1、8 煤制碳素制品 9 煤化工生產(chǎn)的污染和防治,8 煤的碳素制品,8.1碳素制品的性質(zhì)、種類、用途和發(fā)展,石墨保護(hù)套,1、熱性能,（1）耐熱性,（2）熱傳導(dǎo)性,（3）熱膨脹率小,2、電性能,電阻介于金屬和半導(dǎo)體之間,各向異性,3、化學(xué)穩(wěn)定性,4、自潤滑性和耐磨性,5、減速性和反射性,8.1.1碳素制品的性質(zhì),8.1.2 碳素制品的種類和用途,種類很多，電極炭產(chǎn)量最大,1、電熱、電化學(xué)品和電機(jī)用碳素制品,（1）電加熱用電極,（2）電化學(xué)用石墨陽極,（3）電工和電子工業(yè)用碳素制品,2、冶金、化工和機(jī)械設(shè)備用材料,（1）冶金工業(yè)（石墨坩堝）,（2）化學(xué)工業(yè),（3）機(jī)械工業(yè),3、其他,（1）原子反應(yīng)堆用

2、的高純石墨材料,（2）碳質(zhì)吸附劑,（3）生物碳制品（碳纖維人工骨）,8.1.3 碳素制品的發(fā)展,1、發(fā)展簡史,2、我國碳素工業(yè)的發(fā)展,8.2 電極炭,8.2.1 原材料及其質(zhì)量要求,1、骨料,（1）瀝青焦,（2）石油焦,（3）針狀焦,（4）無煙煤,（5）天然石墨,（6）冶金焦,2、粘合劑,煤瀝青、煤焦油及合成樹脂,（1）對粘合劑的要求,焦產(chǎn)率高,潤濕性和粘著性,軟化性,含灰、硫少,來源充沛、價(jià)格便宜,（2）主要的粘合劑,煤瀝青,石油醚,苯,喹啉,煤焦油,合成樹脂,8.2.2 石墨化過程,石墨化：固體炭進(jìn)行2000以上高溫處理， 使炭的亂層結(jié)構(gòu)部分或全部轉(zhuǎn)變?yōu)槭Y(jié)構(gòu)的一種結(jié)晶化過程。,1、石墨

3、化的目的,（1）提高制品的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性,（2）提高制品的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,（3）提高制品的潤滑性和耐磨性,（4）去除雜質(zhì)，提高純度,（5）降低硬度，便于機(jī)械加工,2、石墨化的三個(gè)階段,（1）第一階段10001500,（2）第二階段15002100,（3）第三階段2100以上,3、石墨化過程的影響因素,（1）原始物料的結(jié)構(gòu),（2）溫度,2200,（3）壓力,加壓有利,（4）催化劑,熔解-再析出,形成-分解,Fe、Co、Ni,B、Ti、Cr、V,4、石墨化程度的測定,（1）測定碳質(zhì)材料石墨化后的真比重,2.266,（2）測定材料的比電阻,（3）利用x射線測定晶恪參數(shù),8.2.3 電極炭生產(chǎn)的

4、工藝過程,罐式爐,1、原料的煅燒,（1）煅燒的作用,將骨料加熱到1100的熱處理過程,增大密度、減少成品的開裂和變形,提高機(jī)械強(qiáng)度,便于破碎、磨粉和篩分,提高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性,提高抗氧化性,（2）煅燒溫度,1100,1400,（3）煅燒爐,回轉(zhuǎn)爐,電熱爐,2、粉碎、篩分和破料,（1）最大顆粒度,（2）配料,原材料種類、質(zhì)量指標(biāo)和配比,干料的粒度組成,粘合劑種類、質(zhì)量指標(biāo)和配比,3、混合和成型,（1）混合或混捏,混合機(jī),Z型雙攪刀混合機(jī),螺旋連續(xù)混合機(jī),鼓形混合機(jī),（2）成型,模壓成型,擠壓成型,其他,4、焙燒和石墨化,（1）焙燒將成型的毛坯加熱到1300時(shí)的熱處 理過程。,炭化,爐型,連續(xù)多室環(huán)

