شناخت مهم‌ترین محصولات جانبی الکترود گرافیتی

برای تولید الکترود لازم است کک­‌های تولید شده در پلنت‌­های مختلف برای تولید الکترود استفاده شوند. هر خط الکترودسازی 30 تا 45 هزار تن تولید دارد. به این صورت که در ابتدا برای ظرفیت 30 هزار تن ساخته شده و سپس به 45 هزار تن ارتقا پیدا می‌کند. اردکان احتمالا تا پنج سال آینده بتواند به ظرفیت 30 هزار تن برسد. در نتیجه برای این صنعت نیاز به یک واحد دیگر خواهیم داشت. برای این کار لازم نیست کل خط به صورت یک‌جا نصب شود. برای مثال می‌توان خط با ظرفیت ۱۵هزار تن آغاز به کار کند. محصول این خط الکترود پخته شده خواهد بود. در این میان نیز محصولات جانبی تولید می‌­شود که برای بهترشدن کیفیت الکترود باید حذف شوند.

الکترودسازی بخش کلیدی این صنعت است و سرمایه لازم برای تولید 30 هزار تن الکترود در سال در حدود 30 میلیون دلار خواهد بود. در صورتی که بخش­‌های قبلی به درستی پیگیری شوند کل تولید این کارخانه توسط همین زیست­‌بوم مصرف خواهد شد.

این واحد باید در جنوب کشور و خصوصا در بندرعباس ساخته شود. چرا که هم کک در آینده در آن منطقه تولید می‌­شود و هم امکان تولید آند در کنار الکترود برای صنایع آلومینیوم وجود دارد و حضور این­‌ها در کنار هم باعث کاهش هزینه خواهد شد.

محصولات جانبی

برای تولید الکترود گرافیتی ابتدا پودر کک‌سوزنی، قالب‌گیری می‌­شود و با ویبراتور فشرده‌سازی می­‌شود. سپس الکترودی که فرم گرفته، در کوره پخته می­‌شود. پس از پخت یک روکش از قیر به آن اضافه می­‌شود. در آخر نیز دوباره این فرآورده در دمای ۳۰۰۰ درجه سلسیوس قرار گرفته و به گرافیت تبدیل می­‌شود.

پس از فرایند تولید، عملیات تراشکاری روی الکترودها انجام می­‌شود. این الکترودها بیشتر به شکل استوانه­‌ای تولید می­‌شوند و پس از تولید باید در قطرهای استاندارد برش داده شوند. لازم است حتما یک پین به عنوان سوکت به سر الکترود نصب شود.

در فرایند تولید، عناصری تولید می‌­شوند که باید جداسازی شوند:

۱.جداسازی نیتروژن

اگر کک‌سوزنی دارای مقادیر بالای گوگرد و نیتروژن باشد، طی فرآیند گرافیته کردن پیوندهای مولکولی بین گوگرد یا نیتروژن با کربن شکسته شده و گوگرد و نیتروژن به صورت گاز گرافیت خارج می­‌شوند. به این پدیده پوفینگ می‌گویند. پوفینگ در واقع فرآیند انبساط برگشت‌ناپذیر کک است که حفرات و شکاف‌­هایی را داخل گرافیت تولید می­‌کند؛ بنابراین نیتروژن و گوگرد باید به حد قابل قبول برسند. کاهش این دو عنصر توسط عملیات جذب انجام می‌شود.

چگونگی جداسازی:

فرآیند جذب سطحی

در فرآیند جذب یک سیال با یک فاز نامحلول تماس می‌­یابد و با جذب فاز مورد نظر جداسازی انجام می­‌شود. اغلب جاذب­‌های سطحی مواد بسیار متخلخلی هستند و جذب سطحی عمدتا در دیواره منفذها یا در مواضع خاصی داخل ذره روی می­‌دهد. چون منفذها معمولا خیلی کوچک هستند، سطح داخلی آن‌ها ده برابر سطح خارجی، و اغلب m²/g500-1000 است. جداسازی به این دلیل روی می­‌دهد که اختلاف جرم مولکولی، اختلاف شکل یا اختلاف قطبیت باعث می‌­شود بعضی از مولکول­‌ها محکم­‌تر از سایر مولکول­‌ها روی سطح نگه داشته شوند یا به این علت است که منفذها کوچک‌تر از آن هستند که مولکول­‌های بزرگ‌تر از آن‌ها عبور کنند.

