橡胶厂炼胶间炭黑粉尘的危害与防治终

哈尔滨理工大学学士学位论文I哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计题 目：橡胶厂炼胶间炭黑粉尘的危害与防治 院、 系：测控技术与通信工程学院 安全工程系姓 名： 安文博 指导教师： 殷金英 系 主 任： 周 真 2012 年 6 月 13 日哈尔滨理工大学学士学位论文I橡胶厂炼胶间炭黑粉尘的危害与防治摘 要炭黑是一种重要的化工原料，它主要用于橡胶工业中作为补强剂，油墨、涂料和塑料工业中作为黑色配合剂。此外也用于造纸、无线电元件中。相对于他的重要性，在橡胶厂中炭黑粉尘的污染也是一个非常严重的问题。本文列出了炭黑粉尘的基本性质，它具有质轻、不亲水、易氧化等特点，所以其治理起来有一定的难度。通过查阅资料，并根据炭黑粉尘的性质，整理了炭黑粉尘对人员、环境、机械等的危害。之后分析炭黑粉尘的特点得出，治理炭黑粉尘不宜采用湿式除尘的方法，且普通的重力沉降室及旋风除尘器的效果也不加，所以通常要搭配以滤袋器为主的炭黑粉尘回收系统方可达到治理目的。并通过对以上几个方面的分析及工艺流程中的缺点提出了改革工艺流程、完善炭黑粉尘回收系统等治理措施。最后通过对炼胶间生产原料、设备及工艺流程的分析，并结合炭黑粉尘的排放量、排放速率和爆炸极限等法律法规，提出了控制及治理炭黑粉尘的方法和注意事项。最终达到防治炭黑粉尘的目的。关键词：炭黑粉尘；橡胶；危害；治理；回收系统哈尔滨理工大学学士学位论文IIHAZARDS AND PREVENTION OF CARBON BLACK DUST IN THE RUBBER PLANT RUBBER MIXINGAbstractCarbon black is an important chemical raw material, it is mainly used as black as a reinforcing agent, inks, coatings and plastics industry with the agent in the rubber industry. In addition, for the paper, radio components. Relative to his importance in the carbon black dust in the rubber factory pollution is also a very serious problem. This article lists the basic properties of carbon black dust, it has a light, hydrophilic, and easily oxidized, so its governance there are some difficulties. Through access to information and the nature of the carbon black dust, finishing personnel, environment, machinery and other hazards of carbon black dust. After analysis on characteristics of carbon black dust, carbon black dust control should not be used wet dust removal method, and the normal gravity settling chamber and cyclone dust effect of no tax increases, usually with a bag device based carbon black The dust collection system in order to achieve the control purpose. And analysis on the above aspects and the shortcomings in the process of the reform process, to improve control measures such as carbon black dust recovery system. Finally, the mixing between the production of raw materials, equipment and process analysis, combined with carbon black dust emissions, emission rates and the explosion limit laws and regulations, control and treatment of carbon black dust and precautions. Ultimately achieve the purpose of prevention and treatment of carbon black dust.Keywords : Carbon black dust; rubber; hazards; governance; recovery system 哈尔滨理工大学学士学位论文III目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .- 1 -1.1 研究目的和意义 .- 1 -1.2 炭黑粉尘危害和防治的国内外发展现状 .- 1 -1.2.1 炭黑粉尘危害和防治的国外研究现状 .- 1 -1.2.2 炭黑粉尘危害和防治的国内研究现状 .- 2 -1.3 本文研究的主要内容 .- 2 -第 2 章 炭黑粉尘的基本性质及其回收 .- 4 -2.1 炭黑粉尘的基本性质 .- 4 -2.1.1 炭黑粉尘的物理性质 .- 4 -2.1.2 炭黑粉尘的化学性质 .- 7 -2.2 炭黑粉尘的回收 .- 8 -2.2.1 炭黑粉尘回收的可行性 .- 8 -2.2.2 炭黑粉尘回收的主要设备原理及其优缺点 .- 8 -2.3 本章小结 .- 9 -第 3 章 炼胶间炭黑粉尘的危害及原因 .- 10 -3.1 炭黑粉尘对人员的危害及原因 .- 10 -3.1.1 炭黑粉尘的致癌性 .- 10 -3.1.2 炭黑尘肺 .- 11 -3.1.3 炭黑粉尘对工人的职业危害 .- 12 -3.1.4 炭黑粉尘造成职业危害的因素分析 .- 15 -3.2 炭黑粉尘对车间环境的危害 .- 16 -3.2.1 炼胶间内的大气污染源 .- 16 -3.2.2 炭黑粉尘的防火防爆 .- 16 -3.2.3 炭黑粉尘对机电安全的危害 .- 17 -3.3 本章小结 .- 18 -第 4 章 炼胶间炭黑粉尘的防治技术和措施 .- 19 -4.1 炼胶间生产工艺介绍及炭黑粉尘防治的有关法律法规 .- 19 -4.1.1 炼胶生产原料设备及工艺流程 .- 19 -4.1.2 炭黑粉尘发生源 .- 20 -4.1.3 炭黑粉尘的排放标准 .- 20 -4.1.4 炭黑粉尘爆炸设计标准 .- 23 -4.2 炼胶间炭黑粉尘控制及其治理 .- 24 -4.2.1 改革工艺流程 .- 24 -哈尔滨理工大学学士学位论文IV4.2.2 完善炭黑粉尘回收系统 .- 24 -4.2.3 注意车间卫生安全 .- 27 -4.2.4 对人员行为进行规范 .- 28 -4.2.5 其它注意事项 .- 29 -4.3 本章小结 .- 29 -结 论 .- 30 -致 谢 .- 31 -参考文献 .- 32 -附 录 .- 35 -哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 研究目的和意义炭黑是人们最早知道的石油化工原料之一。我国是世界上生产炭黑最早的国家。距今三千年前，我们的祖先就掌握了烧烟制墨的技术。自从1892 年近代炭黑工业出现以后，才逐渐被“炭黑”这一名词所取代 1。炭黑是一种重要的化工原料，它主要用于橡胶工业中作为补强剂，油墨、涂料和塑料工业中作为黑色配合剂。此外也用于造纸、无线电元件中。目前在我国生产和使用炭黑的企业日益广泛，接触炭黑粉尘作业的人数也不断增加。由于操作人员长期吸入大量的炭黑粉尘可以引起不同程度的上呼吸道症状或炎症，也能引起炭黑尘肺，炭黑对工人的身体健康是有害的。此外，当炭黑排入大气的浓度很高时，在不利气象条件下，也会污染大气环境，给下风向居民区带来危害。炭黑粉尘质轻易飘，对人体皮肤、衣料、农作物及建筑物表面的污染较重 2。炭黑作为功能材料在许多领域有着不可替代的作用，但在赋予其它材料或制品优异的性能和特殊用途的同时，也伴生了高污染性 4。2006 年我国炭黑产量超过美国，排名世界第一位。按 2010 年产量 300 万吨计，预计耗重质油 540 万吨，耗水 3750 万吨，向大气排放 240 吨炭黑尘、620 万吨 CO2、2.2 万吨 SO2、7200 吨 NOX。炭黑在炭黑反应炉中生成，炭黑微粒以直径 0.21.5m 附集体形态悬浮在炭黑烟气中形成气溶胶，进入收集系统被扑集。炭黑烟气经袋滤器扑集炭黑后，排放的气体称为“炭黑尾气”。炭黑尾气中含炭黑粉尘低于 50mg/m3，眼睛不易察觉；7080mg/m 3 可看到灰色气体；150200mg/m 3，已形成一缕黑烟 5。20 世纪 70 年代，年产万吨的炉法炭黑厂每年排入大气的尾气中，含一氧化碳 2 万3 万吨、硫化氢 50200 吨，炭黑粉尘 45100 吨。尾气中硫化氢气体的质量分数为2.5*10-4-8.0*10-46。所以研究炭黑的性质、特点及各种条件下炭黑粉尘的危害，对其控制与防治具有重要意义。1.2 炭黑粉尘危害和防治的国内外发展现状1.2.1 炭黑粉尘危害和防治的国外研究现状国外对炭黑的物理性质、化学构成、吸附性及稳定性进行过测定与分析。并指出，虽然它可能导致严重的健康问题并且是一种具有高全球变暖哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -潜能的大气污染物，但它也是一个全球性的碳循环的组成部分，如利用得当，在减缓气候变化影响中也可以起到至关重要的作用 7。另外，Ganpads 咨询公司的 Nat rajan 介绍了炭黑生产过程中的节能和减排 8。他指出，目前许多炭黑厂显热利用率只有 50%，尾气化学热利用率只有 20%。进一步利用余热的方向是：1.提高空气预热温度，他总结了900空气预热器曾经出现的问题，介绍了在结构和材料方面改进的经验，提出了操作上应注意的问题，还介绍了适用于软质炭黑装置的在线自动清灰器；2.提高原料油预热温度和天然气（作反应炉燃料）的预热温度；3.利用干燥机尾气燃烧炉的废气来预热尾气燃烧炉的空气；4.采用套管式（立式、卧式）和辐射式急冷锅炉；5.尾气发电应提高蒸汽的压力和温度，以提高热效率，汽轮机如采用 Braton Rankine 联合循环取代现在的Rankine 循环，热效率可从现在的 25%30%提高到 50%9。PCMZ 公司介绍了改进后的粉尘在线监测系统。GORE 公司介绍了第 4 代复膜玻璃纤维滤袋和聚四氟乙烯滤袋的特点及其在炭黑生产装置上的应用 10。1.2.2 炭黑粉尘危害和防治的国内研究现状炭黑粉尘近年来受到人们越来越多的关注。为了防止炭黑粉尘的危害，1974 年我国已将炭黑尘肺列入职业病范围 3。不过我国迄今尚没有炭黑粉尘的卫生标准，（包括车间空气和居住区大气）进行卫生学评价时，在生产车间内，目前沿用工业企业设计卫生标准（TJ 36-79）中“其它粉尘”一项，即车间空气中粉尘最高容许浓度为 10 毫克/立方米（我国有关研究单位建议车间空气中炭黑最高容许浓度为 8 毫克/ 立方米），对居住区大气，则沿用飘尘的标准，即一次最高容许浓度为 0.5 毫克/立方米；日平均最高容许浓度为 0.15 毫克/立方米。对炭黑的排放控制，可以沿用 工业“三废”排放试行标准（GBJ 4-73）中第二类生产性粉尘所规定的容许排放浓度 150 毫克/立方米。如是地方排放控制，则应按我国 制定地方大气污染物排放标准的技术原则和方法（GB 3840-83）中有关对炭黑生产、加工的规定进行监测、控制 11。在生产车间中，如不采取密闭通风措施和工艺改革工作地点空气中炭黑粉尘浓度可高达 15700 毫克/立方米，如果采取有效的密闭、通风及包括自动化、槽法生产改为炉法生产等技术措施，则炭黑粉尘浓度可降至610 毫克/立方米 10。目前，对炭黑生产的排放控制，以采用各类袋式除尘设备为宜，由于炭黑质轻、不亲水，故不宜采用湿式除尘设备作净化处理。1.3 本文研究的主要内容本文以橡胶厂炼胶间的炭黑粉尘为研究对象，对其各部分工艺设备进哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -行观察、分析并提出改进办法以达到防治炭黑粉尘的目的。本文的主要研究内容包括以下几个方面：1.通过查阅资料了解国内外的研究现状，并了解炭黑在炼胶时的主要作用与使用方法，罗列出了它的主要物理性质和化学性质，并通过分析这些性质得出炭黑粉尘不宜用通常的粉尘治理方法而是要以滤袋器为主的回收系统为宜。2.通过观察橡胶厂炼胶间的现状，提出其中的主要污染源及其危害性。其中主要包括对操作人员、车间环境、设备机械和卫生方面的危害。3.根据橡胶厂炼胶间的工艺流程并结合国家有关的法律法规，提出较为合理的治理技术及方法。并着重分析炭黑粉尘收集系统，尤其是袋滤器的功能特点及注意事项，兼顾提出对操作人员的要求，车间现状的优化及个细节的注意事项。最终达到防治炭黑粉尘的目的。哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -第 2 章 炭黑粉尘的基本性质及其回收由于炭黑粉尘的基本性质是分析其危害及防治的依据，特别是它的回收系统要根据炭黑粉尘的特点进行选取才能达到防治的目的。所以本章对炭黑粉尘的基本性质进行了描述，并根据这些性质分析了回收的方法、设备的选用，且罗列了几种主要设备及各自的优缺点。2.1 炭黑粉尘的基本性质2.1.1 炭黑粉尘的物理性质1.粒径和分布炭黑粉尘的粒径和分布直影响了对其治理时滤袋等回收装置的选用，所以是一项较为重要的基本性质 12。除热烈炭黑外，几乎所有炭黑的球形粒子都不是单独存在的，而是在炭黑生成过程中聚融在一起形成炭黑聚集体的一个区域。聚集体是炭黑单独存在的最小单元。炭黑粒径主要是通过电子显微镜法测定的。电镜法是直接观察和测定炭黑粒径的唯一方法。图 2-1 为四种炭黑粉尘的电子显微镜照片。(a) (b)哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -(c) (d)图 2-1 四种炭黑粉尘的电子显微镜照