专利名称：：复合碳素材料及制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种具有独特性能的复合碳素材料及制备方法，尤其是涉及一种可以替代电石生产原料之一——焦炭的复合碳素材料及制备方法，属于电石行业节能环保
技术领域：
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背景技术：
：我国的PVC树脂市场需求巨大，在2005年国内PVC生产装置的产能已达到4500Kt/a，其中以电石乙炔法生产的PVC树脂达到3200Kt/a，占树脂总量的73%。因此，电石的市场需求量很大。随着国家有关电石炉及内燃式电石炉的环保标准的提高，加上近年电力、电价、原料等诸多因素影响，在近期和远期都会出现电石生产企业的原料(尤其是焦炭)供给紧张的局面。然而，由于各种原因，用来生产电石的主要原料块煤和焦炭，入炉前将筛出占块煤和焦炭总量的20%左右的粉末，这些粉末的价值远低于原来的块煤或块焦，从而导致电石生产成本进一步上升；如果这些粉末不被合理利用，还将引起环境污染问题。研发利用电石生产过程中产生的煤粉、焦粉及其它固体废弃物(如石油焦、废橡胶粉等)生产复合碳素材料的制备工艺，生产出性能合格的复合碳素材料以替代电石生产原料之——块状焦炭或块煤，一方面，可以解决电石生产中的废弃的煤粉、焦粉等固废综合利用问题，扩大电石生产的原料来源；另一方面可以大大降低电石生产的原料成本；同时，还有利于解决电石生产引起的环境污染问题和提高电石生产的生产率。
发明内容基于上述认识，我们研发出了以末煤、焦粉、沥青和少量添加剂为原料生产复合碳素材料的技术，生产出的复合碳素材料性能见表1。表1复合碳素材料主要质量指标<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>比较电石生产对焦碳的要求(详细见GB1996-80):灰分小于15%，抗碎强度大于65%,耐磨强度不大于11%等，可见我们在实验室生产的复合碳素材料之质量已达到了电石生产要求，在理论上完全可以替代焦炭用于电石生产。至于从表征复合碳素材料表面积多少，进而能反应它与钙系化合物反应活性的碘值看，复合碳素材料为488mK/g,而i公司提供的样品焦碳只乾216mg/g,这表明甩复合碳素材魁^(t^^^具有提高电石炉生产效率的潜能。此外，生产复合碳素材料的原料完全基于本地的资源和废物利用，所以生产复合碳素材料的原料有保障。具有上述质量指标的碳素材料之所以能获得，完全基于如下
发明内容A、生产碳素材料的原料的合理选择基于如下两个原则固体废弃物利用和合理利用资源，我们选用焦粉和粉煤作为生产碳素材料的主要原料，以沥青为粘结剂，再加少量以氧化铝为主要成分的添加剂用以改善碳素材料的高温性能。B、发明了适当的原料配方焦粉含量40-80%;烟煤含量10-30%;沥青含量212%;铝制剂含量-2-5%。C、发明了合适的生产碳素材料的工艺我们开发的生产复合碳素材料的生产工艺见说明书附图。图是工艺流程图。从工艺流程图可以看出，造粒工序以前的流程与传统的型煤生产工艺并无多大差别。本工艺流程的技术关键在于增加了锻烧工序。有了这道工序，生产出的复合碳素材料的热抗压强度能保证符合电石生产对碳素材料的要求，同时，又做到灰分不超标，这在型煤科技领域是一重大技术突破。为了保证本工艺流程在工业生产中顺利实施，我们还对相应设备进行了必要的和独特的改造，如焙烧炉、成型机和混捏设备。具体实施方案完成了复合碳素材料替代焦碳的工业试验，并取得了成功，如下是具体的实施方案。1、原料选择与配料工序原料选择除了要保证生产出的型煤有较大的冷抗压强度外，还必须满足如下两点要求。为了使本发明生产的碳素材料有较高的热抗压强度，必须对生产出的型煤通过本发明之关键工艺之一锻烧工艺。