنزن محلول در طول یک روز کاری هشت ساعته تعیین کرده است. موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) حد قرار گرفتن در معرض توصیه شده (REL) 0.2 میلی‌گرم بر متر مکعب از بخش بنزن محلول در طول یک روز کاری هشت ساعته را تعیین کرده است.

کاربردها

کُک می‌تواند به عنوان سوخت و به عنوان عامل کاهنده در ذوب سنگ آهن در کوره بلند استفاده شود. مونوکسید کربن تولید شده از احتراق کُک، اکسید آهن (هماتیت) را برای تولید آهن کاهش می‌دهد:
Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2

کُک معمولاً به عنوان سوخت در آهنگری استفاده می‌شود.

در دهه‌های 1960 و اوایل 1970 در استرالیا برای گرمایش خانگی استفاده می‌شد و پس از قانون هوای پاک 1956 (که در پاسخ به مه بزرگ لندن در سال 1952 تصویب شد)، در بریتانیا برای مصارف خانگی تشویق شد (به منظور جایگزینی زغال‌سنگ).

از آنجایی که اجزای دودزا در طول کُک‌سازی زغال‌سنگ خارج می‌شوند، کُک سوختی مطلوب برای اجاق‌ها و کوره‌هایی است که شرایط برای احتراق کامل خود زغال‌سنگ بیتومینی مناسب نیست. کُک می‌تواند با دود کم یا بدون دود بسوزد، در حالی که زغال‌سنگ بیتومینی دود زیادی تولید می‌کند. کُک به طور گسترده به عنوان جایگزین سوخت بدون دود برای زغال‌سنگ در گرمایش خانگی، پس از ایجاد «مناطق بدون دود» در بریتانیا، استفاده می‌شد.

کارخانه تقطیر هایلند پارک در اورکنی، مالت جو را برای استفاده در ویسکی اسکاچ خود در کوره‌هایی که مخلوطی از کُک و پیت می‌سوزانند، برشته می‌کند.

کُک می‌تواند برای ساخت گاز سنتز (syngas)، مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن، استفاده شود:

  • گاز سنتز؛ گاز آب: مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن، که با عبور بخار از روی کُک داغ (یا هر زغال‌سنگ مبتنی بر کربن) ساخته می‌شود. هیدروکربن (گاز) یکسان است، اگرچه در اواخر قرن هجدهم به عنوان یک درمان استنشاقی که توسط توماس بدوز و جیمز وات توسعه یافته بود و در دسته «هواهای مصنوعی» قرار گرفت، ظهور کرد.
  • گاز پرودیوسر؛ گاز چوب؛ گاز مولد؛ گاز مصنوعی: مخلوطی از مونوکسید کربن، هیدروژن و نیتروژن، که با عبور هوا از روی کُک داغ (یا هر زغال‌سنگ مبتنی بر کربن) ساخته می‌شود.

گاز کوره کُک تولید شده از کوره‌های کُک، شبیه گاز سنتز با 60 درصد هیدروژن حجمی است. هیدروژن را می‌توان به طور اقتصادی از گاز کوره کُک برای مصارف مختلف (از جمله تولید فولاد) استخراج کرد.

محصولات جانبی فنولیک

فاضلاب حاصل از کُک‌سازی بسیار سمی و سرطان‌زا است. این فاضلاب حاوی ترکیبات فنولی، آروماتیک، هتروسیکلیک و هیدروکربن‌های چندحلقه‌ای، و مواد معدنی از جمله سیانیدها، سولفیدها، آمونیوم و آمونیاک است. در سال‌های اخیر روش‌های مختلفی برای تصفیه آن مورد مطالعه قرار گرفته است. قارچ سفید تجزیه‌کننده Phanerochaete chrysosporium می‌تواند تا 80 درصد فنول‌ها را از فاضلاب کُک‌سازی حذف کند.

