煤化工工艺学煤的炭素制品
炭素统计解释-炭素制品(终稿)
炭素制品生产统计指标体系解释中国炭素行业协会2003年9月中国钢铁工业生产统计指标体系第十一章炭素制品生产统计指标解释第一节炭素制品生产概述炭素制品是以石油焦、沥青焦、无烟煤、天然石墨、石油分馏及合成物和煤沥青等富含碳元素的基材为主要原料，经特定的工艺处理而获取的人工制成品。
炭素制品具有良好的热稳定性和化学稳定性，耐高温、抗腐蚀、有较高的机械强度和较好的机械加工性能；经高温处理后的石墨化制成品还具有良好的导电、导热和抗热振性能；经纯化处理的高纯石墨更具有库仑效率高、中子减速能力强和极小的热中子吸收截面等一系列优良的电和核性能。
因而炭素制品被广泛地应用于冶金、机械、化工、电子、航天及核工业等领域，具有十分广阔的应用和发展前景。
炭素制品门类繁多，因所采用的原料和应用范围差异，其生产工艺过程也不尽相同。
就目前而言，炭素制品在电炉钢冶炼中作为导电电极，在炼铁高炉、铝电解槽和矿热炉上作为炉衬材料和导电材料是其主要的应用范围。
这部分炭素制品的主要工艺流程见图11－1-1：图11-1-1 炭素制品主要工艺流程示意图根据图11－1-1，现将其生产工艺原理简单阐述一下。
1、原料制备：将原料（如石油焦、无烟煤等）置于煅烧设备内（如回转窑、罐式炉、电煅炉等），以煤气、天然气、重油或电能为热源进行煅烧。
煅烧温度一般为1250－1700℃。
煅烧目的是排除原料中的挥发分及水分，提高原料的真密度、机械强度、导电性能和化学稳定性。
煅烧后的原料将按工艺要求进行破碎、筛分，按粒度分级装入料仓。
有些原料如石墨碎、焙烧碎等无需煅烧，直接破碎、筛分装入料仓。
粘结剂、浸渍剂（主要指煤沥青）制备是指将原料经过加热、镇静、调质等工序，使其适合工艺要求。
2、配料混捏：配料混捏是根据炭素制品不同用途及质量要求，选择不同的原料配比、不同的粒度组成、不同的粘结剂及使用比例，将其置于混捏设备中，在一定温度下混合和捏合，形成具有可塑性的糊料，以便后工序成型。
煤化工工艺学教案
《煤化工工艺学》教案中文名称：煤化工工艺学英文名称：Chemical Technology of coal授课专业：化学工艺学时：32一、课程的性质和目的：煤化工工艺学是煤化工专业学生的专业课，是为了适应现代化工行业的发展需要，培养具有化工设计基本思想和产品开发能力的专门人才，为毕业生尽快适应就业后工作要求、今后进一步的学习而设立的。
可供从事煤化工利用专业设计、生产、科研的技术人员及有关专业师生参考。
通过对煤低温干馏、炼焦、炼焦化学产品回收和精制、煤的气化、煤的间接液化、煤的直接液化、煤的碳素制品和煤化工生产的污染和防治等的生产原理、生产方法、工艺计算、操作条件及主要设备等的介绍，使学生具备煤化工工艺学的坚实基础，对煤化学工业的原料选择、工艺路线的选择、典型单元操作及化工工艺的实现等有深刻的理解，具备对工艺过程进行分析、改进、开发新产品等能力，以掌握煤化工工艺的开发思想和思路为重点，增强其独立思考的能力、分析问题、解决问题的能力，为学生就业和进一步的发展奠定良好基础。
二、课程的教学内容、各章内容及相应学时数本课程由下列7章组成：1章绪论1学时2章煤的低温干馏5学时3章炼焦8学时4章炼焦化学产品的回收与精制6学时5章煤的气化6学时6章煤间接液化4学时7章煤直接液化2学时根据本课程的特点，组成为下列内容：1绪论§1．1 煤炭资源§1．2 煤化工发展简史§1．3 煤化工的范畴§1．4 本书简介了解煤化工工业发展历史、煤化工工业在国民经济中的地位，煤化工发展趋势。