5、式焙燒爐,隧道爐,倒焰爐,最終溫度,升溫速度,（2）石墨化,電熱爐,直接加熱法,間接加熱法,半成品,焦粒,5、浸漬,（1）目的,降低孔隙臘，提高視比重和機(jī)械強(qiáng)度,提高導(dǎo)熱和導(dǎo)電性,制取不透性材料,賦予制品特殊性能,（2）浸漬劑,合成樹脂,生產(chǎn)不透性石墨,金屬,鉛錫合金和巴氏臺(tái)金)等,煤瀝青,電極的浸漬,溶有石蠟的煤油和硬脂酸鉛的機(jī)油溶液,提高制品的抗磨性能,（3）注意的問題,預(yù)熱至規(guī)定溫度,抽真空,施外壓,迅速冷卻,（1）主要技術(shù)指標(biāo),8.2.4 碳電極和不透性石量材料,1、碳電極,（2）超高功率石墨電極,比電阻低,機(jī)械強(qiáng)度高,允許的電流密度高,主要骨料是針狀焦，瀝青作粘合劑，石墨化溫度控制在

6、2500以上,2、不透性石墨,浸漬型，模壓型，澆注型,（1）常用的合成樹脂,酚醛樹脂、糠酮樹脂和糠醇樹脂等,耐腐蝕性,耐強(qiáng)酸和更高的溫度,（2）應(yīng)用,換熱器,降膜吸收塔,鹽酸合成塔,文丘利管,生產(chǎn)三氯乙醛的氯化反應(yīng)塔,蒸發(fā)器,（3）發(fā)展,不透性石墨設(shè)備,聚四氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等,8.3 活性炭,無定形碳和數(shù)量不等的灰分構(gòu)成在多孔性炭制品。,優(yōu)質(zhì)吸附劑,8.3.1 活性炭的孔結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì),1、孔結(jié)構(gòu),（1）孔的大小和形狀,微孔,過渡孔,大孔,0.120,201000,1000,孔隙,近圓形,裂口狀,溝槽狀,狹縫狀,瓶頸狀,多層吸附,吸附通道,毛細(xì)管凝結(jié),吸附,2、表面性質(zhì),（3）孔徑分布

7、,測定方法,壓汞法及毛細(xì)管凝結(jié)法,（2）比表面積,m2/kg,測定方法,BET法,8.3.2 活性炭的制造方法,1、原料選擇,（1）煤,煤化程度高,氣相吸附、凈化水、催化劑載體,煤化程度低,液相吸附、氣體脫硫確 大孔徑催化劑的載體,原料煤灰分10%,（2）木材和果殼,（3）其他,石油焦、泥炭、合成樹脂、廢塑料等,2、炭化,（1）成型,粘合劑,煤焦油、紙漿黑液、羥甲基纖維素、聚乙烯等,擠條成型,造球成型,螺旋擠壓機(jī) 柱塞擠壓機(jī),圓盤造球機(jī),（2）炭化條件,炭化：煤的有機(jī)質(zhì)發(fā)生熱分解和析出揮發(fā)分的過程。,（3）炭化爐類型,回轉(zhuǎn)式炭化爐,立式炭化爐,多層耙式炭化爐,其他,3、活化,氣體活化法,化學(xué)藥

8、劑活化法,（1）氣體活化的作用,開孔作用,擴(kuò)孔作用,形成新孔,（2）氣體活化的分類,水蒸汽活化法,C+H2OCO+H2-130kJ,二氧化碳活化法,C+CO2CO-170kJ,混合氣體活化法,活化劑,水蒸汽,活化劑流速,活化溫度,活化時(shí)間和燒失率,其他,（4）活化爐,斯普列活化爐,（3）影響氣體活化的因素,回轉(zhuǎn)活化爐,多管活化爐,其他,（5）化學(xué)藥刦活化法,氧化鋅、磷酸和硫酸鉀等,木屑,4、煤制活性炭的主要品種和規(guī)格,8.3.3 活性炭的應(yīng)用和再生,1、活性炭的應(yīng)用,（1）活性炭的吸附特點(diǎn),疏水性的非極性吸附劑,比表面積大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),不同活化方法得到的活性炭的表面性質(zhì)不同,催化作用,性質(zhì)穩(wěn)

