تم اقتراح معالجة بقايا الزيت الثقيل وتحويلها إلى مواد خام للمواد المقاومة للحرارة

بالنسبة إلى يوجرا وغيرها من المناطق المنتجة للنفط، ليس إنتاج النفط فقط هو المهم، ولكن أيضًا المعالجة الفعالة للمخلفات الثقيلة. حول العلماء انتباههم إلى الأسفلت المذيب، وهو عبارة عن بقايا زيت ثقيل تتشكل أثناء تكرير النفط. هيكلها المعقد وميلها إلى التكويك – تكوين بقايا صلبة عند تسخينها – يجعل من الصعب معالجتها باستخدام الطرق التقليدية. ومع ذلك، تحتوي هذه المخلفات النفطية على كميات كبيرة من الكربون، والتي يمكن إعادة استخدامها. قام الباحثون بمعالجة المواد الثانوية البترولية عند 100 أمبير لمدة 30 ثانية في بلازما قوسية غير مفرغة من التيار المستمر. وفي مثل هذه الظروف، تحدث درجات حرارة محلية عالية جدًا، مما يتسبب في تحلل الجزيئات الثقيلة المعقدة وتحويل الكربون الذي تحتويه إلى مادة كربونية مفيدة. ونشرت نتائج البحث في مجلة كيمياء البلازما ومعالجة البلازما. بافيل بوفاليايف، مرشح العلوم التقنية، باحث مبتدئ في المركز العلمي والتعليمي لمعهد العلوم الطبيعية والتقنية بجامعة ولاية سورجوت، يوضح تشغيل المفاعل / © صورة من أرشيف الخدمة الصحفية لـ TPU. يحدث هذا عند الضغط الجوي العادي، بدون مضخات تفريغ متخصصة أو حقن غاز. يؤدي عدم وجود نظام فراغ إلى تبسيط تصميم إعداد المختبر ويمكن أن يسهل توسيع نطاق التكنولوجيا. “يستمر التعرض للبلازما حوالي 30 ثانية ويؤدي إلى تكوين كربون يشبه الجرافيت. وفي الوقت نفسه، تتم إزالة جزء كبير من الهيدروجين والأكسجين والكبريت والذرات غير المتجانسة الأخرى. وفقًا لتحليل CHNS/O، انخفض محتوى الكبريت من 6.24% إلى 1.56% وانخفض محتوى الأكسجين من 1.35% إلى أقل من 0.01%. في هذه المرحلة، أكدنا كفاءة الطريقة في ظروف المختبر – التكنولوجيا فعالة تقول فالنتينا إيجوروفا، إحدى المشاركات في المشروع، وهي باحثة مبتدئة في المركز العلمي والتعليمي لمعهد العلوم الطبيعية والتقنية بجامعة ولاية سورجوت: “ينقي” المادة، ويترك الكربون الشبيه بالجرافيت في المخرج. ومن أجل التطبيق العملي، من الضروري تطوير إمدادات مستمرة من المواد الخام، ونظام تنقية الغاز، وتحديد استهلاك الطاقة وعمر المعدات. استخدم الخبراء المادة الناتجة كمواد خام لإنتاج كربيدات السيليكون والكروم – وهي مركبات صلبة ومقاومة للحرارة. أجرى العلماء عملية التوليف باستخدام بلازما القوس الكهربائي عند 200 أمبير لمدة 60 ثانية. “وصل محتوى الكربون في المنتج إلى 96.94%، وكان فقدان الوزن عند تسخينه إلى 1030 درجة مئوية 2.74%، مما يشير إلى ثبات حراري عالي. تم العثور على مناطق تشبه الجرافيت، وأجسام كربون نانوية كروية، وجزيئات جرافيت متعددة السطوح في المادة. استخدمنا الكربون الناتج لتخليق الكربيدات: كان محتوى كربيد السيليكون 85% بعد التلدين، والكروم وتؤكد إيجوروفا أن محتوى الكربيد كان 84٪. تجري فالنتينا إيجوروفا، الباحثة المبتدئة في المركز العلمي والتعليمي لمعهد العلوم الطبيعية والتقنية بجامعة ولاية سورجوت، تحليل SARA للإسفلت التكنولوجي / © الصورة من أرشيف الخدمة الصحفية لجامعة ولاية سورجوت. يتميز كربيد السيليكون بالصلابة العالية والمقاومة للحرارة؛ يتم استخدامه في طحن المواد والحراريات والسخانات والإلكترونيات. يستخدم كربيد الكروم في الطلاءات الواقية والأجزاء المعرضة للتآكل ودرجات الحرارة المرتفعة. وفي الحياة اليومية وفي الصناعة، توجد هذه المواد في العجلات الكاشطة وأنظمة المكابح وأدوات القطع والأجهزة الإلكترونية. بالنسبة للمناطق المنتجة للنفط، فإن الطريقة المطورة للعلماء تفتح إمكانية اعتبار هذه المخلفات ليس فقط نفايات، ولكن أيضًا مصدر إضافي للمواد الخام الكربونية. وقد يساعد ذلك في المستقبل على تقليل حجم تراكم النفايات وتوسيع نطاق منتجات مصافي النفط وتطوير الإنتاج الإقليمي في مجال المواد الكربونية والسيراميك. “تحتوي يوجرا على كميات كبيرة من المواد الخام التي تحتوي على الكربون، بما في ذلك بقايا تكرير النفط الثقيل. ومهمتنا هي أن نتعلم ليس فقط إعادة تدويرها، ولكن الحصول على مواد مفيدة منها. وتبين الدراسة أن مثل هذا النهج ممكن بشكل أساسي: يمكن أن تصبح بقايا النفط مادة خام للكربون والكربيدات الشبيهة بالجرافيت المستخدمة في الصناعة الحديثة”، تؤكد يوليا بتروفا، قائدة المشروع، ومرشحة للعلوم الكيميائية، وأستاذة مشاركة، ومديرة معهد العلوم الطبيعية والتقنية بجامعة ولاية سورجوت. والمرحلة التالية هي دراسة أنواع أخرى من بقايا النفط، بما في ذلك رواسب حمأة النفط والأسفلت والراتنج والبارافين، مما يزيد من حمل مفاعل البلازما القوس الكهربائي DC وتطوير طريقة المعالجة المستمرة. سيتعين على العلماء تحديد تركيبة المنتجات الغازية بدقة أكبر، وزيادة إنتاجية ونقاء مراحل الكربيد، وتقييم استهلاك الطاقة وعمر خدمة الأقطاب الكهربائية. وتقوم منطقة منفصلة باختبار المواد التي تم الحصول عليها كمواد ماصة ومكونات طلاء وسلائف للمواد الخزفية.