در اغلب موارد جزء جذب شده با استحکام کافی نگه داشته می­‌شود در حالی که سایر اجزاء خیلی کم جذب سطحی شده‌­اند و سیال عاری از جزء مورد نظر می­‌شود. سپس می‌­توان جاذب را احیا و جذب شده را به صورت غلیظ یا تقریبا خالص به دست آورد. جاذب­‌ها معمولا به شکل گرانول هستند و قطر آنها از 12 تا 50 میلی‌متر متغیر است. جاذب باید مقاومت و سختی خوبی داشته باشد تا در اثر حمل و نقل و یا وزن خود در بستر، خرد نشود.

شایان ذکر است که جذب یک پدیده عمومی است و تمامی جامدات مقداری بخارات یا مایعات را به خود جذب می­‌کنند؛ بنابراین انتخاب جاذبی که به صورت انتخابی عمل نماید و جداسازی مورد نظر را انجام دهد از اهمیت بالایی برخوردار است.

انواع جذب

جذب فیزیکی یا جذب واندروالس یک پدیده برگشت‌پذیر است که نتیجه نیروهای جاذبه بین مولکول­‌های جامد و ماده جاذب شده است. برای مثال وقتی­‌که نیروهای جاذبه بین جامد و یک گاز بیشتر از نیروهای بین مولکولی گاز باشد، گاز روی سطح جامد جمع و متراکم می­‌شود. این حالت تراکم با تولید حرارت همراه است.
جذب شیمیایی، نتیجه فعل و انفعال شیمیایی جامد و ماده جذب شده است. قدرت پیوندهای شیمیایی حاصل به طور قابل ملاحظه­‌ای بیشتر از گونه دیگر جذب است. حرارت آزاد شده در فرآیند جذب شیمیایی معمولا زیاد و در حد یک واکنش شیمیایی است و عمل جذب عموما یک فرآیند برگشت‌ناپذیر است.

نیتروژن گیری

در جداسازی نیتروژن با جاذب ابتدا باید ذرات QI موجود در قیر قطران جدا و سپس وارد مرحله جذب شوند. علت آن است که ذرات QI داخل حفرات جاذب شده و سطح مورد استفاده برای جذب را کاهش می­‌دهند. به بیان دیگر ابتدا این ذرات جذب شده و جاذب برای جذب نیتروژن کافی نخواهد بود. برای جداسازی نیتروژن،جاذب می‌­تواند کربن فعال (سطحی از 200تا m²/g 3000) آلومینا فعال، سیلیکا آلومینا، سیلیکا ژل و زئولیت باشد.

با این روش می‌­توان میزان نیتروژن موجود در قیر قطران را تا 4/0 ،2/0 و کمتر از آن تا 03/0 کاهش داد. از یک واحد بازیابی جاذب نیز می­‌توان بهره گرفت تا نیتروژن را از قسمت­‌های فعال جاذب جدا کند تا جاذب دوباره قابلیت جداسازی داشته باشد.

برای کاهش گرانروی خوراک می‌توان تا 140 درجه سانتی‌گراد گرما داد تا تماس مؤثر جاذب و سیال بهتر انجام شود؛ اما باید در نظر داشت که افزایش دما از جهتی باعث کاهش میزان جذب نيز می‌­شود. به عنوان یک قاعده کلی هر چه گرانروی پایین­‌تر باشد، تماس فاز سیال با جاذب بهتر انجام می‌شود؛ بنابراین جذب در شرایط بهتری رخ می‌دهد. این نیاز را رقیق‌سازی قیر با حلال نیز تأمین می­‌کند. اگر جاذب دارای گروه فعال سطحی اسیدی باشد، میزان جداسازی بیشتر می­‌شود.

