ایران کشوری غنی از منابع نفت و گاز است. کشوری که با توجه به بحران ها و تحریم های اقتصادی توانسته است در این صنعت اقدار خود را نشان دهد. صنعت پتروشیمی نفت و گاز از صنایع مهمی هستند که پیشرفتی روز افزون دارند اما برای گام برداشتن در مسیر تعالی، لازم است زیرساخت هایی فراهم شود که یکی از این زیر ساخت ها، توجه به دانش دانش و علم روز است و در ایران چندسالی است که شرکت‌های دانش بنیان در این مسیر گام برداشته اند و نقطه عطفی در مسیر تعالی صنایع ایران هستند. که یکی از این صنایع، صنعت نوین کاتالیست که در طی دو دهه اخیر در ایران نهادینه شده است.
در این شماره مصاحبه ای با آقای مهندس فیض ا… راده، مدیر تولید کاتالیست شرکت نفت و گاز سرو درباره صنعت کاتالیست انجام داده ایم. ایشان که تحصیلات عالیه حخود را در رشته مهندسی مواد و متالوژی سپری کرده است، دارای ۱۵ سال تجربه در صنعت کاتالیست می‌باشد. لذا در پاییز سال جاری به عمراه یک تیم خبری به سراغ ایشان رفتیم تا از چگونگی فعالیت تولید کاتالیست در این شرکت دانش بنیان آگاه شویم.
مهندس حبیب فیض اله زاده، مدیر تولید شرکت نفت و گاز سرو در گفتگو با نشریه سرو ماندگار با تشریح مهمترین فاکتورهای تولیدی و با اشاره به این که ما علاوه بر فعالیت در بخش تولید باید تمام تجهیزات صنعتی مورد نیاز از قبیل طراحی و ساخت دستگاه را نیز انجام دهیم، گفت: تکنولوژی ساخت کاتالیست‌ها تنها در اختیار چند کشور در سطح جهان است به طوری که محدودیت های شدیدی در نشر اطلاعات دانش فنی ساخت کاتالیست‌ها وجود داشته است، به همین دلیل این شرکت دانش بنیان برای رفع نیاز تجهیزات خاص خود علاوه بر انکه مجبور به دستیابی به دانش فنی ساخت کاتالیست بوده است، طراحی و ساخت تجهیزات مورد نیاز خود را نیز انجام داده است چرا که به دلیل وجود پارامترهی کنترلی فراوان در تولید کاتالیست، نیاز به تجهیزات خاص وجود داشته است.
مهندس فیض اله زاده بیان نمود: اگر بخواهیم خواص و مشخصات تعیین کننده یک کاتالیست صنعتی را بیان کنیم می توان به فاکتورهایی چون فعالیت کاتالیست (میزان محصول تولید شده به ازای هر گرم کاتالیست در واحد زمان)، گزینش پذیری کاتالیست (میزان مول محصول تولید شده به میزان مول واکنشگرهای تبدیل شده در جریان واکنش سنتز) ، عمر کاتالیست، بازیابی کاتالیستهای مستعمل، سمی بودن کاتالیست و قیمت کاتالیست اشاره نمود؛ که فعالیت بالاتر کاتالیست سبب افزایش مقدار تولید محصولات، کاهش حجم رآکتور و شرای معتدل تر و ملایمتر واکنش می‌شود. همچنین مقادیر بالاتر گزینش گری سبب کاهش هزینه های مربوط به جداسازی و خالص سازی محصول شده و عمر بالاتر کاتالیست سبب کاهش هزینه های تولید کاتالیست و کاهش هزینه های مربوط به زمان های از دست رفته، به جهت تعویض کاتالیست می‌شود شایان ذکر است که بازیابی راحت تر کاتالیستهای مستعمل، سبب افزایش عمر و کاهش مشکلات مربوط به مصرف آنها می‌شود، که میزان سمی بودن پایین کاتالیست نیز سبب سهولت در حمل و نقل و امحاء کاتالیستهای مستعمل می‌شود.
از اینرو مشاهده می‌گردد که تولید کاتالیست از فاکتورها و پارامترهای فراوانی برخوردار است که این محصول را در زمره محصولات با تکنولوژی پیشرفته و در دسته نانو موادها قرار می دهد.