掌握化学加工工业的基本概况、特点，掌握石油、煤、天然气等能源概况。
重点：煤化工的范畴。
引言：煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工。
煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。
、煤化工行业发展现状：1.煤炭逐步由燃料为主向燃料和原料并举过渡;2.近些年来，基于煤炭气化的新型煤化工得到了快速发展;3."十一五"期间，在煤炭液化、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气等方面的示范工程取得了阶段性成果。
煤化工工艺学课件 第十一章 煤基炭材料
③ 抗拉强度：当外力为拉力时，物体被拉断的瞬间极 限抵抗能力称为抗拉强度。
物体受破坏的外部原因还有冲击力或剪切力，但炭制 品一般不测定抗冲击强度或抗剪强度。
11.2.2 石墨电极
（5）弹性模量 指石墨电极在弹性变形范围内，应力和应变的比值。
很明显，平行于层面方向的电阻为5×10-5Ω·cm，垂直方向 则比其要大100~1000倍。 （3）化学稳定性
石墨具有出色的化学稳定性，除了不能长期浸泡在硝酸、 硫酸、氢氟酸和其他强氧化性介质中外，不受一般酸、碱和 盐的影响，是优良的耐腐蚀材料。
11.1.2 炭材料的性质
（4）自润滑性和耐磨性
石墨对各种表面都有很高的附着性，沿解离面易于滑动， 故有很好的自润滑性。
11.2.1 自焙电极
电极糊的质量控制(YB/T 4448-2014)
指标
项目
单位
1号
2号
3号
4号
5号
灰分
%≤
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
挥发分
% 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5 9.5~15.5
耐压强度 Mpa≥
19
20
21
22
22
电阻率 μΩ·m≤
63
至关重要。
11.2.2 石墨电极
石墨电极
预装接头的石墨电极
11.2.2 石墨电极
石墨电极是目前炭素行业的支柱产品，在冶金、电炉、 电火花加工等领域被广泛采用。
石墨电极分为3个品种： 普通功率石墨电极（RP级） 高功率石墨电极（HP级） 超高功率石墨电极（UHP级）
炭素的生产工艺
炭素的生产工艺炭素是一种非常重要的材料，被广泛应用于工业生产和科学研究中。
炭素的生产工艺有多种，其中最常用的包括石油焦、木材焦和煤焦的加热分解法。
其中，石油焦是石油炼制过程中产生的副产品，在生产过程中会经过高温煅烧、粉碎和筛分等步骤，最终得到石油焦。
石油焦具有高炭含量，纯净度高，是一种高质量的炭素材料。
它广泛应用于钢铁、化工、电子等行业的生产中，如制造石墨电极、铁合金、硅锰合金等。
木材焦的生产工艺相对简单。
首先，将木材放入焦炉中进行热解，生成焦油和木醋液。
然后，通过蒸馏的方法将焦油中的水和杂质去除，得到质量较好的焦油。
最后，将焦油进行加热裂解，得到木材焦。
木材焦用途广泛，主要用于制造活性炭、防腐剂和其他高附加值产品。
煤焦是从煤炭中提取的一种炭素材料。
煤焦的生产工艺相对复杂。
首先，将煤炭进行选矿和破碎，得到煤料。
然后，将煤料放入焦炉中进行加热分解，生成焦炭。
在焦炭的生产过程中，还会产生焦炉气和焦炉渣。
焦炉气可以用于燃烧或作为化工原料，而焦炉渣可以作为建材或肥料使用。
煤焦广泛应用于铁钢、铸造、化工等领域，如制造铁合金、硅锰合金、人造石墨、金属钢化剂等。
