ความแตกต่างหลักในพฤติกรรมการเผาไหม้ระหว่างโค้กที่ผลิตจากน้ำมันและโค้กที่ผลิตจากถ่านหินคืออะไร?

ความแตกต่างหลักในพฤติกรรมการเผาไหม้ระหว่างโค้กที่ผลิตจากน้ำมันและโค้กที่ผลิตจากถ่านหินนั้นอยู่ที่เส้นทางการเกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ซึ่งเกิดจากองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุดิบที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดความแปรผันอย่างมากในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึก การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ และความยากลำบากในการควบคุมกระบวนการ การวิเคราะห์โดยละเอียดมีดังต่อไปนี้:

1. ความแตกต่างในองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุดิบเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับพฤติกรรมการเผาไหม้

โค้กที่ผลิตจากน้ำมันได้มาจากสารกลั่นหนัก เช่น กากปิโตรเลียมและน้ำมันใสที่ได้จากการแตกตัวเร่งปฏิกิริยา องค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายวงที่มีสายโซ่ด้านข้างสั้นและเชื่อมต่อกันเป็นเส้นตรง โดยมีปริมาณกำมะถัน ไนโตรเจน ออกซิเจน และอะตอมโลหะต่างชนิดค่อนข้างต่ำ รวมถึงสิ่งเจือปนที่เป็นของแข็งและสารที่ไม่ละลายในควินอลีนน้อยมาก องค์ประกอบนี้ทำให้กระบวนการเผาไหม้ถูกครอบงำด้วยปฏิกิริยาไพโรไลซิส โดยมีเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาที่ค่อนข้างง่ายและกำจัดสิ่งเจือปนได้อย่างหมดจด

ในทางตรงกันข้าม โค้กที่ผลิตจากถ่านหินนั้นได้มาจากน้ำมันดินถ่านหินและผลิตภัณฑ์กลั่นของมัน ซึ่งมีสัดส่วนของไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกโพลีไซคลิกแบบโซ่ยาวและแบบควบแน่นสูงกว่า รวมถึงกำมะถัน ไนโตรเจน อะตอมของออกซิเจน และสิ่งเจือปนที่เป็นของแข็งในปริมาณมาก องค์ประกอบที่ซับซ้อนของโค้กที่ผลิตจากถ่านหินไม่เพียงแต่ทำให้เกิดปฏิกิริยาไพโรไลซิสเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดปฏิกิริยาควบแน่นอย่างมากในระหว่างการเผา ส่งผลให้เส้นทางการเกิดปฏิกิริยาซับซ้อนมากขึ้นและยากต่อการกำจัดสิ่งเจือปนมากขึ้น

2. ความแตกต่างในการวิวัฒนาการของโครงสร้างผลึกส่งผลต่อคุณสมบัติของวัสดุ

ในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ ไมโครคริสตัลคาร์บอนในโค้กที่ผลิตจากน้ำมันจะค่อยๆ เพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง (La) ความสูง (Lc) และจำนวนชั้นภายในผลึก (N) ปริมาณของไมโครคริสตัลกราไฟต์ในอุดมคติ (Ig/Iall) ก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน แม้ว่า Lc จะเกิด "จุดเปลี่ยน" เนื่องจากการระเหยของสารระเหยและการหดตัวของโค้กดิบ แต่โครงสร้างผลึกโดยรวมจะมีความสม่ำเสมอมากขึ้นและมีระดับการเกิดกราไฟต์สูงขึ้น วิวัฒนาการของโครงสร้างนี้ทำให้โค้กที่ผลิตจากน้ำมันมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความต้านทานไฟฟ้าต่ำ และการนำไฟฟ้าสูงหลังจากการเผาไหม้ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูงพิเศษขนาดใหญ่

ในทำนองเดียวกัน โครงสร้างไมโครคริสตัลของคาร์บอนในโค้กที่ได้จากถ่านหินจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเพิ่มขึ้นของ La, Lc และ N ในระหว่างการเผา อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิทธิพลของสิ่งเจือปนและปฏิกิริยาการควบแน่นในวัตถุดิบ ทำให้มีข้อบกพร่องของผลึกมากขึ้น และการเพิ่มขึ้นของปริมาณไมโครคริสตัลกราไฟต์ในอุดมคติจึงมีจำกัด นอกจากนี้ ปรากฏการณ์ "จุดเปลี่ยน" สำหรับ Lc นั้นเด่นชัดมากขึ้นในโค้กที่ได้จากถ่านหิน และชั้นที่เพิ่มเข้ามาใหม่จะแสดง "ข้อบกพร่องในการเรียงซ้อน" แบบสุ่มกับชั้นเดิม ทำให้เกิดความผันผวนอย่างมากในระยะห่างระหว่างชั้น (d002) ลักษณะโครงสร้างเหล่านี้ส่งผลให้โค้กที่ได้จากถ่านหินมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและความต้านทานไฟฟ้าต่ำกว่าโค้กที่ได้จากน้ำมันหลังจากการเผา แต่มีความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอที่ด้อยกว่า ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตอิเล็กโทรดกำลังสูงและอิเล็กโทรดกำลังสูงพิเศษขนาดกลางมากกว่า

3. ความแตกต่างของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพเป็นตัวกำหนดขอบเขตการใช้งาน

ในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ โค้กที่ผลิตจากน้ำมันจะเกิดการระเหยของสารระเหยอย่างทั่วถึงและการหดตัวของปริมาตรอย่างสม่ำเสมอ ส่งผลให้ความหนาแน่นที่แท้จริงเพิ่มขึ้นอย่างมาก (สูงถึง 2.00–2.12 กรัม/ซม³) และความแข็งแรงเชิงกลดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ในขณะเดียวกัน การนำไฟฟ้า ความต้านทานต่อการออกซิเดชัน และความเสถียรทางเคมีของวัสดุที่ผ่านการเผาไหม้ก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เข้มงวดสำหรับผลิตภัณฑ์กราไฟต์ระดับสูง

ในทางตรงกันข้าม โค้กที่ผลิตจากถ่านหินจะเกิดการกระจุกตัวของความเค้นเฉพาะจุดในระหว่างการระเหยของสารต่างๆ เนื่องจากมีปริมาณสิ่งเจือปนสูงกว่า ส่งผลให้ปริมาตรหดตัวไม่สม่ำเสมอและความหนาแน่นที่แท้จริงเพิ่มขึ้นน้อยกว่า นอกจากนี้ ความแข็งแรงที่ต่ำกว่าและความต้านทานการสึกหรอที่แย่กว่าของโค้กที่ผลิตจากถ่านหินหลังการเผาผนึก รวมถึงแนวโน้มที่จะขยายตัวในระหว่างการกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูง ทำให้จำเป็นต้องควบคุมอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างเข้มงวด คุณลักษณะเหล่านี้จำกัดการใช้งานของโค้กที่ผลิตจากถ่านหินในสาขาขั้นสูง แม้ว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและความต้านทานไฟฟ้าต่ำยังคงทำให้มันเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในบางด้าน

4. ความแตกต่างในความยากลำบากในการควบคุมกระบวนการส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิต

เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีที่ค่อนข้างเรียบง่าย โค้กที่ผลิตจากน้ำมันจึงแสดงเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาที่ชัดเจนในระหว่างการเผา ทำให้ควบคุมกระบวนการได้ง่ายขึ้น โดยการปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิการเผา อัตราการให้ความร้อน และการควบคุมบรรยากาศ คุณภาพและประสิทธิภาพการผลิตของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการเผาสามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ปริมาณสารระเหยสูงในโค้กที่ผลิตจากน้ำมันยังให้พลังงานความร้อนเองในระหว่างการเผา ช่วยลดต้นทุนการผลิต

ในทางตรงกันข้าม องค์ประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนของโค้กที่ผลิตจากถ่านหินนำไปสู่เส้นทางการเกิดปฏิกิริยาที่หลากหลายในระหว่างกระบวนการเผา ทำให้การควบคุมกระบวนการทำได้ยากขึ้น จำเป็นต้องมีการเตรียมวัตถุดิบอย่างเข้มงวด การควบคุมอัตราการให้ความร้อนอย่างแม่นยำ และการปรับบรรยากาศเป็นพิเศษ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าคุณภาพของผลิตภัณฑ์จะคงที่หลังจากกระบวนการเผา นอกจากนี้ โค้กที่ผลิตจากถ่านหินยังต้องการพลังงานความร้อนเพิ่มเติมในระหว่างกระบวนการเผา ซึ่งเพิ่มต้นทุนการผลิตและการใช้พลังงาน