一种膨胀石墨的低成本生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料化学领域，更具体的为一种膨胀石墨的低成本生产方法。
【背景技术】
[0002]石墨是一种层状结构物质，每一片层内的碳原子以共价健相结合，层与层之间以范德华力相结合，层间距为0.3354nm。石墨碳层之间的结合力弱，间距较大，导致某些化学物质(如酸、碱、氯化物或卤素)可以插入层间空隙，并与碳原子层形成石墨层间化合物，这种插有层间化合物的石墨即为石墨层间化合物，也叫可膨胀石墨。插入层间化合物的石墨受热，则石墨层间化合物瞬间分解，插入的化合物即刻溢出，产生一种沿石墨层间C轴方向的推力，这种推力大于石墨层间的范德华力。在这种推力的作用下石墨层间被推开，从而使石墨沿C周方向高倍率的膨胀，形成低密度的蠕虫状膨胀石墨。典型膨胀倍率可以是ΙΟ-? 000 倍。
[0003]膨胀石墨具有多种重要工业用途。例如，以膨胀石墨为原料，单独的或者添加粘接剂压缩成型，就可以得到柔软性很好的石墨板、石墨片、石墨带，可以用作垫片、衬板等密封材料。这种密封材料在广阔的使用温度范围内具有极好的密封性能，能耐各种酸碱性物质的腐蚀，使用寿命长，维护费用低，被誉为“密封之王”。膨胀石墨有疏水性和亲油性，可以在水中选择性地除去非水性的溶液，例如从河流中除去泄漏的原油。膨胀石墨对工业废气及汽车尾气所产生的大气污染主要成分，氮氧化合物或二氧化硫也有一定的脱除效果。膨胀石墨具有良好的导电导热性能，把膨胀石墨粉碎成微粉，对红外波有很强的散射吸收特性，是很好的红外屏蔽材料。
[0004]为了获得膨胀石墨，通常要经历一个高温瞬间受热膨胀的过程，膨胀过程的温度梯度越大越好，以便获得高膨胀倍率的膨胀石墨。中国专利申请号94113935.2(—种膨胀石墨的生产方法及其专用装置)，公开了一种生产膨胀石墨的加热方法，以0.5-lOkc中频电流的中频感应线圈加温，使合金钢制成的感应炉内温度保持在1000°C-12000°C之间，通过调节中频电压值，来调节或保持石墨膨胀炉内的恒定温度。使用此方法，可膨胀石墨可在3-5秒内膨胀得到膨胀石墨。但是感应加热是个高能耗的过程，整个生产过程的成本较高。中国专利申请号200810174475.7(膨胀石墨及其制备方法)，公开了一种生产膨胀石墨的方法，使用等离子体处理石墨层间化合物，这可以在很短的热等离子区域停滞时间内获得所需的膨胀石墨。虽然此方法对比感应加热具有改进的效果，但是依然是高能耗的加工过程。传统上还可以使用例如微波膨胀、燃油或燃气等技术加热膨胀石墨层间化合物得到膨胀石墨，但是类似的膨胀过程在高温下进行，都需要消耗大量的能量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种低成本膨胀石墨的生产方法，通过降低膨胀石墨生产过程的高温膨胀过程的能耗从而降低膨胀石墨的生产成本。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种膨胀石墨的低成本生产方法，是以石墨层间化合物为原料经受热膨胀制得，其主要特点是石墨层间化合物受热膨胀的热量来自于炭黑生产过程中或炭黑尾气燃烧中所产生的热量。
[0008]炭黑的生产系统会产生大量的剩余能量，这些能量可以供生产膨胀石墨所用，从而节约大量的膨胀石墨生产成本。具体说来，炭黑是由烃类在严格控制的工艺条件下经不完全燃烧或热解而生成的黑色粉末状物质。炭黑的工业生产主要是油炉法路线，油炉法炭黑的产量已占炭黑总量的70%?90%。油炉法的燃料可以是天然气、焦炉气或者是液态烃，原料则选用高芳烃油料，如乙烯焦油和蒽油等。炭黑原料油经雾化后喷入燃烧的火焰中，在2000°C左右的高温下形成炭黑烟气。烟气含有大量过剩热能，温度太高，需要喷入冷却水，进行一次急冷把温度降低到1000°C左右。经过一次冷却后送空气预热器、油预热器进一步降温，回收部分的剩余能量，最后喷入二次冷却水，把温度降到250°C以下，才可以进入袋滤器，进行收集。即使经过多步处理，炭黑生产的尾气中还有大量剩余能量。炭黑尾气是炭黑生产中经主袋滤器过滤炭黑烟气产生的，主要成分为(体积份数):出，10-12%;0)，9-13%;CO2，2-3 % ;N2，36-38% ;H2O，36-40% ；H2S(mg/m3)，250-800(炭黑尾气成分随生产的炭黑品种不同而有变化)。炭黑尾气是一种热值偏低的可燃性气体(低位发热值Qdw=500-700Kcal/Nm3)，它含有H2、C0等可燃烧气体，其含量只占炭黑尾气总量的20%左右。但是炭黑生产中的尾气产量是很大的，其所含的总能量约合炭黑生产总能量的30-40%左右，生产每吨炭黑会产生约14Hi3左右的炭黑尾气。目前，国内对炭黑尾气的处理主要有以下两种途径。一种途径是焚烧炉焚烧后直接高空排放，这种办法虽然基本达到环保要求，但没有有效利用热源。另外一种通过锅炉燃烧，生产蒸汽供生产、生活用或者带动汽轮机发电机组发电。目前炭黑尾气利用由于每个炭黑工厂条件不同，不少地方存在炭黑尾气发电并网困难的现象，不少地方也存在炭黑尾气没有得到利用的现象。
[0009]石墨层间化合物的膨胀通常在500_1200°C的温度下进行，通过利用炭黑生产系统的多余能量，可以产生足够的温度供石墨层间化合物膨胀，这样可形成循环经济效益。既有利于炭黑行业的节能减排，也可以大大降低膨胀石墨高温膨胀过程的能耗，从而降低膨胀石墨的生产成本。
[0010]炭黑尾气作为燃料供热前还可以经过预处理，提高燃气品质。经过脱除大部分水蒸气、硫化物和氮气后，炭黑尾气的热值甚至可以提高到3000Kcal/Nm3左右。
[0011]此外，还可以采取炭黑尾气先进行尾气发电，然后电加热的方式膨胀石墨层间化合物。这样的方式，可以就地消化炭黑尾气转化的电能，不需要电网输送到别的地方，有利于形成循环经济。
【附图说明】
[0012]附图示出本发明实施例1生产膨胀石墨的石墨膨胀炉的结构示意图。其中，I为石墨层间化合物储料罐;2为星型下料器;3为石墨膨胀炉排气管;4为石墨层间化合物进入石墨膨胀炉的输送下料管;5为石墨膨胀炉的测温热电偶;6为石墨膨胀炉的圆柱形金属筒体；7为石墨膨胀炉供热高温气流的外部壳体;8为膨胀石墨的星型下料器;9为供热高温气流的进气口 ； 10为供热高温气流的出气口。
具体实施例方式
[0013]以下结合附图及具体实施例方式进一步说明本发明，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。本领域技术人员根据本发明上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明保护的范围。下文示例具体的时间、投料量等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0014]实施例1
[0015]将燃料油喷入炭黑反应炉内与主供风机提供的预热空气在燃烧段混合、燃烧，产生2000°C左右的高温燃烧气流;原料油经预热后雾化喷入炭黑反应炉喉管段，与高温燃烧气流混合，裂解生成炭黑烟气;然后喷入一次急冷水，降低炭黑烟