除了以上几种工艺外，还有其他一些生产炭素的方法，如电弧炉法、纤维素焦的加热分解法等。
这些方法根据生产需求和原料的不同，选择合适的工艺进行生产。
炭素的生产工艺中，有一些问题需要注意。
首先，需要保证生产过程的安全和环保性，导致的较严重的污染和事故，不仅会影响工人的身体健康，也会对环境造成一定的破坏。
其次，需要控制生产工艺中的温度、压力等参数，以获得所需的质量和性能。
此外，生产过程中还需要考虑能源消耗和原料储备的问题。
总的来说，炭素的生产工艺有多种，可以根据具体的需求选择合适的工艺。
随着技术的进步和需求的不断增加，炭素的生产工艺也在不断改进和创新，以提高生产效率和质量，满足广大用户的需求。
碳素制品生产工艺
碳素制品生产工艺碳素制品生产工艺是指通过加工原料中的碳素元素，制成各种形状和用途的碳素制品的工艺。
碳素制品是一种具有很高的硬度和耐热性的材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子产业等领域。
下面介绍碳素制品生产的一般工艺流程。
碳素制品的生产工艺主要包括原料选择、制浆、成型、烧结、加工和检测等环节。
首先是原料选择。
碳素制品的原料主要有天然石墨、石墨颗粒、聚苯乙烯、聚丙烯等。
选择适当原料对最终制品的质量起到决定性作用。
其次是制浆。
将选定的原料加入适量的水，在搅拌下形成稠密的浆料。
制浆过程中需要进行某些物理或化学反应，使原料颗粒分散均匀，同时去除杂质。
然后是成型。
将制浆后的浆料通过压模机或注塑机等设备进行成型。
成型的形式有很多种，常用的有压制、注塑、滤框成型等。
成型的目的是将碳素原料形成所需的形状。
接下来是烧结。
将成型后的碳素制品放入高温炉中，进行烧结处理。
烧结是一个高温加热过程，通过提高温度，使碳素原料颗粒结合更牢固，从而提高制品的硬度和密度。
然后是加工。
经过烧结后的碳素制品可能还需要进行加工。
加工包括研磨、切割、打磨等，通过这些操作可以获得更精确的尺寸和更光滑的表面。
最后是检测。
对加工后的碳素制品进行检测，以确保其质量达到要求。
常用的检测方法包括物理性能测试、化学成分分析、显微镜观察等。
以上就是碳素制品生产的一般工艺流程。
不同的碳素制品可能有不同的生产工艺，但总体步骤大致相似。
通过合理的工艺流程和优质的原料，可以制备出高质量的碳素制品，满足各种领域的应用需求。
炭素生产工艺流程
炭素
碳的三种变体：金刚石、石墨、无定形碳
生产工艺流程：预焙阳极的生产是以石油焦为原料，以煤沥青为粘结剂，经过石油焦煅烧、中碎、筛分、细碎、沥青的熔化、配料、混捏、成型、焙烧等工序加工制作而成。
生产预焙阳极所需原料分骨料和粘结剂两类,骨料包括石油焦和返回料(生料和残极),粘结剂采用煤沥表。
石油焦:石油沥青或石油系的重质油经过干馏制成的焦炭。
煅烧作业就是各种石油焦原料在隔绝空气的条件下进行高温热处理.煅烧的目的？1 排除原料中的挥发份。
当温度达到1150度—1350度时，挥发份只占0.5%；2 提高原料的密度和强度；3 提高原料的导电性能；4 驱除原料中的水份；5提高原料的抗氧化能力。
焙烧:在焙烧炉内用保护介质(填充料),在隔绝空气的情况下,以重油作为燃料,按一定的升温速度进行间接加热的过程.
目的:1 排出挥发份;2 降低电阻率,改善制品的导电性能;3 使制品的粘结剂转化成焦炭;4 使体积充分收缩。
过程:1 低温预热阶段;2 变化剧烈中温阶段;3 高温烧结阶段;4 冷却阶段
预焙阳极理化指标:1 挥发份;2电阻率;3 体密度;4 真密度;5 抗压机械强度.
