تفاوت اصلی در رفتار کلسیناسیون بین کک پایه روغنی و کک پایه زغال سنگ چیست؟

تفاوت‌های اصلی در رفتار کلسیناسیون بین کک پایه نفتی و کک پایه زغال‌سنگ در مسیرهای واکنش متمایز ناشی از تفاوت در ترکیب شیمیایی مواد اولیه آنها نهفته است که متعاقباً منجر به تغییرات قابل توجه در تکامل ساختار بلوری، تغییرات خواص فیزیکی و مشکلات کنترل فرآیند می‌شود. تجزیه و تحلیل دقیق به شرح زیر است:

۱. تفاوت در ترکیبات شیمیایی مواد اولیه، اساس رفتار کلسیناسیون را تشکیل می‌دهد

کک نفتی از تقطیرهای سنگین مانند پسماندهای نفتی و نفت تصفیه‌شده حاصل از کراکینگ کاتالیزوری مشتق می‌شود. ترکیب شیمیایی آن عمدتاً با هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای با زنجیره جانبی کوتاه و اتصال خطی، با محتوای نسبتاً کم گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و هترواتم‌های فلزی و همچنین حداقل ناخالصی‌های جامد و مواد نامحلول در کینولین مشخص می‌شود. این ترکیب منجر به یک فرآیند کلسیناسیون تحت سلطه واکنش‌های پیرولیز، با یک مسیر واکنش نسبتاً ساده و حذف کامل ناخالصی می‌شود.

در مقابل، کک مبتنی بر زغال سنگ از قیر قطران زغال سنگ و تقطیرات آن تولید می‌شود که حاوی نسبت بیشتری از هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای با زنجیره جانبی طولانی و متراکم، همراه با مقادیر قابل توجهی از هترواتم‌های گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و ناخالصی‌های جامد است. ترکیب پیچیده کک مبتنی بر زغال سنگ نه تنها منجر به واکنش‌های پیرولیز، بلکه منجر به واکنش‌های تراکم قابل توجهی در طول کلسیناسیون نیز می‌شود که منجر به مسیر واکنش پیچیده‌تر و دشواری بیشتر در حذف ناخالصی می‌شود.

۲. تفاوت در تکامل ساختار بلوری بر خواص مواد تأثیر می‌گذارد

در طول کلسیناسیون، قطر (La)، ارتفاع (Lc) و تعداد لایه‌های درون کریستال‌ها (N) ریزکریستال‌های کربنی در کک روغنی به تدریج افزایش می‌یابد. محتوای ریزکریستال‌های گرافیت ایده‌آل (Ig/Iall) نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. اگرچه Lc به دلیل خروج مواد فرار و انقباض کک خام، یک "نقطه عطف" را تجربه می‌کند، اما ساختار کلی کریستال منظم‌تر می‌شود و درجه گرافیتی شدن بالاتری دارد. این تکامل ساختاری، کک روغنی را با خواص عالی مانند ضریب انبساط حرارتی پایین، مقاومت الکتریکی پایین و رسانایی الکتریکی بالا پس از کلسیناسیون، مناسب می‌سازد و آن را به ویژه برای تولید الکترودهای گرافیتی با اندازه بزرگ و توان بسیار بالا مناسب می‌سازد.