9、定、容易再生,（2）活性炭的應(yīng)用,凈化水,催化劑載體,氣體脫硫,空氣凈化,氣相吸附,其他,2、活性炭的再生,吸附飽和后失去活性的活性炭用物理、化學(xué)或生物化學(xué)方法等將所吸附的物質(zhì)脫除而使其活性恢復(fù)的過程。,（1）再生方法,（2）高溫再生設(shè)備和再生條件,斯普列爐,回轉(zhuǎn)爐,多層耙式爐,基本參照活化條件,8.3.4 活性炭的發(fā)展前景,8.4 碳分子篩,具有特別發(fā)達(dá)的微 孔結(jié)構(gòu)的特種活性炭。,8.4.1 碳分子篩的分離原理和特點(diǎn),1、碳分子篩分離原理,（1）擴(kuò)散速度不同,（2）分子大小和極性的不同,2、碳分子篩的特點(diǎn),（1）與活性炭的區(qū)別,孔徑分布和孔隙率,（2）與沸石分子篩 的區(qū)別,8.4.2 碳分子

10、篩的制備,8.4.2.1 碳分子篩的主要制備工序,原料煤粉碎、加粘結(jié)劑捏合、成型和炭化等,（1）預(yù)氧化,（2）捏合成型,（3）炭化,（4）活化（擴(kuò)孔）,（5）碳沉積（堵孔）,8.4.3 變壓吸附,變壓吸附（Pressure Swing Adsoroption，PSA），是一種吸附分離新工藝。利用固體吸附劑通過壓力變化對不同氣體成分進(jìn)行吸附分離。,變壓吸附制氫裝置,1、變壓吸附原理,2、變壓吸附的工藝流程,吸附、解吸（降壓）、凈化沖洗、升壓,（1）吸附壓力,壓力,吸附量,清洗用氣量,回收率,（2）吸附時(shí)間,時(shí)間,吸附劑量,吸附塔體積,設(shè)備造價(jià),回收率,（3）操作條件舉例,（4）四塔變壓-吸附裝置

11、的操作順序,8.5 碳素纖維,含碳量大于90的具有很高強(qiáng)度和模量的纖維,8.5.1 碳素纖維的種類和性能,1、碳素纖維的種類,生產(chǎn)原料,（1）聚丙烯腈碳纖維,（2）瀝青基碳纖維,（3）其他,2、碳素纖維的性能,亂層石墨結(jié)構(gòu),（1）力學(xué)性能,（2）形成層間化合物,（3）化學(xué)穩(wěn)定性,（4）熱性質(zhì),8.5.2 瀝青基碳素纖維的制造,1、工藝流程,高性能,低性能,中間相瀝青纖維,各向同性瀝青纖維,2、主要生產(chǎn)工序,（1）瀝青預(yù)處理,熱處理,除雜后熱縮聚,加氫處理,（2）熔融紡絲,（3）不熔化處理,（4）炭化,（5）石墨化,（6）后處理,3、碳素產(chǎn)品的性能,8.5.3 碳素纖維的應(yīng)用,1、碳素纖維增強(qiáng)復(fù)

12、合材料的種類,2、影響因素,碳纖維含量,碳纖維本身力學(xué)性能,碳纖維排列,碳纖維與基體相容性,3、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的用途,（1）航空和宇航,（2）汽車,（3）其他,9 煤化工生產(chǎn)的污染和防治,9.1 環(huán)境保護(hù)概述,環(huán)境的概念：中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法對環(huán)境的內(nèi)涵有如下規(guī)定：“本法所稱環(huán)境，是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然遺跡、人文遺跡、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等”。,9.1.1 環(huán)境污染極其嚴(yán)重性,自然環(huán)境：直接或間接影響到人類的一切自然形成的物質(zhì)、能量和自然現(xiàn)象的總體。,人工環(huán)境：由于人類的

