Hvilken innflytelse har mikrostrukturen til petroleumskoks (nålelignende, svampaktig og pelletlignende) på kalsineringskrympingshastigheten og den faktiske tettheten?

1. Nålekoks: Et typisk eksempel på lav krymping og høy sann tetthet

• Strukturelle egenskaper: Nålekoks har en fiberaktig eller langstrakt struktur med langstrakte elliptiske porer arrangert på en ordnet måte. Denne strukturen viser utmerket fortettingsevne under kalsinering.
• Kalsineringssvinn:
  • Nålekoks har en relativt lav krympingsrate, vanligvis fra 10 % til 20 %. Den fiberholdige strukturen oppnår krymping gjennom molekylær omorganisering og porelukking under høye temperaturer, mens den ordnede ordningen av porer reduserer plassen for uordnet krymping, og dermed senker den totale krympingsraten.
  • For eksempel, ved 1300 °C kalsinering, kan den volumetriske krympingen av nålekoks bare være halvparten av svampkoks, på grunn av dens evne til å fordele termisk spenning jevnt.
• Sann tetthet:
  • Nålekoks har en høy sann tetthet, vanligvis på 2,10–2,15 g/cm³. Dette gjenspeiler den høye graden av grafittisering og tette krystallinske struktur, nært knyttet til den ordnede ordningen av karbonlag i den fiberholdige strukturen.
  • Studier indikerer at den sanne tettheten til nålekoks er omtrent 5–10 % høyere enn for svampkoks, på grunn av færre strukturelle defekter og tettere karbonlagsstabling.

2. Svampkoks: Et typisk eksempel på høy krymping og lav sann tetthet

• Strukturelle egenskaper: Svampkoks har en porøs, svamplignende struktur med uregelmessig store og fordelte porer, tynne forkullede vegger og sprøhet.
• Kalsineringssvinn:
  • Svampkoks viser en høy krympingsrate, vanligvis fra 30 % til 50 %. Den uordnede porøse strukturen er utsatt for porekollaps under kalsinering på grunn av flyktige stoffer og termisk stresskonsentrasjon, noe som fører til betydelig krymping.
  • For eksempel, ved 1200 °C kalsinering, kan den volumetriske krympingen av svampkoks overstige 40 %, langt høyere enn for nålekoks.
• Sann tetthet:
  • Svampkoks har en relativt lav sann tetthet, vanligvis mellom 1,90 og 2,05 g/cm³. Dette tilskrives det store antallet gjenværende porer og uordnet arrangement av karbonlag i strukturen, noe som resulterer i en rekke krystallinske defekter.
  • Sammenlignet med nålekoks kan den sanne tettheten av svampkoks være 10–15 % lavere på grunn av utilstrekkelig fortetting.

3. Shot Coke: En mellomliggende tilstand med moderat krymping og ekte tetthet

• Strukturelle egenskaper: Kulekoks fremstår som sfærisk eller pelletlignende, med en hard overflate og få porer, og representerer et strukturelt mellomprodukt mellom nålekoks og svampkoks.
• Kalsineringssvinn:
  • Skotkoks har vanligvis en krympingsrate på mellom 20 % og 30 %. Den sfæriske strukturen krymper på grunn av overflatespenning under kalsinering, men den begrensede indre porøsiteten begrenser krympingsamplituden.
  • For eksempel, ved 1250 °C kalsinering, kan den volumetriske krympingen av skuddkoks være 25 %, og falle mellom krympingen for nålekoks og svampkoks.
• Sann tetthet:
  • Skotkoks har vanligvis en sann tetthet mellom 2,00 og 2,10 g/cm³. Den strukturelle fortettingen er bedre enn svampkoks, men dårligere enn nålekoks, noe som resulterer i en middels sann tetthet.
  • Forskning viser at den sanne tettheten til hagelkoks er omtrent 5 % høyere enn for svampkoks, men 3–5 % lavere enn for nålekoks.

Omfattende analyse av struktur-egenskapsforhold

• Krympemekanisme:
  • Den ordnede fiberstrukturen til nålekoks reduserer uordnede krympebaner og senker krympingshastigheten; den uordnede porøse strukturen til svampkoks fører til høy krymping på grunn av porekollaps; den sfæriske strukturen til skuddkoks oppnår moderat krymping gjennom overflatespenning.
• Sann tetthetsmekanisme:
  • Sann tetthet er direkte relatert til fortetting av krystallinsk struktur. Det ordnede karbonlagarrangementet og den lave defekttettheten til nålekoks resulterer i høy sann tetthet; den uordnede strukturen og gjenværende porene i svampkoks reduserer sann tetthet; skuddkoks viser mellomliggende egenskaper.
• Anbefalinger for prosessoptimalisering:
  • For applikasjoner som krever lav krymping og høy sann tetthet (f.eks. grafittelektroder med høy effekt), foretrekkes nålekoks;
  • For kostnadssensitive applikasjoner med lavere ytelseskrav (f.eks. drivstoff) kan svampkoks eller skuddkoks være mer egnet;
  • Justering av kalsineringstemperatur (f.eks. over 1300 °C) og oppvarmingshastighet (f.eks. under 50 °C/min) kan ytterligere optimalisere den faktiske tettheten og krympingen av nålekoks.