به طور مشابه، ساختار میکروکریستالی کربن کک مبتنی بر زغال سنگ با افزایش La، Lc و N در طول کلسیناسیون تکامل می‌یابد. با این حال، به دلیل تأثیر ناخالصی‌ها و واکنش‌های تراکمی در ماده اولیه، نقص‌های کریستالی بیشتری وجود دارد و افزایش محتوای میکروکریستالی گرافیت ایده‌آل محدود است. علاوه بر این، پدیده "نقطه عطف" برای Lc در کک مبتنی بر زغال سنگ بارزتر است و لایه‌های تازه اضافه شده "خطاهای انباشتگی" تصادفی با لایه‌های اصلی نشان می‌دهند که منجر به نوسانات قابل توجهی در فاصله بین لایه‌ها می‌شود (d002). این ویژگی‌های ساختاری منجر به این می‌شود که کک مبتنی بر زغال سنگ پس از کلسیناسیون، ضریب انبساط حرارتی و مقاومت الکتریکی کمتری نسبت به کک مبتنی بر روغن داشته باشد، اما استحکام و مقاومت سایشی ضعیف‌تری داشته باشد که آن را برای تولید الکترودهای پرقدرت و الکترودهای فوق پرقدرت با اندازه متوسط ​​مناسب‌تر می‌کند.

۳. تفاوت در تغییرات خواص فیزیکی، حوزه‌های کاربرد را تعیین می‌کند

در طول کلسیناسیون، کک پایه روغنی به طور کامل از مواد فرار خارج شده و انقباض حجمی یکنواختی را تجربه می‌کند که منجر به افزایش قابل توجه چگالی واقعی (تا ۲.۰۰ تا ۲.۱۲ گرم بر سانتی‌متر مکعب) و بهبود قابل توجه استحکام مکانیکی می‌شود. همزمان، رسانایی الکتریکی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و پایداری شیمیایی ماده کلسینه شده به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و الزامات عملکرد سختگیرانه برای محصولات گرافیتی با کیفیت بالا را برآورده می‌کند.

در مقابل، کک مبتنی بر زغال سنگ به دلیل محتوای ناخالصی بالاتر، در طول فرار مواد فرار، تمرکز تنش موضعی را تجربه می‌کند که منجر به انقباض حجمی ناهموار و افزایش نسبتاً کمتری در چگالی واقعی می‌شود. علاوه بر این، استحکام پایین‌تر و مقاومت سایشی ضعیف‌تر کک مبتنی بر زغال سنگ پس از کلسیناسیون، همراه با تمایل آن به انبساط در طول گرافیتی شدن در دمای بالا، کنترل دقیق نرخ افزایش دما را ضروری می‌سازد. این ویژگی‌های خاص، کاربرد کک مبتنی بر زغال سنگ را در زمینه‌های سطح بالا محدود می‌کند، اگرچه ضریب انبساط حرارتی و مقاومت الکتریکی پایین آن هنوز آن را در مناطق خاص غیرقابل جایگزین می‌کند.

۴. تفاوت در مشکلات کنترل فرآیند، بر راندمان تولید تأثیر می‌گذارد

کک پایه روغنی به دلیل ترکیب شیمیایی نسبتاً ساده‌اش، مسیرهای واکنش واضحی را در طول کلسیناسیون نشان می‌دهد که منجر به کاهش دشواری کنترل فرآیند می‌شود. با بهینه‌سازی پارامترهایی مانند دمای کلسیناسیون، نرخ گرمایش و کنترل اتمسفر، کیفیت و راندمان تولید محصولات کلسینه شده می‌تواند به طور مؤثر بهبود یابد. علاوه بر این، محتوای بالای مواد فرار در کک پایه روغنی، انرژی حرارتی خود را در طول کلسیناسیون تأمین می‌کند و هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.

در مقابل، ترکیب شیمیایی پیچیده کک مبتنی بر زغال سنگ منجر به مسیرهای واکنش متنوع در طول کلسیناسیون می‌شود و کنترل فرآیند را دشوارتر می‌کند. پیش تصفیه دقیق مواد اولیه، کنترل دقیق نرخ گرمایش و تنظیم ویژه اتمسفر برای اطمینان از کیفیت پایدار محصول پس از کلسیناسیون مورد نیاز است. علاوه بر این، کک مبتنی بر زغال سنگ در طول کلسیناسیون به مکمل انرژی حرارتی اضافی نیاز دارد که هزینه‌های تولید و مصرف انرژی را افزایش می‌دهد.