چكيده فارسي :
توليد كك سوزني به دليل كنترل دقيق پارامتر¬هايي از جمله تركيب شميايي، دما، زمان و فشار فرآيند تجزيه حرارتي براي هر ماده هيدروكربني در انحصار معدود كشور¬هاي پيشرفته دنياست. همچنين مواد هيدروكربني با خصوصيت ويژه¬اي پتانسيل تبديل شدن به كك سوزني را دارند. هدف از انجام اين پؤوهش بررسي چهار قير زغال¬سنگي و يك روغن سنگين زغال¬سنگي با خصوصيت متفاوت و ماده نفتالين به عنوان ماده افزودني، از نظر متغيير¬هاي فرآيندي سنتز مزوفاز از جمله دما، زمان و فشار و امكان¬سنجي توليد كك سوزني مي-باشد. لذا چهار قير زغال¬سنگي با نقطه نرمي پايين، متوسط و بالا، ذرات غير قابل حل كينولاين 4، 5، 6 و 7 درصد و ميزان خاكستر 2/0، 3/0 و 5/0 درصد و يك روغن سنگين زغال¬سنگي با ذرات غير قابل حل در كينولاين حداقل درصد و خاكستر 02/0 درصد تهيه شد. فرآيند تجزيه حرارتي در يك راكتور لوله¬اي با ظرفيت موثر 100 ميلي ليتر از جنس فولاد ضد زنگ آستنيتي گريد 304 كم كربن با قابليت تحمل دماي 600 درجه سانتي گراد در فشار 10 اتمسفر طراحي و ساخته شد. به دليل اهميت بالاي عناصر كربن و گوگرد در تهيه كك سوزني، كربن و گوگرد نمونه¬ها با دستگاه لكو اندازه¬گيري شد. همچنين جهت تعيين بخش¬ها و اجزاء نمونه¬ها و تعيين كيفي ميزان آروماتيسيته، آزمون طيف¬سنجي مادون قرمز تبدبل فوريه انجام گرفت. كك¬هاي سبز توليد شده از نمونه¬ها بعد از فرآيند تجزيه حرارتي در دماي 1050 درجه سانتي گراد به مدت 60 دقيقه تحت فرآيند تكليس قرار گرفت. ريز¬ساختار و مورفولوژي كك¬هاي سبز توليد شده بعد از فرآيند¬هاي تجزيه حرارتي و تكليس با ميكروسكوپ نوري پولاريزه مورد بررسي قرار گرفت. همچنين خصوصيات كريستالي از جمله فاصله صفحه و طول و عرض كريستال با آزمون پراش اشعه ايكس بدست آمد. نتايج نشان داد كه قير زغال¬سنگي با نقطه نرمي پايين تر، ذرات غير قابل حل در كينولاين كمتر و ميزان خاكستر كمتر، از نظر كيفي داراي آروماتيسيته بالا¬تري است و نسبت اتمي كربن به گوگرد نسبتا بالايي دارد، كه كك سبز تهيه شده از آن خصوصيات كريستالي و ساختاري ميكروسكوپي نزديك¬تري به كك¬هاي سوزني تجاري دارد. روغن سنگين زغال¬سنگي با توجه به بالا بودن ميزان كيفي آروماتيسيته ، حداقل بودن اجزاء غير قابل حل در كينولاين، گزينه مناسبي به نظر مي¬رسيد ولي به دليل راندمان كك شوندگي پايين نتايج مناسبي را ارايه نداد. افزودني نفتالين نتايج مطلوبي را ارايه داد و جهت اصلاح ساختار قير زغال¬سنگي موثر است. جهت توليد كك سوزني مطلوب از قير زغال¬سنگي با نقطه نرمي پايين دماي 550 درجه سانتي گراد، فشار 10 اتمسفر و زمان 90 دقيقه توصيه مي¬شود.
چكيده انگليسي :
The production of needle coke due to precise control of parameters such as chemical composition, temperature, time, and pressure of thermal decomposition process for Special hydrocarbon materials is monopolized by the few advanced countries in the world. Also, hydrocarbon materials with unique characteristics have the potential to synthesize needle coke. This study aimed to investigate coal tar pitches and heavy oil coal in terms of process variables of mesophase synthesis such as temperature, time and pressure, and feasibility of needle coke production. Hereupon, four coal tar pitches (with a low, medium, and high softening point, quinoline insoluble 4, 5, 6, and 7%, ash content of 0.2%, 0.3%, and 0.5%), heavy oil coal (with zero percent quinoline insoluble and 0.02 percent ash), and naphthalene as an additive were prepared. The thermal decomposition process was designed and constructed in a tube reactor with an effective capacity of 100 ml, made of 304 low carbon austenitic stainless steel, with the ability to withstand temperatures of 600 °C at 10 atmospheres pressure. Due to the high importance of carbon and sulfur elements in preparing needle coke, carbon, and sulfur, samples were measured by the Leco device. Fourier transform infrared spectroscopy was also performed to determine the samplesʹ parts and components and determine the aromaticity quality. Green cokes produced from samples were treated with a calcination process after the thermal decomposition process at 1050 °C for 60 minutes. Then, the microstructure and morphology of green cokes produced after thermal decomposition and calcination processes were studied using polarized optical microscopy. Also, the X-ray diffraction test obtained crystalline properties such as interplanar spacing, length and crystal width. The results showed that coal tar pitch with a lower softening point, quinoline insoluble in less and lower ash content, qualitatively has higher aromaticity and the relatively high atomic ratio of carbon to sulfur, from which the prepared green coke has crystalline and microscopic structural properties closer to commercial needle cokes. Heavy oil coal seemed to be a good option due to the high quality of aromaticity and minimum quinoline insoluble, but due to its low coking value, it did not provide suitable results. Naphthalene additive provided favorable results and effectively modified the structure of coal tar pitch. Therefore, it is recommended to produce desirable needle coke from coal pitch with a low softening point at 550 °C, a pressure of 10 atmospheres, and a time of 90 minutes.