کک

ریزساختارهای کک؛ ویژگی‌ها و مزایا

اگر تشکیل مزوفاز بسیار سریع باشد، لزجت افزایش می‌یابد و تجمیع آن‌ها عقب می‌افتد که منجر به تشکیل حوزه‌های کوچک بصری و تشکیل خانواده از ریزساختارها به اسم موزاییک می‌شود که شامل ریز، متوسط و درشت است.

اگر تشکیل مزوفاز بسیار سریع باشد، لزجت افزایش می­‌یابد و تجمیع آن‌ها عقب می­‌افتد که منجر به تشکیل حوزه‌­های کوچک بصری و تشکیل خانواده از ریزساختارها به اسم موزاییک می‌­شود که شامل ریز، متوسط و درشت است. این ریزساختار به صورت همسانگرد در ابعاد میکرومتر یا میلی­‌متر است و متشکل از مجموعه­‌ای از گوی­‌ها با اندازه­‌های مختلف است. در شکل زیر درون گوی­‌ها با اندازه‌­های کوچکتری نواحی ناهمسانگرد مشاهده می‌­شود.

ریزساختار کک

اگر سینتیک تشکیل مزوفاز فرصت تشکیل گوی‌­ها و تجمیع آن‌ها را فراهم کند، ریزساختارهایی شبیه به حوزه‌­های جریان تولید می­‌شوند. الگوهای جریان شامل درشت، دانه دانه و ورقه‌­های نازک است. این ریزساختارها مجموعه‌­ای از حوزه‌­های کشیده شده هستند که در گریدهای با کیفیت بالای کک اسفنجی و کک سوزنی مشاهده شده‌­اند. این کک­‌ها به عنوان کک­‌های ناهمسانگرد شناخته می­‌شوند.

شکل 1. ریزساختار یک کک همسانگرد که ساختاری با ریزساختار موزاییک ریز دارد.

شکل 2. ریزساختار یک کک ناهمسانگرد و دارای حوزه جریان

از گذشته، یکی از مطمئن‌­ترین روش‌­ها برای ارزیابی ریز ساختار کک­‌ها، اندیس بصری بافت (OTI) بوده است. فرآیند بررسی کک‌­ها شامل قرار دادن آن‌ها در یک رزین اپوکسی و پولیش کردن سطح صاف آن‌ها با پودر آلومینا است. سطح پولیش شده کک، سپس زیر میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی پایین مشاهده می­‌شود. با مشاهده بزرگنمایی کک و بررسی شکل­‌ها و ساختارهای تشکیل شده می­‌توان با شمارش نقاط، اندازه اندیس و نسبت وضعیت ناهمسانگردی به همسانگردی ماده در ابعاد میلی­‌متری را مشخص کرد.

در جدول زیر اندیس­‌های مرجع برای بررسی ریزساختارها آورده شده است (ریزساختارهای مختلف تشکیل شده در کک‌­های گوناگون).

 

هرچه این اندیس بالاتر باشد، ساختار منظم‌­تر یا ناهمسانگرد است. هرچه قدر میزان ناهمسانگردی در زمینه کربنی بالاتر باشد، تأثیرات عمده­‌ای در عملکرد پرکننده‌­های کربنی در الکترود گرافیتی ازجمله CTE خواهد داشت.

ریزساختار کک سوزنی

شکل زیر مونتاژی از ریزساختارهای کک سوزنی را نشان می‌­دهد. کک سوزنی ریزساختاری متشکل از حوزه‌­های جریان نازک و بلند دارد. این مورفولوژی به طور کلی ناشی از تولید گازهای هیدروکربنی در حین فرآیند شکست و آزادسازی آن در جهت عمودی است.

شکل3 ریزساختارهای گوناگون تشکیل شده از کک سوزنی

برحسب ترکیب شیمیایی خوراک، مورفولوژی ریزساختار کک سوزنی می‌­تواند دارای طول­‌ها يا عرض­ه‌ای متفاوت باشد. مورفولوژی حوزه‌­های جریان با بررسی مسیر فرار گازها مشاهده می‌­شود و ممکن است به طور مستقیم یا منحنی باشد. خوراک­‌هایی که کک­‌های سوزنی با کیفیت پایین تولید می‌کنند مانند قیر اتیلن، اغلب بازده کک سازی پایینی دارند و ریزساختار آن‌ها ترکیبی از مدل‌­های مختلف ریزساختاری از موزاییک‌­های متوسط تا درشت است. کک­‌های سبز با بازده کک‌سازی پایین نیز معمولا با تولید مورفولوژی‌های با تخلخل بالا شناخته می­‌شود که در شکل 3 قسمت  dنشان داده شده است.

روش‌­های تحلیل ریز ساختار کک

بین کک سوزنی و کک با ساختار ایزوتروپ، کک­‌های زیادی را می‌­توان قرار داد. در واقع این دو کک دو سر طیف کک­‌ها هستند. بنابراین کک­‌ها می­‌توانند بر اساس ریزساختارشان، کاربردهای مختلفی داشته باشند. با اینکه ساختار کک تنها عامل تعیین کننده کاربرد کک نیست، اما به عنوان اولین معیار برای انتخاب کک برای کاربرد خاص محسوب می‌­شود.

ساختار کک نفتی بر اساس میزان ناهمسانگردی توصیف می‌­شود به گونه­‌ای که کک سوزنی بیشترین میزان ناهمسانگردی را دارد. به طور کلی دو روش برای تعیین میزان ناهمسانگردی کک استفاده می­‌شود:

  • تعیین ناهمسانگردی با استفاده از میکروسکوپ با نور پلاریزه شده
  • استفاده از XRDبرای ارتباط دادن ارتفاع کریستالی با ناهمسانگردی استخراجی از میکروسکوپ نوری

از آنجایی که میکروسکوپ نوری با نور کار می‌كند،حد تفکیک آن محدودیت دارد ولی استفاده همزمان از این دو روش معمول است.

علاوه بر ریزساختار، ابزار دیگر نظیر سختی، چگالی، درصد گوگرد و نیز CTE به عنوان روش‌هایی برای مشخصه‌یابی کک مورد استفاده قرار می­‌گیرد.

بررسی­‌ها نشان می­‌دهد که بین CTE و ناهمسانگردی سیستم ارتباط وجود دارد. افزایش میزان ناهمسانگردی ریزساختار به کمینه شدن مقدار CTE ختم شده که معرف کک سوزنی است. کم بودن میزان ناهمسانگردی در سیستم باعث افزایش مقدار  CTEشده که بسته به میزان این ضریب، معرف کک اسفنجی و کک گلوله‌­ای است. همچنین وجود گوگرد به دلیل ایجاد پف کردن در سیستم، باعث از بین رفتن خواص سیستم می­‌شود.

منبع: برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترودگرافیتی

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *