قیر قطران

lab2

معرفی

یک فرآورده جانبی سنگین از کوره‌های کک سازی مورد استفاده برای تولید کک متالورژیکی کوره بلند و دیگر کاربردها (صنایع تولید آلومینیوم، فولاد، نسوز، رنگ و پوشش و غیره) است. قیر قطران زغال‌سنگ با دانسیته بالا، میزان نیتروژن بالا و گوگرد پایین در مقایسه با سایر ته‌مانده‌های نفتی است. میزان اکسیژن آن به‌طور معمول بین ۱ تا ۲ درصد است. میزان کربن آروماتیک باید بین ۹۶-۹۳ درصد باشد و میانگین وزن مولکولی ۲۰۰۰-۲۰۰ واحد جرم اتمی است.

قیر ماده‌ای هیدروکربنی است که ویژگی‌ها و منابع متنوعی دارد. شاید بتوان گفت مواد قیری از نفت نیز متنوع‌تر هستند. زیرا علاوه بر نفت منابع دیگری هم دارند. به طور کلی قیرها از سه منشا حاصل می‌شوند:
۱- قیرهای طبیعی
۲- قیرهای نفتی
۳- قیرهای قطرانی
قیرهای قطرانی: هرچند این نوع قیرها تشابه ظاهری و کاربردی زیادی با قیرهای نفتی دارند، منبع تهیه متفاوتی از قیرهای نفتی دارند. لذا ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی آنها نیز متفاوت است. به‌طور کلی دو نوع با توجه به نوع فرآیند از سوزاندن یا کربنه کردن زغال‌سنگ می‌توان تهیه کرد. در بخش بعدی با قیر قطران زغال‌سنگ بیشتر آشنا می‌شویم:

این ماده از ترکیبات شیمیایی پیچیده‌ای تشکیل‌شده است. برای سهولت شناسایی، آن‌ها را به سه گروه اصلی β، α و ϒ تقسیم می‌کنند. اهمیت این گروه‌ها بدین‌جهت است که هر یک نقش عمده‌ای در ایجاد ساختار کربنی در فرآیند کربنی کردن قیر دارند. همچنین نقش این گروه‌ها در خواص فیزیکی و شیمیایی قیر و درنهایت خواص گرافیت، موردتوجه قرار می‌گیرد؛ زیرا اثر ناشی از این ترکیبات به گرافیت منتقل می‌شوند.
گروه‌های اصلی ترکیبات موجود در قیر به شرح زیر است:
α: به مواد نامحلول در کینولین، آلفا رزین گفته می‌شوند. ساختار کینولین در شکل زیر آمده است.
β: به موادی گفته می‌شود که در کینولین محلول هستند اما در تولوئن حل نمی‌گردند.
ϒ: موادی که هم در کینولین و هم در تولوئن محلول هستند گاما رزین نامیده می‌شوند.

همچنین شایان‌ذکر است که هرکدام از موارد فوق گستره‌ی وسیعی از مواد را شامل می‌شوند و به چند ماده محدود نیستند.
به دلیل اینکه آلفا-رزین‌ها در کینولین نامحلول هستند به آن‌ها quinoline Insolubles نیز گفته می‌شود که به‌طور کوتاه شده QI نوشته می‌شود. یکی از چالش های مهم در مواجهه با تولید کک سوزنی از قیر قطران زغال‌سنگ وجود دارد حضور QI است مواد غیر محلول در کینولین با ایجاد یک انسداد سه‌بعدی به‌موازات مولکول‌های مزوژن کک‌های با CTE بالاتر تولید می‌کند.
زغال‌های باکیفیت پایین در دماهای پایین‌تر می‌تواند قیرهایی با تعداد زیادی از آلکیل ها تولید کند. این آلکیل ها در پیوند با حلقه آروماتیکی این‌طور عمل می‌کنند که همراه با میزان اکسیژن بالاتر و سرعت واکنش‌پذیری بالاتر در حین کربونیزاسیون کک‌هایی باکیفیت پایینترتولید می‌شود. در مقابل، قیرهای تولیدشده در دماهای بالاتر می‌تواند مولکول‌های آروماتیک با پایداری بالا تولید کند که منجر به گازهای کمتر در حین کربونیزاسیون می‌شود و بر میزان تخلخل در مورفولوژی تأثیر می‌گذارد.
چالش دیگر در تولید کک سوزنی پایداری نیتروژن‌های ساختاری در زمینه‌ی کک است. در حین گرافیته شدن برای تولید الکترود، نیتروژن آزاد می‌شود و باعث پف کردن الکترودها می‌گردد. ممانعت کننده‌های به‌کاربرده شده برای کاهش این اتفاق آهن سولفات، ترکیبات بور و نمک‌های سدیم است.
از منظر بازار، قطران زغال‌سنگ هم به‌عنوان بایندر و هم به‌عنوان تلقیح کننده به الکترود که تنها ماده مناسب برای این کار است، استفاده می‌شود. به‌علاوه در فرآیند شکستن به دلیل پایداری آروماتیک، کمتر موردنظر قرارگرفته است. همچنین استفاده گسترده قیر قطران و اندازه بازار بایندر چالشی برای استفاده از آن به‌عنوان خوراک کک سوزنی به وجود آورده است.

cbff57caf47c4c5d8c2867a56a80d9a2
oxidized-bitumen-105-15-1509353246-3422602
1_OQpHyMWd2vGKlt0fMmv4NA
05-as-bitumen_exports_100-ab