高温提纯超高纯石墨化炉尾气净化系统工艺

[ 摘要]对石墨的用途作了简单叙述，重点介绍了超高纯石墨的尾气净化系统工艺。

石墨是一种战略资源，它在国民经济的发展和现代化建设占有重要地位，素有黑金子的美称。高纯石墨是指含碳量99 ．9％的石墨。高纯石墨具有高强度、高密度、高纯度、化学稳定性高、结构致密均匀、耐高温、导电率高、耐磨性好、自润滑、易加工等特点，广泛应用于冶金、化工、航天、电子、机械、核能等工业领域。尤其是大规格高质量的高纯石墨，作为替代性材料，在高科技、新技术领域有着宽广的应用空间，具有广泛的应用前景。高纯石墨在冶金工业中主要用作耐火材料，在铸造业中用作铸模和防锈涂料；在电气工业中用于生产碳素电极、电极碳棒、电池，制成的石墨乳可用作电视机显像管涂料，制成的碳素制品可用于发电机、电动机、通讯器材等诸多方面；在机械工业中用作飞机、轮船、火车等高速运转机械的润滑剂；在化学工业中用于制造各种抗腐蚀器皿和设备，在核工业中用作原子反应堆中的中子减速剂和防护材料等；在航天工业中可做火箭发动机尾喷管喉衬，火箭、导弹的隔热、耐热材料以及人造卫星上的无线电连接信号和导电结构材料对石墨的纯度要求更高即超高纯石墨(含碳量99．99％以上)。此外，高纯石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。高纯石墨大量用于直拉单晶硅炉中；加工成各类坩埚。制造光谱分析用石墨电极。随着现代科学技术和工业的发展，高纯石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。

近年来石墨的主要消费国是日本、中国、美国、德国和英国等，大体消费结构为：耐火材料占总消费是的26％、铸造15％、润滑剂14％、制动衬片13％、铅笔7％，其它( 碳刷、电池、膨胀石墨等)占25％。未来石墨消费的主要增长领域是高技术产业，如光伏、半导体材料领域、锂电池、燃料电池等领域。

但随着社会的发展对生产超高纯石墨的企业的环境治理提出了更高的要求。

超高纯石墨化炉尾气净化系统工艺流程如图l 所示，当炉子内待加工产品达到2000 多度时，根据工艺需要给炉子送入两种冷却气体，氯气和氮气以改变产品的纯度、质量；送人气体和炉子产品中的杂质气体排人炉顶引风罩；引风罩收集炉内气体，炉内气体被风管路系统带人沉降室，炉顶上部带出的小颗粒炭等沉降于沉灰室；高温气体进入预处理器，预处理器顶部循环水喷淋头逆喷气体，使气体与水接触，此时水中的粉尘、酸性气体等进入碱性水体，降低气体中的有害物质的含量t预处理器出来的气体进入三级湍球塔，经碱液喷淋，气体中的有害物质被碱液，沉降在循环水池中，气体被反复洗涤后，杂质浓度大大下降；气体经水气分离器进行水气分离，被风机送入排风管，达标排人大气中，循环水中和后的盐和粉尘经沉降后定期处理，炭粉等作为辅料被利用；

尾气净化由喷淋塔式填料吸收塔完成。该喷淋塔设备由塔体、填料、除雾层、循环喷淋系统等组成。吸收塔体为聚丙烯制，包括了废气进口、废气出口、塔体视窗和维修人孔等部件。填料层采用聚丙烯材质的K 2填料，该填料是一种美国专利产品，与其他类型的填料相比，其具有表面积大，流程阻力损失小，传质系数高等特性，可获得较高的净化效率和较低的运行费用。除雾层内装填聚丙烯材质的R 1填料，除雾攻率可达到99 ％。循环喷淋系统包括循环液喷嘴、循环液管阀件、循环泵和循环液池等，循环液喷嘴采有BETEFULLCONE 型，喷淋角度大、布液均匀、喷嘴不堵易堵塞；吸收塔底部为循环液池，由浮球式液位控制器和溢流管保持水位恒定。

尾气环保处理系统采用水喷淋和碱中和的方式处理废气，废气的成分为氯气、硫化物、氢氧化物、等气体及少量颗粒碳。废气与水、碱( 氢氧化钙)交换后，循环水相中含有氯化钠、氯化钙、硫酸钠、硫酸盐、亚硫酸盐等，同时水池有少量硫和颗粒碳深沉淀，各种物质对环境无大的污染为提高水的利用率水采取循环回用。

由于炉子尾气是高温气体，产生尾气时炉子的温度在2000—3000℃12尾气的温度一般在120--150℃，气体与水接触会产生少量水汽。由于采用耐腐蚀的循环系统，循环水外排为零，系统不设排污口。当水池中碳粒、硫及高浓度盐分沉积量较大时既系统正常连续运行三个月以上后，系统生产操作人员会对水池进行中和清洗。清除的污泥、盐及少量的水可以运到制砖厂。由于污泥中含有大量的碳，此污泥可作为制砖的发热体和添加物，进行综合利用( 图1) 。

尾气气体经处理后，氯气净化效率为98 ％以上；废气风量6666．7m3/h ，氯气排放1．5mg/m3，0.01kg/h ，经15米高排气达标排放# 尾气处理设施净化效率为98％，由于氯气毒性较大，经处理后氯气排放1.5mg/m3，0.01kg/h ，可确保尾气的稳定达标排放。

结束语

超高纯石墨已经成为航空、航天、国防和国民经济发展中重要的原材料，我国超高纯石墨的提纯方法日趋成熟，相关的环境治理技术也得到了进一步发展，从而提高了我国超高纯石墨生产在未来世界技术和市场上的地位。