13、活動(dòng)而形成的環(huán)境要素，它包括人工形成的物質(zhì)、能量和精神產(chǎn)品以及人類活動(dòng)中所形成的人與人之間的關(guān)系或稱上層建筑。,環(huán)境,1、環(huán)境污染 概念：指有害物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)量超 過其自凈能力，因而打破生態(tài)平衡， 使自然環(huán)境發(fā)生惡化。 （1）大氣污染 氣體狀污染物 氣溶膠狀污染物 （2）水體污染 （3）土壤污染,2、環(huán)境污染的嚴(yán)重性 環(huán)境污染已成為世界范圍的公害，早已超出一國一地的范圍。 2003年我國SO2排放量世界第一位；CO2排放量僅次于美國居世界第二位。 大氣污染排放物中，85CO2來自煤，60NOx來自煤，70煙塵來自煤。各種污染造成的損失合計(jì)占全年國民生產(chǎn)總值的5以上?？梢妴栴}是很嚴(yán)重的，應(yīng)

14、該與只顧眼前和局部的利益，貪圖方便而污染環(huán)境的行為作斗爭。,1、環(huán)境保護(hù)的基本方針 （1）中國環(huán)境保護(hù)工作方針：全面規(guī)劃、合理布 局、綜合利用、化害為利、依靠群眾、大家 動(dòng)手、保護(hù)環(huán)境、造福人類 （2）基本原則：經(jīng)濟(jì)、城鄉(xiāng)、環(huán)境建設(shè)同步，經(jīng) 濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益統(tǒng)一；兼顧國家、集體、 個(gè)人利益；預(yù)防為主、防治結(jié)合，全面規(guī)劃、 合理布局，綜合利用，獎(jiǎng)懲結(jié)合。,9.1.2 中國的環(huán)保政策,2、有關(guān)環(huán)保法規(guī) 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法 建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理辦法 關(guān)于防治水污染技術(shù)政策的規(guī)定 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),9.2 煤化工生產(chǎn)中的主要污染物,9.2.1 焦

15、化工業(yè)的主要污染物,1、大氣污染物 （1）裝煤 產(chǎn)生大量煤氣和煙氣 （2）推焦 形成滾滾濃煙，焦越生污染越嚴(yán)重 （3）熄焦 濕法熄焦產(chǎn)生大量水蒸氣帶出污染物 注意：苯并芘強(qiáng)致癌物質(zhì)！ 2、焦化廢水 3、焦化液渣 焦油渣、酸焦渣、洗油再生渣,9.2.2 氣化的主要污染物,1、煤氣發(fā)生站廢水 廢水?dāng)?shù)量和組成隨原料煤、操作條件和廢水系統(tǒng)的不同而變化。在用煙煤和褐煤作原料時(shí)，含大量酚、焦油和氨等。 2、三種氣化工藝的廢水 與固定床相比，流化床和氣流床工藝的廢水水質(zhì)較好。,9.2.3 煤液化的主要污染物,1、間接液化的污染物 煤氣化：污染物與前一節(jié)相同 氣體合成：含醇、酸、酮、醛、酯廢水 2、直接液化的

16、污染物 液化殘?jiān)糜跉饣D(zhuǎn)為灰渣 主要環(huán)境問題： （1）氣體和液體泄漏 （2）放空氣體含一定量污染物,9.2.3 燃燒的主要污染物,1、煙塵 倫敦?zé)熿F事件 2003年我國煙塵排放總量1049萬噸，70%來自煤 2、二氧化硫和氮氧化物 二氧化硫是造成酸雨(pH低于5.6的降水)的主要原因。氮氧化物則是形成光化學(xué)煙霧(洛杉磯煙霧)的主要大氣污染物。 3、二氧化碳 溫室效應(yīng) 4、灰渣 占用農(nóng)田，污染水源和大氣環(huán)境,9.3 減少煤加工利用對環(huán)境污染的政策,9.3.1 用先進(jìn)和科學(xué)的技術(shù)政策指導(dǎo)煤炭 加工利用,（1）大力發(fā)展煤炭洗選加工 （2）淘汰小土焦 （3）大力發(fā)展城市煤氣 （4）大力推廣型煤,9.

