Propriétés et utilisations du graphite de carbone

Les produits pétroliers propulsent les véhicules, chauffent les bâtiments et produisent de l’électricité. En 2021, la consommation pétrolière des États-Unis était en moyenne d’environ 19,78 millions de barils par jour, dont environ un million de barils de biocarburants. Les produits pétroliers et gaziers font partie intégrante de l’infrastructure des sociétés. Le graphite de carbone possède une combinaison de propriétés, lui permettant d'être utilisé dans les équipements rotatifs et ses composants tels que les joints mécaniques/gaz secs, les roulements de pompes, les sièges de soupapes, les générateurs et les compresseurs pour produire, distribuer et déplacer du pétrole et du gaz.

La première propriété de l’utilisation du graphite de carbone est sa résistance à la température. Qu'il s'agisse de températures élevées telles que 350 F à 1 100 F dans des environnements oxydants et jusqu'à 6 000 F dans des environnements non oxydants, ou de températures cryogéniques allant de -30 F à -450 F, ces matériaux ont un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui signifie que la taille et la forme du matériau ne change pas radicalement avec un changement de température.

Une propriété distinctive du carbone est sa résistance à la corrosion à des centaines de produits chimiques. Ceux-ci incluent, sans s'y limiter, le benzène, le dioxyde de soufre, le pétrole, le formaldéhyde, les hydrocarbures et le mercure. Le graphite de carbone est une forme allotropique du carbone. Les atomes de carbone sont liés entre eux selon un motif hexagonal par des liaisons covalentes et forment des couches de graphène. Ces liaisons sont fortes, ce qui rend difficile les attaques par d’autres produits chimiques. Le graphite est considéré comme plus inerte que les autres éléments et formes de carbone.

Le graphite de carbone possède également des caractéristiques autolubrifiantes. Les couches de graphène sont liées entre elles par les forces de Van der Waals. Ce sont de faibles forces d’attraction entre les atomes. Contrairement aux liaisons ioniques ou covalentes, ces attractions ne résultent pas d’une liaison électronique chimique ; ils sont relativement faibles et donc plus sensibles aux perturbations.

Permettre aux couches de graphène de graphite de carbone de déteindre contre le matériau d'accouplement remplissant la rugosité de la surface et créant un film hydrodynamique permet essentiellement au graphite de courir contre lui-même. Cette capacité autolubrifiante donne au matériau la capacité de ne pas se gripper ou se rayer dans des conditions de fonctionnement sèches. Puisqu’il est autolubrifiant et possède des propriétés thermiques et électriques, le graphite de carbone est également anti-étincelles. L'étincelle est appelée ici étincelle mécanique ou par friction.

Une dernière propriété du graphite de carbone est la porosité disponible dans le matériau issue du processus de cuisson. Après avoir mélangé et moulé des constituants de carbone brut constitués de poudres de carbone et de liants, le matériau vert est envoyé dans un processus de cuisson contrôlé et sans oxygène pour carboniser le liant de brai, le durcissant ainsi et le transformant en carbone amorphe.

Pendant le processus de cuisson, un dégazage se produit, ce qui signifie que les hydrocarbures contenus dans le brai sont chassés en raison de la chaleur extrême, laissant une structure de carbone amorphe. Lors du dégazage, ces gaz s’échappent du matériau, laissant derrière eux un réseau de porosité interconnectée. Cette porosité donne aux fabricants de carbone la possibilité d'imprégner le matériau avec divers types de métaux, de résines et de sels, qui peuvent soit améliorer, soit ajouter des propriétés mécaniques/chimiques supplémentaires au graphite de carbone. La partie suivante de cet article détaillera le graphite de carbone imprégné utilisé pour les produits et les applications dans les équipements rotatifs.

Un robinet à tournant sphérique est une vanne d'arrêt qui contrôle le débit d'un liquide ou d'un gaz. Pour ce faire, il utilise une boule avec un trou cylindrique au milieu. Lorsque le robinet à tournant sphérique est ouvert, le trou du robinet à tournant sphérique est aligné avec le tuyau pour permettre au fluide de s'écouler.

En position fermée, la vanne tourne de 90 degrés. Les sièges de soupape sont un composant qui peut être fabriqué à partir de graphite de carbone. Ils s'assoient en prenant le ballon en coupe. L'étanchéité se produit lorsque la pression amont augmente, poussant la bille et le siège amont dans le sens d'écoulement vers le siège aval.

L'imprégnation couramment utilisée pour le graphite de carbone dans cette application est le coke. Le coke est le résidu solide restant après que les charbons bitumineux soient chauffés à haute température. Le résidu est principalement constitué de carbone, contient peu d'impuretés et présente une structure graphitique développée.