因为本发明公开的型煤锻烧工艺由焙烧炉完成.而焙烧炉所需的热通过燃烧型煤在还原气氛下高温煅烧时释放出的挥发分获取，所以，确定原料配方时，必须保证型煤有足够的挥发分，以便通过燃烧这些挥发分，使焙烧炉的温度能达到煅烧型煤所需的温度U00。C，通常要求型煤的挥发分大于13%;另外，根据电石生产炉对碳素材料的质量要求，型煤经过锻烧后获得的碳素材料的固定碳要大于80%,所以，确定原料配方时，还必须考虑固定碳问题。基于上述两点考虑，我们选用的配方是烟煤为20%,焦粉为70%，沥青为8%，铝制剂为2%。2、碳素材料的生产工艺-A、混料工序采用加温混料工艺。因为本生产工艺是利用沥青作为型煤粘结剂，而沥青只有高于UO。C才具有粘结性能，才能将各种原料混合均匀，所以混料工艺不得不采用加温混料工艺，混料温度为120。C。B、成型工序混合均匀的原料送到对棍成型机进行成型，以获得型煤。型煤的形状与碳素材料的用途有关，本实例采用椭圆型；成型压力为300-450KG/CM2。C、煅烧工序将成型得到的型煤送到焙烧炉进行锻烧，以获得有较高冷、热抗压强度的碳素材料。煅烧温度为1100。C,煅烧时间为5小时。D、筛分工序将通过煅烧工序获得的碳素材料进行筛分，粒度达到电石生产炉要求的碳素材料供电石炉用，粒度达不到要求的，返回至配料工序，重新用于生产。通过上述生产工艺，以天原金石化工股份有限公司的固废--焦粉为主要原料，制备出了近三百吨复合碳素材料。该批复合碳素材料的质量指标如下表2:表2复合碳素材料主要质量指标<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>从上述指标可看出，该批次复合碳素材料的质量基本上符合电石生产对主要原料---焦炭的质量要求。从理论分析角度上看，该批次复合碳素材料可以替代焦炭，用于实际电石生产。只是样品的强度与实验室所获得的水平还有一点差距，这可能与生产设备还不够正规化有关。基于上述分析，三和碳素有限公司、天原金石化工有限责任公司和中国矿业大学(北京)经过会商决定2007年4月6日开始，至4月11日，用该批次复合碳素替代原来使用的焦炭，在天原金石化工有限责任公司的20000KVA电石炉(2号炉)上进行工业试验。整个试验分三个阶段进行1)复合碳素材料替代总碳量的20%,余下的80%碳由焦炭(用于试验的焦炭的固定碳为81%，挥发分为2.5%)和无烟煤(试验用的无烟煤的煤质固定碳79%;挥发分7%)供给。具体配料为复合碳素140KG;焦炭140KG;无烟煤420KG。2)当进行完第一阶段(24小时)，发现电石炉工作正常，且电石产量、质量和电耗都有所向好时，进行第二阶段试验用复合碳素材料替代总碳量的40%，余下的60%碳由无烟煤提供。具体配料为复合碳素-.280KG;无烟煤420KG，即全部焦炭都被复合碳素所取代。3)进行完第二阶段后(24小时)，发现电石炉工作正常，且电石产量、质量和电耗还是向好时，进行第三阶段试验用复合碳素材料替代总碳量的50%，余下的50%碳由无烟煤提供。具体配料为复合碳素350KG;无烟煤350KG。应当指出，实现阶段间转换必须有较长的过渡时期，这样才能将由一种碳量替代比例转到另一种碳量替代比例。在这一过渡时期，发现电石炉生产照样稳定运行。经过上述三个阶段试验后，发现进行第三阶段时，电石炉电石产量增加了2-3%;炉前电石产品热样发气量为297L/KG，比平时的289L/KG增加了8L发气量，表明电石质量也明显提高；生产电石的吨电耗在3270KWH以下，比平时下降了近70KWH;另外，还发现电石出炉过程中的电石水流比较好，有利于縮短出炉时间，提高电石炉的产量。试验过程中涉及环境问题的参数指标测定结果平均值见下表3。表中数值是所能收集到的测试数据的平均值。