炭素制品的理化指标:机械强度,密度,比电阻,真密度,导热性,耐热性,耐腐蚀性,灰份。
第十章 煤基炭素材料
炭素制品的生产
由无烟煤等为原料制备炭素制品，一般包括几个步骤： • 石墨化：将焙烧后的炭素制品和电阻料，按一定方法装 入石墨化电炉，通电升温到2500℃，使焙烧后制品的二维乱 层无定形碳转化为三维有序排列的石墨化制品的工艺过程。 其目的是： 提高材料的热、电传导性； 提高材料的热稳定性和化学稳定性； 提高材料的润滑、抗磨性； 排除杂质，提高纯度； 降低硬度，便于进行精密的机械加工。
活性炭的分类
• 1）按外形分：颗粒活性炭（GAC），粉状活性炭(PAC)， 纤维活性炭(FAC)，微球活性炭。 • 2）按使用场合分：气相炭、液相炭等。 • 3）按用途分：溶剂回收炭、气体净化炭、脱色炭、药用 炭、催化剂炭、变压吸附炭、黄金炭、脱硫炭、血液灌流 炭、水处理炭等。 • 4）按制造方法分：物理法炭、化学法炭（包括氯化锌炭、 磷酸炭等）。 • 5）按原料分：木质炭、煤质炭、生物质炭、树脂炭、沥 青炭等。 • 6）按孔径分：微孔炭、中孔炭等。
• 在自然界中，以游离状态存在的碳有三种同素异 构休，即金刚石(等轴晶系结晶) 、石墨(六方晶系 结晶) 和无定形碳(煤、焦炭、木炭等均是无定形 碳)。
• 炭素制品通常指的是炭制品和石墨制品。它 们是由各种以碳元素为主的原料(如无烟煤、 焦炭等)经过一系列加工(主要是煅烧、焙烧 和石墨化等炭化过程)所形成的。 • 这些基础原料在高温炭化过程中发生缩聚、 脱氧等反应，使其结构中的非碳杂原子脱除， 以碳为主的结构逐渐稠环化，从而转变为分 子结构排列较整齐的炭制品及分子结构排列 整齐的人造石墨。 • 炭制品中除碳元素外，还含有微量的氢、氧、 氮等其他元素，而石墨制品几乎只有碳元素。
炭素制品的生产
由无烟煤等为原料制备炭素制品，一般包括几个步骤： • 煅烧：在隔绝空气或很少空气环境下高温处理，除去原 料中的水分(<0.3%)和挥发分(<0.3%)，提高原料的密度、机 械强度和导电性能。 • 配料：将煅烧后的大块原料破碎并筛分成几个粒级，以 便各粒级按一定比例配料，目的是为了提高成品的质量和成 品率。 • 混捏：使配好的多组分骨料、粉料和黏结剂混合均匀， 形成宏观上均一的结构，同时使原料压实，提高其密度，并 具有塑性，便于成型。 • 成型：将混捏好的糊料，压制成所需形状和尺寸，并具 有较高密度的半成品，以篮球进一步的热加工。 • 焙烧：使毛坯中的黏结剂炭化为黏结焦。
洁净煤技术(第二版) 煤制其他碳素材料
第五节 炭黑
1 炭黑的分类 2 生产炭黑的原料 3 炭黑的生产工艺
一、炭化原理
按炭黑生产方法可分为接触法炭黑、炉法炭黑、热 解法炭黑。
按炭黑用途又可分为橡胶炭黑、色素炭黑、导电炭 炭黑。
二、生产炭黑的原料
可用作生产炭黑的原料很多，主要有油类-煤焦油和 石油系原料油；天然气和煤层气；焦炉煤气和炼厂气； 乙炔气等。
煤制其他碳素材料
第十三章 煤制其他碳素材料
1 碳素材料的分类和特性 2 炭和石墨电极 3 碳素糊类制品 4 炭质耐火材料 5 炭黑 6 碳纤维
第一节 碳素材料的分类和特性
① 耐热性强。 ② 耐久性好，耐腐蚀性强，性质极其稳定。 ③ 是电和热的良导体，导电和导热性能类似金属。 ④ 热膨胀率小，抵抗热冲击能力强。 ⑤ 真密度小。 ⑥ 润滑性好，质地坚硬。 ⑦ 抗放射性强，由于中子吸收较少，减速能很大。 ⑧ 无毒性和腐蚀性。
目前生产碳纤维的原料有三种，即人造丝、聚丙烯 腈和沥青。
Thank you
第二节 炭和石墨电极
1 炭电极 2 石墨电极
一、炭电极
炭电极是一种焙烧后的炭制品，以无烟煤、冶金焦 及煤沥青为原料，在焙烧后经机械加工即可作导电材料 使用，无需石墨化处理。它生产本钱低，仅为石墨电极 的一半。
二、石墨电极
石墨电极以其应用于电弧炉的功率密度划分为三个品 级，即石墨电极、高功率石墨电极、超高功率石墨电极。