17、3.2 改革工藝和設(shè)備,1、改革工藝和設(shè)備減少污染的方法 （1）焦?fàn)t大型化 （2）裝煤出焦采用消煙除塵裝置 （3）干法熄焦代替濕法熄焦 （4）粗苯精制用加氫法代替硫酸法 （5）增加廢水的三級處理 2、改革氣化的工藝和設(shè)備減少污染的方法 （1）采用高溫氣化工藝如流化床 （2）改進(jìn)煤氣凈化技術(shù)如高溫除塵、脫硫,3、改革燃燒工藝和設(shè)備減少污染的方法 （1）發(fā)展沸騰燃燒技術(shù) （2）發(fā)展坑口發(fā)電 （3）發(fā)展型煤加工 （4）發(fā)展煙氣除塵、除硫技術(shù),9.3.2 綜合利用、化害為利、變廢為寶,1、通過綜合利用變廢為寶 （1）對含酚廢水采用溶劑脫酚 （2）利用含氰廢水生產(chǎn)亞鐵氰化鈉 （3）從煤氣和氨水中回收吡啶

18、 （4）從精苯酸焦油中生產(chǎn)噻吩 2、充分利用廢熱余熱，提高能源利用率,9.4 煤化工污水的處理,9.4.1 工業(yè)污水處理概論,1、水質(zhì)污染常規(guī)分析項(xiàng)目 （1）化學(xué)需氧量(COD) mg/L 對水中污染物進(jìn)行化學(xué)氧化所需耗氧量 （2）生化需氧量(BOD) mg/L 表示能發(fā)生生物降解的有機(jī)污染物指標(biāo) （3）總需氧量(TOD) 水中污染物催化燃燒時(shí)所耗氧量 （4）色度、pH、酚類、氰化物、油分、懸浮物質(zhì),2、工業(yè)污水處理的基本方法 可分為三類：物理法，化學(xué)法，生物法。,3、工業(yè)污水的多級處理 （1）一級處理 即初級處理，實(shí)質(zhì)上是二級處理（生物處 理）的預(yù)處理。主要是除去廢水中的固體懸浮物和油 類等

19、污染物，并調(diào)節(jié)其酸堿度。 （2）二級處理 這是目前化工污水處理中的主體部分，一 般都用生物處理法。含高濃度的酚類、氰化物和氨等 的污水不宜直接用生物處理法，需要進(jìn)行預(yù)處理。 （3）三級處理 屬污水的深度處理，主要是用來處理那些 微生物難以降解的污染物，從而使水質(zhì)達(dá)到回用或排 放的要求。一般多用活性炭吸附法，污水量不大時(shí)可 用臭氧氧化等。,9.4.2 焦化含酚污水的一級處理 包括溶劑萃取脫酚、蒸氨、除油,1、溶劑萃取脫酚 （1）萃取劑：烴類(燃料油、粗柴油),芳香烴類(重苯溶 劑油、二苯溶劑油、粗苯溶劑油、異丙醚) 要求分配系數(shù)高、易與水分層、毒性低、損失 少、易反萃取、安全可靠 （2）萃取設(shè)備

20、 脈沖篩板塔、箱式萃取器、轉(zhuǎn)盤萃取塔、離心 萃取機(jī) （3）脈沖萃取脫酚 往復(fù)葉片式脈沖篩板塔 裝置流程（P.357） 溶劑脫酚操作制度,2、蒸氨塔底污水中的固定銨 （1）固定銨及其危害 如(NH4)2SO4、NH4Cl （2）降低固定銨濃度的方法 加堿使氨析出 3、生化脫酚前污水的預(yù)處理方法 （1）隔油 通過隔油池除去浮油以減輕生化處理負(fù)荷 （2）混凝 除去固體懸浮物、多種有機(jī)無機(jī)雜質(zhì) （3）預(yù)曝氣和加壓浮選 吹脫水中易揮發(fā)物,9.4.3 焦化含酚污水的生化處理,1、好氧生物處理的原理 苯酚的分解途徑：,2、微生物生長繁殖需要的條件 （1）有機(jī)物濃度不能太高 （2）有毒物質(zhì)濃度控制在允許范圍內(nèi)