وی افزود از نگاهی دیگر طراحی کاتالیست بر مبنای ترکیب بهینه ای از خواص مستقل مکانیکی، فیزیکی، شیمیایی و عملکرد کاتالیستی آن است. مثلاً، فعالیت کاتالیست با افزایش تخلخل (بهبود دسترسی به واکنش دهنده ها) و مساحت سطح BET ( افزایش سطح در دسترس برای واکنش)، افزایش می یابد. حال انکه افزایش در میزان تخلخل های کاتالیست (حفره های بزرگتر از ۵۰ نانومتر)، به کاهش مساحت سطح ویژه و همچنین کاهش در مقاومت مکانیکی کاتالیست می‌انجامد. بنابراین برای طراحی کاتالیست مناسب، باید بهینه سازی بین خصوصیات ذکر شده انجام پذیرد.
مدیر تولید کاتالیست شرکت نفت و گاز سرو در خصوص تاثیر میزان تخلخل کاتالیست بر فعالیت و مقاومت مکانیکی بیان نمود که افزایش در میزان تخلخل تا حدود ۵/۰ سبب افزایش در میزان فعالیت کاتالیست می‌شود و افزایش بیشتر آن، تاثیر منفی بر روی فعالیت دارد، که به دلیل غالب شدن تاثیر منفی، کاهش در میزان سطح ویژه کاتالیست با افزایش در میزان تخلخل آن است. علاوه بر این، افزایش در میزان تخلخل، سبب کاهش در مقاومت مکانیکی کاتالیست می‌شود و افزایش تخلخل، به بیشتر از ۵/۰ لستحکام غیر قابل قبول قطعه را به همراه دارد.
وی افزود: می توان نتیجه گرفت که طراحی شکل و قالب کاتالیست یکی از مهمترین فاکنورهای تولیدی این محصول High Tech می‌باشد. به طوری که فاکتورهای متععدی از قبیل نسبت سطح به حجم، افت فشار، مقاومت مکانیکی و هزینه تولید در آن مورد توجه قرار می گیرد.
شایان ذکر است که درخصوص کاتالیستهای احیای مستقیم آهن درصنعت فولاد، هرچه فعالیت کاتالیست بالاتر باشد، دیواره تیوب های ریفرمر خنک تر خواهد شد. همان طور که در شکل روبه رو مشاهده می کنیم شکل کاتالیست‌ها از حالت رینگی ساده که در گذشته از آنها استفاده می‌شد به سمت شکل های پیچیده تر که فعالیت بالاتری دارند، تغییر پیدا کرده است. علت اصلی این تغییر شکل ها، افزایش سطح به حجم کاتالیست است. این تغییر شکل، به کاهش دمای تیوب های ریفرمر تحت شرایط کاری یکسان خواهد انجامید.
فیض اله زاده ادامه داد: اندازه و شکل کاتالیست‌ها روی مشخصه های انتقال حرارت و افت فشار آن تاثیر می گذارد، به طوری که افت فشار با افزایش ابعاد کاتالیست، همگن بودن اندازه ها و شکل کاتالیست در ارتباط است. کاتالیستهای اولیه فرایند احیای مستقیم آهن بدون شکل مشخص و مانند کلوخه متخلخل بوده است. مشکلات کاتالیستهای اولیه مواردی از قبیل درصد نیکل پایین، تشکیل کربن و تفاوت دمای تیوب ها با یکدیگر به دلیل شکل غیر یکنواخت کاتالیست بود.
وی افزود: در توسعه کاتالیستهای احیای مستقیم آهن، بیشترین تغییرات روی شکل کاتالیستمربوط به کاتالیست فعال بوده و تغییرات اساسی روی شکل کاتالیست نیمه فعال انجام نشده است، زیرا نیازی به افزایش فعالیت کاتالیست نیمه فعال وجود ندارد. در صورت افزایش فعالیت کاتالیست نیمه فعال، بستر کاتالیست سرد می‌شود و امکان تشکیل کربن افزایش می‌یابد.
کاتالیستهای مورداستفاده در فرایند میدرکس و پرد از ابتدا تا کنون(.
مهندس فیض اله زاده در خصوص مشکلات در زمان عملکرد بیان نمود: یکی از مشکلات کاتالیست‌ها، خرد شدن آنها در حین سرد و گرم شدن ریفرمر است که پس از راه اندازی ریفرمر، به دلیل گرما، حجم تیوب ها افزایش می یابد و در نتیجه کاتالیست درون تیوب نشست می‌کند. و در نتیجه باعث فشار به کاتالیست و خرد شدن آن می‌شود.
وی در خصوص عوامل مهم در هنگام طراحی کاتالیست بیان نمود: یکی از مهمترین عوامل موثر هنگام طراحی کاتالیست، اثر مشخصات کاتالیست بر میزان افت فشار نسبی درون تیوب های ریفرمر است. کاتالیستی که مشخصات شکست مناسبی ندارد، ذرات خرد شده بیشتری تولید می‌کند و در نتیجه اختلاف فشار نسبی بیشتر افزایش می‌یابد.