第三节 碳素糊类制品
1 电极糊 2 底部糊 3 粗缝糊和细缝糊
一、电极糊
1.制备电极糊的原料 2.电极糊的制备和使用
二、底部糊
三、粗缝糊和细缝糊
第四节 炭质耐火材料
1 铝电解槽用炭块 2 高炉炭块 3 电炉炭块
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互融并成广域的中间相。中间相经过重排并在热解逸
出气流作用下变形,逐步成为具有不同光学性质的半焦。
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为了实现中间相转化的整个过程,要求炭化
条件十分缓和,使液相处于无干扰、无温度梯度
的条件下。如在恒温条件下热解,则热解温度应
较低,一般在400℃左右；如采用渐增升温热解
条件,则升温速度以5℃/分为宜。
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⑷ 机械性能
炭素材料的强度特性是温度越高强度越好,是高温
下的较好的机械零件的材料。炭纤维及其复合材料具
有很高的比强度和比模量,如炭纤维树脂复合材料的比
模量比钢和铝合金高五倍；比强度比钢和铝合金高三
倍。所以它们成为人造卫星、火箭、飞机的结构材料。
良好的耐磨性和自润滑性使它成了电刷、高温轴
大的比热和体积密度,所以具有很好的抗热震性,能在
高温下经受温度的剧烈变化而不遭破坏。例如石墨的
抗热震系数为2399，而陶瓷只有20.11。
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炭素材料的优异的热性质使它在火箭的喷嘴、燃
烧室以及鼻锥上发挥独特的作用。
⑵ 良好的导热和导电性
石墨的导热性是各种非金属中最好的, 炭素材料的主要特性：
⑴ 耐热性和抗热震性
在非氧化介质中，炭是耐热性最好的材料,其升华
温度为3350℃,12 MPa时3700℃熔化。与金属相反,机
械强度随温度升高而增大,大于2800℃时才失去强度,
这是其它材料难以比拟的。
炭和石墨制品由于膨胀系数低,导热系数高,又有较
的分子发生分解和聚合。在400-430℃维持1-30小时
后，当聚合的稠环芳烃分子量达到1000-1500,形成环
数为十几到二十多个稠环芳烃时,平面状的大分子凭借
分子热运动相互接近,受范德华力和分子间偶极矩的吸
引相互平行叠合,在表面张力作用下形成各向异性的中
间相小球。随温度提高,时间延长,小球不断长大、相
承、机械密封的重要材料。
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⑸ 核物理性能 碳原子核散射中子的截面为俘获中子截面的
1270倍,石墨的减速比为201,仅次于重水,但成本比 重水低得多,所以高纯石墨是原子反应堆的减速材 料。 ⑹ 吸附性能 炭素材料在宏观上是由碳骨架和孔隙两部分构 成的,为多孔性物质。经过适当处理,提高吸附能力, 是耐热性好、化学稳定性好的炭质吸附材料。
第8章 煤的炭素制品
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煤的炭素制品
炭素材料作为结构材料和功能材料广泛用于冶金、机
电、化工等工业。近几十年来出现的新型炭素材料因其优
异的特性而广泛用于原子能、宇航、航空等领域。
炭素材料是指从无定形炭到石墨结晶的一系列过渡态
炭。主要炭素制品有：冶金用的电极和耐高温材料；电热
和电化学用的电极；机电用的电刷；化工和机械工业用的
不透性石墨和耐磨材料；原子能和宇航用的高纯石墨材料；
用作高温结构材料和烧蚀材料的炭纤维及其复合材料以及
用于化工和环保的各种炭质吸附剂等。
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8.1 炭素材料的结构与性能
