В чем основное различие в способах обжига между коксом на нефтяной основе и коксом на угольной основе? 

Основные различия в способах обжига нефтяного кокса и угольного кокса заключаются в различных путях реакции, обусловленных различиями в химическом составе сырья, что впоследствии приводит к значительным различиям в развитии кристаллической структуры, изменениям физических свойств и трудностям в управлении процессом. Ниже представлен подробный анализ:

1. Различия в химическом составе сырья определяют особенности процесса обжига
Нефтяной кокс получают из тяжелых дистиллятов, таких как нефтяные остатки и топленое масло каталитического крекинга. Его химический состав в первую очередь характеризуется короткими боковыми цепями, линейно связанными полициклическими ароматическими углеводородами, с относительно низким содержанием серы, азота, кислорода и гетероатомов металлов, а также минимальным содержанием твердых примесей и нерастворимых в хинолине веществ. Благодаря такому составу в процессе обжига преобладают реакции пиролиза с относительно простым протеканием реакции и тщательным удалением примесей.

В отличие от этого, кокс на основе угля получают из каменноугольного пека и его дистиллятов, которые содержат более высокую долю длинноцепочечных и конденсированных полициклических ароматических углеводородов, а также значительное количество гетероатомов серы, азота, кислорода и твердых примесей. Сложный состав угольного кокса приводит не только к реакциям пиролиза, но и к значительным реакциям конденсации при прокаливании, что приводит к усложнению процесса и усложнению удаления примесей.

2. Различия в развитии кристаллической структуры влияют на свойства материала
В процессе обжига микрокристаллы углерода в коксе на нефтяной основе постепенно увеличиваются в диаметре (La), высоте (Lc) и количестве слоев внутри кристаллов (N). Содержание идеальных микрокристаллов графита (Ig/Iall) также значительно увеличивается. Несмотря на то, что Жк испытывает “точку перегиба” из-за выхода летучих веществ и усадки сырого кокса, общая кристаллическая структура становится более однородной, с более высокой степенью графитизации. Такая структурная эволюция придает коксу на нефтяной основе превосходные свойства, такие как низкий коэффициент теплового расширения, низкое электрическое сопротивление и высокая электропроводность после прокаливания, что делает его особенно подходящим для изготовления крупногабаритных графитовых электродов сверхвысокой мощности.

Аналогичным образом, микрокристаллическая структура углерода в коксе на основе угля изменяется с увеличением La, Lc и N в процессе обжига. Однако из-за влияния примесей и реакций конденсации в сырье появляется больше кристаллических дефектов, и увеличение содержания микрокристаллов идеального графита ограничено. Кроме того, явление “точки перегиба” для жидкокристаллического кокса более выражено в коксе на основе угля, и вновь добавленные слои проявляют случайные “дефекты укладки” по сравнению с исходными слоями, что приводит к значительным колебаниям расстояния между слоями (d002). Эти структурные характеристики приводят к тому, что кокс на основе угля после прокаливания обладает более низким коэффициентом теплового расширения и удельным электрическим сопротивлением, чем кокс на основе нефти, но меньшей прочностью и стойкостью к истиранию, что делает его более подходящим для производства мощных электродов и электродов среднего размера со сверхвысокой мощностью.

3. Различия в изменениях физических свойств определяют области применения
В процессе обжига кокс на нефтяной основе подвергается тщательному удалению летучих веществ и равномерной объемной усадке, что приводит к значительному увеличению истинной плотности (до 2,00-2,12 г/см3) и существенному повышению механической прочности. Одновременно значительно повышаются электропроводность, стойкость к окислению и химическая стабильность обожженного материала, что соответствует строгим эксплуатационным требованиям, предъявляемым к высококачественным изделиям из графита.

В отличие от этого, кокс на основе угля испытывает локальную концентрацию напряжений при выделении летучих веществ из-за более высокого содержания примесей, что приводит к неравномерной усадке объема и относительно меньшему увеличению истинной плотности. Кроме того, более низкая прочность и стойкость к истиранию кокса на основе угля после обжига, а также его склонность к расширению при высокотемпературной графитации требуют строгого контроля скорости повышения температуры. Эти характеристики ограничивают применение угольного кокса на высококлассных месторождениях, хотя его низкий коэффициент теплового расширения и электрическое сопротивление по-прежнему делают его незаменимым в определенных областях.

4. Различия в управлении технологическими процессами влияют на эффективность производства
Благодаря своему относительно простому химическому составу, кокс на нефтяной основе демонстрирует четкие пути протекания реакций при прокаливании, что упрощает управление процессом. Оптимизируя такие параметры, как температура прокаливания, скорость нагрева и регулирование атмосферного давления, можно значительно повысить качество и эффективность производства прокаленных продуктов. Кроме того, высокое содержание летучих веществ в коксе на масляной основе обеспечивает автономное получение тепловой энергии во время обжига, снижая производственные затраты.

Напротив, сложный химический состав угольного кокса приводит к разнообразным реакциям в процессе обжига, что усложняет управление процессом. Для обеспечения стабильного качества продукта после обжига требуется тщательная предварительная обработка сырья, точный контроль скорости нагрева и специальная настройка атмосферы. Кроме того, кокс на основе угля требует дополнительной подачи тепловой энергии во время обжига, что увеличивает производственные затраты и энергопотребление.