وی افزود: مشخصات شکست قطعات کاتالیستهای مورد استفاده در احیای مستقیم آهن، نقش مهمی در چگونگی کارکرد ریفرمر در مدت زمان طولانی دارد. یک کاتالیست احیای مستقیم آهن با مشخصات شکست خوب، در صورت شکسته شدن، به قطعاتی تبدیل می‌شود که خیلی سبب افزایش افت فشار در داخل تیوب نمی‌شود. حال آنکه یک کاتالیست با مشخصات شکست نامناسب می‌تواند در صورت شکستگی، سبب افزایش افت فشار در داخل ریفرمر شود.
مدیر تولید شرکت نفت و گاز سرو با تشریح موارد علمی بالا، اعلام نمود که تولید کاتالیست تز جمله صنایعی است که مراحل شکل دهی و پخت در فرآیند تولید آن بسیار مهم است و قبلاً در این شرکت نیز، کاتالیستهای خنثی، نیمه فعال و فعال به روش اکسترودر تولید می‌شد، ولی با دستیابی به تکنولوژی برتر و کسب دانش فنی روش شکل دهی پرسی، تولید کاتالیستهای این شرکت از اکسترودری به پرسی شیفت پیدا کرد و نسل جدیدی از کاتالیستهای به صنعت معرفی گردید.
او افزود: در روش تولید اکسترودری باید مقداری رطوبت تولید کرد که این رطوبت به هنگام خروج، میکروترک ها را ایجاد می‌کند که باعث شکسته شدن جسم و خرد شدن کاتالیست می‌شود، لذا این اولین مزیت تولید کاتالیست به روش پرسی است.
همچنین در روش اکسترودری به هنگام شکل دهی باید موادی به عنوان چسب به آن اضافه شود. این چسب ها حاوی ناخالصی هایی نظیر سیلیس است که در فرایند، بسیار مضر است و در دماهای بالا قادر است آسیب هایی به کاتالیست وارد کند، اما در روش پرسی از چنین افزودنی هایی استفاده نمی‌شود و مواد اولیه کاتالیست تحت شرایط عملیاتی پرس می‌گردد. بنابراین ناخالصی اجباری در سیستم وجود ندارد.
وی با اشاره به مزیت های فراوانی که در تولید نسل جدید کاتالیستهای احیا مستقیم آهن توسط متخصصین این شرکت دانش بنیان به دست آمده است، افزود: برخورداری از شیارهای منظم در کاتالیستهای جدید پرد ، منجر به عدم مواجه با پلیسه های برش مانند روش اکسترودری به روش پرسی می‌باشد.
همچنین سطح فیزیکال بالا، طولانی شدن زمان مصرف و عمر کاتالیست، افزایش تماس گاز با کاتالیست، جلوگیری از ترک‌خوردگی در کاتالیست‌ها عدم استفاده از مواد افزودنی به عنوان چسب در تولید کاتالیست، عدم اضافه شدن ناخالصی اجباری به سیستم و … از جمله دیگر مزیت‌های محصولات جدید و تولید به روش پرسی می‌باشد.
مدیر تولید نفت و گاز سرو گفت: اصولاً هر چهار سال تا پنج سال یکبار به دلیل خوردگی و مسدود شدن مسیر خروجی گاز کاتالیستهای ریفرمرهای فولادی را تعویض می کنند. اما در روش پرسی به دلیل عدم خرد شدن کاتالیست نیاز کمتری به تعویض وجود دارد و لذا طول عمر کاتالیست افزایش می یابد اما در روش اکسترودری با کمترین تغییرات دما، کاتالیست خرد می‌شود و افت فشار را تغییر می‌دهد. همچنین در زمانی که تعمیرات و اورحال های اساسی رخ می دهد کاتالیست‌ها به دلایلی چون زینترنیگ، حالت گل به خود می گیرند و کلوخه شده و به تیوپ ریفرمر می چسبند و از آنجایی که تیوپ ها بسیار گران قیمت هستند این روش (پرسی) مانع از آسیب تیوپ ریفرمرها می‌شود.
فیض ا… زاده در پایان با تاکید بر پتانسیل ایران برا یتوسعه تولید کاتالیست اظهار کرد: کاتالیست یکی از کالاهایی است که علی رغم تولید دشوار، ایران توانسته است نتایج قابل قبولی را در این زمینه کسب کند و اعتقاد دارم در مدت زمانی کوتاه، رشد قابل توجهی داشته ایم و تا چند سال آینده امیدوارم در زمینه صادرات بتوانیم وارد عمل شویم.