利用石油焦制取活性炭的研究【開題報告】

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1、畢業(yè)設(shè)計開題報告化學(xué)工程與工藝利用石油焦制取活性炭的研究一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義活性炭作為一種多孔性含碳材料,其內(nèi)部具有十分發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積,表面具有含氧等元素的特殊功能的表面功能團,應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬[1]。自20世紀初投入工業(yè)生產(chǎn)以來,作為吸附劑、催化劑載體等已經(jīng)廣泛用于電子、化工、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生、交通能源、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域,特別是最近,為了防治大氣污染、水質(zhì)污染和惡臭等公害以保護環(huán)境,使得活性炭的生產(chǎn)和研究有了更快的發(fā)展。如今全世界約有50個國家生產(chǎn)活性炭,美國、日本、英

2、國、德國、法國和俄羅斯等國家的發(fā)展處于領(lǐng)先水平。到1990年止,美國年消耗量105491t,并以4%～5%的年均增長率增加。日本的消耗也達75251t,而西歐各國活性炭年生產(chǎn)能力為10萬t。我國活性炭工業(yè)始于50年代,起步晚,規(guī)模小,設(shè)備陳舊,技術(shù)落后,產(chǎn)品質(zhì)量低,品種少。主要原因:長期以來缺乏統(tǒng)一歸口領(lǐng)導(dǎo),技術(shù)和科學(xué)管理水平較低;品種少,應(yīng)用開發(fā)能力差,活性炭的供銷量較小;對外貿(mào)易起步晚,出口組織工作不力。在產(chǎn)品品種方面,我國活性炭主要用于液相原料及產(chǎn)品的精制,以粉狀炭為主,近年來由于我國工業(yè)的發(fā)展和環(huán)保的需要,顆粒

3、活性炭需求增大、銷路看好,其中以煤質(zhì)顆粒炭發(fā)展最快。目前我國活性炭廠家有300多家,產(chǎn)量已由80年代初的10kt提高到1995年的100kt,其中木質(zhì)炭生產(chǎn)主要集中在華東地區(qū)。煤質(zhì)炭在優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)地山西、寧夏等地。果殼炭集中在河北等省份。年產(chǎn)量在2000噸以上的大型活性炭廠有10家左右,部分1000噸以下的小型活性炭廠由于污染和技術(shù)落后已被淘汰。近年來,我國活性炭工業(yè)高速發(fā)展,平均年增長率達15%,出口量已超過美國和日本,居世界首位。但是我國活性炭應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在醫(yī)藥、食品、軍工等部門,在環(huán)保方面的應(yīng)用尚不廣泛[2]。“

4、九五”期間,我國政府將大幅度增加環(huán)保投資,活性炭用量將成倍增長。用木材、果殼及優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)活性炭,存在著原料來源少、運輸不便及成本高等問題;煉廠石油焦資源豐富,分布廣,價格低,其碳含量比木材和煤高得多,用其制造活性炭收率高、比表面大。另外,石油焦的灰份、揮發(fā)份低,生產(chǎn)的活性炭雜質(zhì)含量低,可用于生產(chǎn)中高檔炭,產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。石油焦是煉油過程中生產(chǎn)的一種石油副產(chǎn)品,價格低廉,目前主要用于煉鋁工業(yè)。但根據(jù)石油工業(yè)發(fā)展形勢,今后我國將逐漸增加進口中東高硫原油數(shù)量,屆時煉廠石油焦硫含量將上升,其質(zhì)量將不能滿足煉鋁等行業(yè)煅燒焦的要求,

5、價格也將大幅度下降。因此,為今后高硫石油焦尋找新的用途對提高煉廠效益,增強其市場競爭力有著重要意義。因此開發(fā)石油焦生產(chǎn)活性炭的技術(shù),進一步提高石油焦的附加值,拓寬活性炭的原料來源,在技術(shù)上填補國內(nèi)空白,對我國活性炭工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步具有重大經(jīng)濟和社會效益。國外于70年代開始進行石油焦制備活性炭的研究,美國于80年代中期實現(xiàn)工業(yè)化,日本于90年代初開始工業(yè)生產(chǎn),均生產(chǎn)比表面在2500m2/g以上的活性炭[3],由于此類活性炭具有原料豐富、價廉、比表面大、吸附性能高等優(yōu)點,廣泛用于電子、醫(yī)藥、催化、氣體分離和貯存等領(lǐng)域。

6、目前石油焦制活性炭的研究及應(yīng)用已引起各國學(xué)者的濃厚興趣,成為活性炭領(lǐng)域的熱門課題之一。國外文獻報道的石油焦制備活性炭的方法有:　磷酸法：美國Kansas大學(xué)于1971年發(fā)表了用磷酸在900℃活化石油焦的文章,美國UnionOil公司也于1973年公開了用多磷酸活化石油焦的專利,但兩種方法制備的活性炭比表面只有500m2/g,沒有進行工業(yè)化生產(chǎn)?！∷羝ǎ喝毡咀∮呀饘俚V山株式會社于1974年公開了于900℃水蒸汽活化石油焦的專利,所得粉狀炭比表面600m2/g。以石油焦為原料,采用物理法制造顆?；钚蕴康墓に囘^程為:將石

7、油焦原料破碎、磨粉,使90%焦粉通過180目篩,經(jīng)化學(xué)處理,然后加入一定比例的渣油或瀝青,在雙軸攪拌機中混合均勻,經(jīng)油壓機擠壓成型后進入轉(zhuǎn)爐炭化。炭化溫度在600℃左右。炭化料經(jīng)篩分后在斯列普爐內(nèi)以850～900℃用過熱蒸汽活化?；罨虾Y分后包裝成成品活性炭。氫氧化鉀法：美國StandardOil公司于1971～1974的四年中申請了五篇用石油焦制備活性炭的專利[4],其要點為:用HNO3將石油焦氧化成石油焦酸,然后在不同的工藝條件下用過量的KOH活化,制得比表面在1000～2600m2/g的活性炭,這種活化方法收率低

8、,工藝繁鎖復(fù)雜,物料處理困難,未能在工業(yè)上應(yīng)用;因此該公司又于1978年公開了用3倍量的KOH在850℃活化石油焦的專利:將石油焦破碎、篩分,然后將其與活化劑KOH充分混合,在300～500℃進行脫水預(yù)活化,在700～1000℃下活化,最后將活化后的混合物冷卻,充分水洗、干燥,即可制得高比表面石油焦類粉狀活性炭,若要制成型炭,還需