表3烟道气测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从表3可以看出，用复合碳素材料替代焦炭和无烟煤后，烟气温度下降了，烟尘减少了，因此原料碳的利用率提高了。此外，烟气中氧气浓度也有所提髙，表明碳还原氧化钙的反应进行的更彻底。烟气湿度的降低则意味着复合碳素带入的水分比焦炭和无烟煤少。总之，用复合碳素代替焦炭和无烟煤进行电石生产，从本次实验看，是完全可行的。权利要求1、复合碳素材料的原料选择以末煤、焦粉、沥青和少量添加剂为原料生产复合碳素材料，生产的复合碳素材料的质量已达到了电石生产要求，完全可以替代焦炭用于电石生产。2、复合碳素材料原料配方选用焦粉和粉煤作为主要原料，以沥青为粘结剂，再加入氧化铝为主要成分的添加剂用以改善碳素材料的髙温性能。其特征在于:焦粉占40>80%:烟煤占10-30%:沥青占2-12%;铝制剂占2-5%。3、独特的复合碳素材料生产工艺该生产工艺的主要组成工序a)配料工序按给定的配方进行配料。b)混料工序采用加温混料工艺，才能将各种原料混合均匀，所以混料工艺不得不采用加温混料工艺，混料温度为120-C。C)成型工序混合均匀的原料送到对棍成型机进行成型，以获得型煤。型煤的形状与碳素材料的用途有关，本实例采用椭圆型成型压力为300-450KG/CM2。d)煅烧工序将成型得到的型煤送到焙烧炉进行锻烧，以获得有较髙冷、热抗压强度的碳素材料。煅烧温度为UOO。C,煅烧时间为5小时。生产出质量满意的复合碳素材料的关键是研发出适当的生产工艺。基于常用的型煤生产工艺，结合复合碳素材料的质量要求，增加了型煤锻烧工序，以保证复合碳素材料有商的热抗压强度，这是型煤科技领域重大技术突破。锻烧工艺的特征是型煤锻烧工序由焙烧炉完成，而焙烧炉所需的热通过燃烧型煤在还原气氛下高温煅烧时释放出的挥发分获取，必须保证型煤有足够的挥发分，使焙烧炉的温度能达到煅烧型煤所需的温度UOO。C,通常要求型煤的挥发分大于13%。4、专用的复合碳素材料的生产设备这些专用设备特征为a)用于混合原料的混料机具有混料温度控制功能，温度控制范围为50-200C°。b)用于型煤煅烧的焙烧炉具有利用型煤固有挥发分之热能和自动调节煅烧温度的功能，煅烧温度调节范围是850-1200C°。5、性能独特的复合碳素材料该复合碳素材料可替代焦炭用于电石生产可替代无烟块煤或焦炭用于煤气发生炉造气。其主要质量指标为复合碳素材料主要质量指标<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>全文摘要本发明涉及一种具有独特性能的复合碳素材料及制备方法，尤其是涉及一种可以替代电石生产原料之一--焦炭的复合碳素材料及制备方法，属于电石行业节能环保
技术领域：
。其特征是以末煤、焦粉、沥青和少量添加剂为原料生产复合碳素材料的技术，生产的复合碳素材料的质量已达到了电石生产要求，完全可以替代焦炭用于电石生产。从碘值看，复合碳素材料为488mg/g，而由公司提供的焦炭只有216mg/g，表明用复合碳素材料替代焦炭，能够提高生产效率。选用焦粉和粉煤作为主要原料，以沥青为粘结剂，再加入氧化铝为主要成分的添加剂用以改善碳素材料的高温性能。原料配方是焦粉40-80％；烟煤10-30％；沥青2-12％；铝制剂2-5％。还发明了生产碳素材料的工艺，该工艺的技术关键是增加了锻烧工序，这是型煤科技领域重大技术突破。为了保证本工艺在工业生产中顺利实施，我们还对焙烧炉、成型机和混捏设备进行了必要的改造。文档编号C01B31/00GK101186291SQ20071014280公开日2008年5月28日申请日期2007年7月27日优先权日2007年7月27日发明者凌华章,张国辉,徐东耀,明崇伦,欧希录申请人:徐东耀