خواص

چگالی حجمی کُک معمولاً حدود 0.77 است. بسیار متخلخل است. هم ترکیب شیمیایی و هم خواص فیزیکی برای مفید بودن کُک در کوره‌های بلند مهم هستند. از نظر ترکیب، درصد کم خاکستر و گوگرد مطلوب است. سایر ویژگی‌های مهم شاخص‌های آزمون خردشدگی M10، M25 و M40 هستند که استحکام کُک را در طول حمل و نقل به کوره‌های بلند نشان می‌دهند؛ بسته به اندازه کوره‌های بلند، قطعات کُک ریز نباید وارد کوره‌های بلند شوند زیرا جریان گاز را از طریق بار آهن و کُک مختل می‌کنند. یک ویژگی مرتبط، شاخص استحکام کُک پس از واکنش (CSR) است؛ این شاخص توانایی کُک را برای مقاومت در برابر شرایط شدید داخل کوره بلند قبل از تبدیل شدن به ذرات ریز نشان می‌دهد. قطعات کُک با اصطلاحات زیر نام‌گذاری می‌شوند: «کُک زنگوله‌ای» (30 - 80 میلی‌متر)، «کُک مغزه‌دار» (10 - 30 میلی‌متر)، «گرد کُک» (< 10 میلی‌متر).

محتوای آب در کُک در پایان فرآیند کُک‌سازی عملاً صفر است، اما اغلب با آب خاموش می‌شود تا بتوان آن را به کوره‌های بلند منتقل کرد. ساختار متخلخل کُک مقداری آب را جذب می‌کند، معمولاً 3-6 درصد جرم آن. در کارخانه‌های مدرن‌تر کُک، از روش پیشرفته خنک‌سازی با هوا استفاده می‌شود.

زغال‌سنگ بیتومینی باید مجموعه معیارهایی را برای استفاده به عنوان زغال‌سنگ کُک‌شو، که توسط تکنیک‌های خاص آنالیز زغال‌سنگ تعیین می‌شود، برآورده کند.

فرآیندهای دیگر

باقیمانده جامد حاصل از پالایش نفت در فرآیند «کراکینگ» نیز نوعی کُک است. پترولیوم کُک علاوه بر سوخت بودن، کاربردهای فراوانی دارد، از جمله در ساخت سلول‌های خشک و الکترودهای الکترولیتی و جوشکاری.

کارخانه‌های گازی که گاز سنتز تولید می‌کنند، کُک را به عنوان محصول نهایی به نام «گاز خانگی کُک» (gas house coke) نیز تولید می‌کنند.

فلوید کُکینگ (Fluid coking) فرآیندی است که باقی‌مانده سنگین نفت خام را به محصولات سبک‌تر مانند نفتای سبک، نفت سفید، نفت گرمایشی و گازهای هیدروکربنی تبدیل می‌کند. اصطلاح «فلوید» (سیال) به این واقعیت اشاره دارد که ذرات جامد کُک در فرآیند مداوم فلوید کُکینگ مانند یک جامد سیال رفتار می‌کنند، در مقابل فرآیند قدیمی‌تر batch delayed-coking که در آن توده‌ای جامد از کُک به مرور زمان در درام کُک انباشته می‌شود.

به دلیل کمبود نفت یا زغال‌سنگ با کیفیت بالا در آلمان شرقی، دانشمندان فرآیندی را برای تبدیل لیگنیت کم‌کیفیت به کُک به نام «کُک لیگنیت دمای بالا» (high temperature lignite coke) ابداع کردند.

همچنین ببینید

  • زغال چوب، ساخته شده از چوب به جای زغال‌سنگ
  • تاریخچه گاز مصنوعی
  • میزان انتشار CO2 به ازای هر میلیون واحد حرارتی (Btu) از سوخت‌های مختلف
  • پترولیوم کُک
  • پیرولیز
  • حوضچه‌های قیر سیدنی، خسارت زیست‌محیطی ناشی از کوره کُک
  • قیر

جمع‌بندی

کُک، محصولی حیاتی از فرآوری زغال‌سنگ، با نقشی دیرینه در صنعت، از ذوب فلزات گرفته تا تأمین سوخت، همچنان اهمیت خود را حفظ کرده است. با وجود چالش‌های زیست‌محیطی، نوآوری‌ها در فرآیند تولید، راه را برای استفاده پایدارتر از این سوخت ارزشمند هموار می‌سازد.