石墨是由六角形碳网平面以一定规律叠合而成的三 维有序结构。层面内碳原子的键长为0.14211 nm，层 面间为范德华键，层间距为0.33538 nm。石墨晶体大 部分呈六方体，少部分呈菱面体。石墨的最大特点是 各向异性。实际应用的炭素材料,绝大部分是乱层石墨 结构和石墨的微晶结构。
③ 成型 为了制得不同形状、尺寸、密度和物理机械 性能的制品,必须将混合料进行成型。成型方法有模压、 挤压、振动成型、等静压成型等。
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④ 焙烧 焙烧是将生坯在隔绝空气和用焦粉和黄砂的 保护下,加热到1300℃左右的热处理过程。其目的是 粘结剂炭化,使粘结剂和骨料更好的牢固结合,使制品 获得新的物理和机械性能。
间,比不锈钢、铅、硅铁好。
石墨的导电性介于金属与半导体之间。层面方向的电
阻率为5×10-5Ωcm。
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⑶ 良好的化学稳定性
炭素材料在非氧化介质中具有极好的化学
稳定性。几乎能抵抗沸点以下的各种酸和盐溶
液的腐蚀。石墨是罕有的能在任何温度下耐氢
氟酸和磷酸的几种材料之一。
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剂。骨料主要是石油焦、沥青焦、炭黑、天然石墨、
无烟煤等。粘结剂主要有煤焦油、煤沥青及合成树脂
等。
大部分骨料需预先经过煅烧,以排除水分、挥发分、
提高原料密度、强度、导电性和抗氧化性。
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② 配料和捏和 根据不同产品的要求确定各种骨料的 种类、粒度、数量,并选择合适的粘结剂。生产核石墨、 火箭喷咀、超高功率电极必须用灰分低、强度高、易 石墨化的针状焦、石油焦、沥青焦。对纯度要求不高 的产品,可以选用冶金焦、无烟煤为骨料。捏和的目的 是把不同组分、不同粒度的原料捏和成宏观上均一的 可塑性混合物。
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要获得石墨结晶,有机物必须经过液相炭化过程,
使碳原子排列呈现三维有序化。这一过程中，在300-
500℃会出现类似液晶的中间相状态,这种中间相是生
成尽可能规整化石墨晶格的基础，也是炭素材料可石
墨化的决定性因素。
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沥青、煤焦油等液相炭化时,大于350℃，各组分
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8.2 生产原理和工艺过程
以有机物为原料制成各种炭素材料必须经过炭化
过程。高温加热时,有机物的氢、氧、氮等元素被分
解,碳原子不断环化、芳构化。随温度升高,碳进一步
缩聚成稠环芳烃和碳网平面并相互叠合。最终经过
石墨化过程生成石墨结晶。整个变化过程如图6-4-
05所示。
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石墨化是炭素材料经过2000℃以上高温处理的过程, 使炭的乱层结构逐渐转变成三维有序的石墨结构。
(1) 炭和石墨制品的工艺过程 炭和石墨制品的工艺过程如图6-4-06所示,主要包括
以下工序。
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① 原料及原料的煅烧 基本原料包括骨(架)料和粘结
⑤ 石墨化 焙烧后的制品中,碳原子主要为两维有序 排列,属于乱层结构,只有通过2000-3000℃高温处理, 才能成为三维有序的石墨晶体。