21、 苯酚300 氰化氫20 二甲苯7 鉻2 砷0.2 mg/L （3）保證足夠的營養(yǎng)物質(zhì) （4）溫度保持在20-35，冬天不低于10 （5）pH應(yīng)在6-9之間，最好在7-8 （6）保證氧氣的供應(yīng) （7）保證水質(zhì)均勻，避免變化幅度過大,3、活性污泥法 （1）活性污泥 （2）基本流程 （3）曝氣 （4）曝氣池運(yùn)行情況舉例 （5）污泥處理,9.4.4 含酚污水的深度處理,9.5 煤化工廠的煙塵治理,1、裝煤煙塵的凈化 （1）無煙裝煤法 （2）裝煤車上附設(shè)消煙除塵裝置 2、出焦煙塵的凈化 3、防止熄焦過程污染的措施 嚴(yán)格禁止采用含酚污水熄焦。 熄焦塔頂安裝鐵絲網(wǎng)、擋板或捕塵器，減少 焦粉排放到大氣中。

22、將普通熄焦車改為走行熄焦車。 干法熄焦。,9.5.1 焦?fàn)t裝煤和出焦的消煙除塵,9.5.2 煙塵處理技術(shù),1、評價(jià)除塵裝置性能的主要指標(biāo) （1）處理量qv 單位時(shí)間內(nèi)所能處理的煙塵量，用/s表 示。 它是由除塵裝置的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的。 （2）除塵效率 =(qm1qm2)/qm1100 式中 qm1裝置進(jìn)口處煙塵流入量，g/s; qm2裝置進(jìn)口處煙塵流出量，g/s。 一般，進(jìn)出口氣體流量相等，故上式也可表示為 =(C1 C2)/C1100% 式中 C1進(jìn)口煙氣的含塵濃度，g/； C2出口煙氣的含塵濃度，g/。 另外，還有分級效率，即對一定范圍粒徑的煙塵的脫 除效率。,（3）除塵裝置的阻力 阻力p用

23、下式表示 p=(2 /2) 式中阻力系數(shù)，有實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式確定； 煙氣的密度，kg/m3； 煙氣進(jìn)口速度，m/s； p阻力，Pa。,2、主要除塵裝置及其比較 重力除塵裝置：適用于煙氣流量大，煙塵濃度高和顆 粒大的場合多作為一級除塵裝置 離心力除塵裝置：效率高于重力除塵裝置，但阻力大 洗滌除塵裝置：可以把除塵、降溫結(jié)合在一起，除塵 效率高。但阻力較大和需要處理污水 過濾除塵裝置：可除去小顆粒煙塵，效率高，但阻力 大，適用于對除塵要求很高的場合或 回收有用的固體粉末 電除塵裝置：除塵效率高，可除去小顆粒，阻力小，適 用于大流量延期的深度除塵，應(yīng)用較廣,9.5.3 煙氣中SO2和NOx的凈化,1、煙

24、氣脫硫 降低或除去煙氣中的SO2，共有三種方法：爐前脫硫，即煤脫硫；爐內(nèi)脫硫，即燃燒時(shí)同時(shí)向爐內(nèi)噴入石灰石或白云石；爐后脫硫，即煙氣脫硫。 （1）氨法 氨水為脫硫劑，最終產(chǎn)物SO2和(NH4)2SO4 （2）石灰乳法 有待改進(jìn) （3）氧化鎂法 準(zhǔn)備工序、吸收、回收 （4）活性炭法 成本較高 （5）其他 亞硫酸鈉法、次氯酸鈉法、氧化錳法,2、煙氣脫NOX （1）選擇性催化還原法 以NH3為還原劑，貴金屬為催化劑 6NO+4NH35N2+6H2O 6NO2+8NH37N2+12H2O （2）非選擇性催化還原法 以CH4、CO、H2為還原劑 CH4+4NO24NO+CO2+2H2O CH4+2O2CO2+