بازیابی کربن فعال را می‌توان به کمک افزایش دما (از حدود 400 تا 1000 درجه سانتی‌گراد) داخل کوره دوار انجام داد. افزایش دما باعث تبخیر شدن مواد جذب شده روی سطح کربن فعال می‌­شود. همچنین بخارآب نیز می‌تواند کربن جز جذب شده را از کربن فعال جدا کند. دمای بخار آب می‌تواند در بازه 100 تا 900 درجه سانتی‌گراد باشد.

همچنین از جاذب سولفات فلز با پایه سیلیکاژل برای جداسازی نیتروژن استفاده کرده­‌اند. سولفات نیکل، آلومینیوم و مس (5تا 30 درصد وزنی) با پایه سیلیکاژل امتحان شده است. برای جداسازی نیتروژن از جاذب و بازیابی جاذب، ابتدا جاذب با محلول تولوئن (45درصد حجمی،) متانول (53 درصد حجمی) و آب (2 درصد حجمی) شسته شده و سپس THF به آن افزوده می‌­شود.

۲. جداسازی فلزات

فلزات موجود در هیدروکربن­‌ها ممکن است به صورت جامد معلق یا به صورت پیوند کمپلکس در نفت یا قطران وجود داشته باشند. فلزات موجود در ترکیبات هیدروکربنی مانند قطران یا نفت و مشتقات‌شان در دو حالت کلی محلول در آب موجود در هیدروکربن یا محلول در هیدروکربن‌ها وجود دارند. برای جداسازی فلز، غیر از استفاده از هیدروژن سه روش دیگر وجود دارد که عبارتند از: سانتریفیوژ، استخراج با حلال و واکنش و جذب سطحی روش سانتریفیوژ تنها برای فلزاتی مفید است که در فاز هیدروکربنی نباشند و توضیح آن قبلا در جداسازی QI آمده است.

۳. نیتروژن گیری

گوگرد موجود در کک‌نفتی از بین چهار عنصر نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن و گوگرد، قوی­‌ترین پیوند را دارد؛ بنابراين جداسازی آن مشکل است. فرآیندهای مختلفی جهت جداسازی گوگرد از کک‌ نفتی وجود دارد که تقریبا همگی آن‌ها همراه با گرم کردن کک است که سبب می­‌شود گوگرد موجود در کک از آن خارج شود و باعث افزایش تخلخل، افزایش مقاومت الکتریکی مخصوص و کاهش چگالی آن می‌­شود. مقدار زیادی از گوگرد موجود داخل کک در دماهای بالای 1400 درجه سانتی‌گراد آزاد می‌­شود.

مقدار گوگرد موجود داخل کک‌نفتی بین 5/0 تا10 درصد وزنی متغیر است و به یکی از سه صورت زیر در ساختار وجود دارد:

• گوگرد متصل به ساختار پیوسته آروماتیک‌ها که بین حلقه‌های آروماتیک قرار گرفته است.
• گوگردی كه روی سطح ساختار آروماتیک موجود است.
• گوگردی که متصل به زنجیره‌های کربنی است.

جداسازی گوگرد از دو حالت اول، مشکل­‌تر از حالت سوم است. گوگرد موجود در کک‌نفتی به صورت تیول­‌ها (ترکیبات شامل پیوند به صورت SH-R) سولفیدها و تیوفن­ها (C₄H₄S) است که بیشتر این گوگرد به صورت تیوفن و درصد دو گونه دیگر کمتر است. گوگردزدایی هیدروژنی توانایی حذف گوگردهای تیوفنی را ندارد؛ اما تیول‌­ها و سولفیدها را به راحتی حذف می­‌کند.

روش‌­های گوگرد زدایی به صورت گوگردزدایی به روش استخراج با حلال، گوگردزدایی به روش کلسیناسیون، گوگردزدایی به روش جداسازی با مواد مذاب و گوگردزدایی به روش هیدروژنی است.

منبع:

برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی