專利名稱：活性炭的制造方法以及活性炭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活性炭的制造方法以及活性炭。更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及包括由下列工序的活性炭的制造方法，以及通過(guò)該方法制造的活性炭將非粘結(jié)性煤作為原料，并將該原料粉碎至粒徑為150μm或以下，其中至少80重量％或以上的粒徑為75μm或以下的粉碎工序；向由該粉碎工序獲得的粉碎產(chǎn)物中混合瀝青并進(jìn)行攪拌的混合工序；使由該混合工序獲得的混合物在加壓條件下成型的成型工序；將由該成型工序獲得的成型品加熱至200-500℃后，在大氣中一經(jīng)冷卻，然后，重新加熱至500-750℃的干餾工序以及使由該干餾工序獲得的干餾產(chǎn)物活化的活化工序。
背景技術(shù)：
在食品、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域，活性炭被廣泛地作為吸附材料而使用，而且廣泛地應(yīng)用于廢氣處理、廢水處理等防治污染的領(lǐng)域。在很多情況下，活性炭是填充至吸附槽而供使用的，但是，如果活性炭的填充密度低，就需要使吸附槽大型化，并產(chǎn)生成本高、裝置空間大等問(wèn)題。為了避免這些問(wèn)題，需要單位體積的吸附能力高的活性炭，所述單位體積的吸附能力是指使單位重量的吸附能力乘以填充密度而得到的單位體積的吸附能力。另一方面，如果活性炭的強(qiáng)度小，由于在將活性炭向填充層填充并從其中抽取時(shí)，或者在使用中，活性炭容易破碎、粉化，因此，會(huì)產(chǎn)生活性炭的擴(kuò)散、壓力損失的增大等各種弊端。因此，從所涉及的上述問(wèn)題來(lái)看，需要高強(qiáng)度的活性炭。
作為改善上述缺點(diǎn)的活性炭的制造方法，已公開了對(duì)四氯化碳的吸附能力為73％-76％，且此時(shí)的填充密度為510-530g/L的活性炭的制造方法(專利文獻(xiàn)1)。然而，通過(guò)在此公開的制造方法而獲得的活性炭，雖然其填充密度高，但其吸附能力低，從而單位體積的吸附能力不夠，且在250-380℃下，對(duì)成型品進(jìn)行第一次干餾后，澆水冷卻，然后在550-650℃下，進(jìn)行第二次干餾，因此，由于快速冷卻，容易產(chǎn)生活性炭的開裂等，從外觀以及強(qiáng)度來(lái)看，未必是優(yōu)選的方法。
專利文獻(xiàn)1中國(guó)專利ZL99125312.4公報(bào)本發(fā)明者們對(duì)使用灰分多的非粘結(jié)性煤的活性炭進(jìn)行研究，向固定碳組分占70重量％或以上的非粘結(jié)性煤中，相對(duì)于該煤以50∶50的最大重量比率，混合固定碳組分占50重量％或以上、且灰分占3重量％或以上、25重量％或以下的非粘結(jié)性半無(wú)煙煤，并將所得混合物作為原料，通過(guò)向該混合物中添加粘合劑而進(jìn)行成型的成型工序，以及對(duì)所得成形品進(jìn)行干餾的干餾工序制備活性炭，從而完成活性炭的制造方法，并在先提出了專利申請(qǐng)(專利文獻(xiàn)2)。通過(guò)這種方法，可以制得進(jìn)一步得到改善的活性炭，但是，即使通過(guò)這種方法，從吸附能力與強(qiáng)度均衡的觀點(diǎn)來(lái)看，未必是令人滿意的方法。
專利文獻(xiàn)2特開2003-147369公報(bào)發(fā)明的內(nèi)容發(fā)明要解決的課題在很多情況下，由于活性炭是填充至吸附槽而供使用的，因此，單位吸附槽體積的活性炭的吸附能力就顯得非常重要。一般來(lái)說(shuō)，如果提高活性炭的吸附能力，填充密度以及強(qiáng)度就會(huì)下降，相反，如果增大填充密度和強(qiáng)度，就存在吸附能力下降的相反的傾向，因此，期盼著吸附能力、填充密度、強(qiáng)度水平都高的活性炭，但是至今還未發(fā)現(xiàn)達(dá)到上述要求的活性炭的有關(guān)內(nèi)容。
因而，本發(fā)明的目的是提供單位吸附槽體積的活性炭吸附能力和活性炭強(qiáng)度的均衡性優(yōu)異的活性炭制造方法，以及這樣的均衡性優(yōu)異的活性炭，具體地講，本發(fā)明目的是提供適合于進(jìn)行除臭、廢氣處理和除去揮發(fā)性有機(jī)化合物的、填充密度為0.490g/mL(毫升)或以上、對(duì)四氯化碳的吸附能力為77重量％或以上、強(qiáng)度為80％或以上的活性炭的制造方法以及通過(guò)這樣的方法制得的活性炭。而且，在本發(fā)明中，所謂均衡性優(yōu)異的活性炭，是指填充密度為0.490g/mL以上，而且對(duì)四氯化碳的吸附能力(％)×強(qiáng)度(％)乘積為0.650或以上，優(yōu)選為0.670或以上，更優(yōu)選為0.700或以上的活性炭。
解決課題的方法為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明者們著眼于非粘結(jié)性煤，對(duì)粉碎、混合、成型、干餾以及活化各個(gè)工序進(jìn)行了詳細(xì)地研究，結(jié)果完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明是一種活性炭的制造方法，其特征在于包括下列工序，將非粘結(jié)性煤作為原料，并將該原料粉碎至粒徑為150μm或以下，其中至少80重量％或以上的粒徑為75μm或以下的粉碎工序；向由該粉碎工序獲得的粉碎產(chǎn)物中混合瀝青并進(jìn)行攪拌的混合工序；使由該混合工序獲得的混合物在加壓條件下成型的成型工序；將由該成型工序獲得的成型品加熱至200-500℃后，在大氣中一經(jīng)冷卻，然后，重新加熱至500-750℃的干餾工序；以及使由該干餾工序獲得的干餾產(chǎn)物活化的活化工序。
本發(fā)明另一個(gè)發(fā)明點(diǎn)是通過(guò)這樣的方法制造的活性炭，該活性炭的填充密度為0.490g/mL或以上、對(duì)四氯化碳的吸附能力為77％或以上以及強(qiáng)度為80％或以上。
發(fā)明的效果通過(guò)本發(fā)明，可以提供單位吸附槽體積的活性炭吸附能力和強(qiáng)度的均衡性優(yōu)異的活性炭制造方法。由于根據(jù)本發(fā)明的活性炭在吸附能力和強(qiáng)度方面平衡性優(yōu)異，因此，在工業(yè)上可以有效地進(jìn)行排除廢氣、除臭、溶劑回收等廢氣處理、污水處理等。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的最大特點(diǎn)在于對(duì)非粘結(jié)性煤的粉碎、混合、成型、干餾以及活化的各個(gè)工序進(jìn)行詳細(xì)地研究，并使各個(gè)工序最佳化。以下，按照順序?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。首先，在本發(fā)明中，將非粘結(jié)性煤作為原料。為了選擇這樣的煤，對(duì)下述的坩鍋膨脹指數(shù)(以下簡(jiǎn)稱為CSN)進(jìn)行測(cè)定，最好選擇該CSN為0的煤。作為具體的例子，可以列舉作為無(wú)煙煤的產(chǎn)自中國(guó)寧夏地區(qū)出產(chǎn)的太西碳等。
在本發(fā)明中，需要將這種煤粉碎至粒徑為150μm或以下，其中至少80重量％或以上的粒徑為75μm或以下。更優(yōu)選將50重量％或以上粉碎成粒徑45μm或以下。作為粉碎方法，可以利用以前公知的滾筒碎石機(jī)、球磨機(jī)、錘磨機(jī)等各種粉碎工具進(jìn)行粉碎。
接著，將微粉碎的煤和瀝青充分混合。作為瀝青，可以使用煤焦油瀝青、石油瀝青等。此時(shí)，為了提高成型性能、干餾性能，優(yōu)選混合煤焦油而進(jìn)行使用。瀝青與煤焦油優(yōu)選以瀝青/煤焦油＝1/3-3/1的重量比率而實(shí)施。優(yōu)選相對(duì)于100重量份的原料煤，瀝青至少為10重量份或以上，并使瀝青和煤焦油的總量為40重量份或以下而進(jìn)行混合攪拌。
在混合煤、瀝青和煤焦油時(shí)，如果將瀝青和煤焦油加熱至30℃或以上且低于200℃并進(jìn)行混合，就可以無(wú)斑點(diǎn)地、且均勻地進(jìn)行混合，因而是優(yōu)選的。此外，為了提高成型性能，優(yōu)選相對(duì)于100重量份煤加入總量為7重量份或以上、25重量份或以下的水和/或揮發(fā)性有機(jī)物。作為揮發(fā)性有機(jī)物，可以使用煤油、汽油、柴油等。對(duì)于用于混合的裝置，沒(méi)有特別地限制，例如，可以使用Z型雙軸型捏合機(jī)等。
接著，在120kg/cm2或以上、優(yōu)選在180kg/cm2或以上的壓力下，對(duì)充分混合的混合物進(jìn)行成型加工。作為成型品的形狀，可以根據(jù)目的，適當(dāng)?shù)卮_定為圓柱形、圓筒形、球形等。作為成型裝置，可以使用輥筒擠壓式、圓盤型造粒機(jī)、環(huán)形造粒機(jī)、擠壓式等各種成型裝置。
在200-500℃、優(yōu)選在300-400℃的溫度下，對(duì)由成型工序獲得的成型品進(jìn)行第一次干餾后，一旦在空氣中將成型品冷卻至100℃以下之后，立刻在500-750℃、優(yōu)選在550-700℃的溫度下，進(jìn)行第二次干餾，即進(jìn)行兩階段的干餾。第一次干餾后，由于在空氣中進(jìn)行冷卻，干餾物會(huì)被氧化，因此，之后在500-750℃的溫度下第二次干餾時(shí)，不但可以防止干餾物膨脹等變形，還可以提高活性炭的吸附能力。另外，通過(guò)在空氣中使干餾物緩慢的冷卻，可以防止干餾物的開裂等。
干餾工序中的維持時(shí)間，優(yōu)選在200-500℃溫度段的維持時(shí)間為10-60分鐘，在500-750℃溫度段的維持時(shí)間為10-60分鐘。此外，此時(shí)氣體環(huán)境中的氣體，在200-500℃溫度段氧氣濃度為1體積％或以上且低于15體積％，優(yōu)選在500-750℃溫度段使氧氣濃度低于3體積％。
通過(guò)活化工序，對(duì)由干餾工序獲得的干餾物進(jìn)行活化而形成活性炭。在活化工序中，為了廉價(jià)地制得高質(zhì)量的活性炭，優(yōu)選在水蒸氣、二氧化碳、空氣、丙烷燃燒氣體、煤油燃燒氣體、這些氣體的混合氣體等氧化性氣體氣氛、400-1100℃的條件下，對(duì)干餾物進(jìn)行活化。為了更廉價(jià)地制得高性能活性炭，優(yōu)選使用含有20體積％或以上水蒸汽的氣體作為活化氣體，并在750-950℃的溫度下進(jìn)行活化。作為活化裝置，可以使用旋轉(zhuǎn)爐、流化床爐、ヘレシヨフ爐、滑動(dòng)爐(スリ一プ爐)等。根據(jù)需要，通過(guò)酸洗滌、水洗滌、干燥、篩分等工序，將所得活性炭制成成品。
通過(guò)以上的制造方法，可以制得填充密度為0.490g/mL或以上、對(duì)四氯化碳的吸附能力為77％或以上以及強(qiáng)度80％或以上的活性炭。如上所述，如果提高吸附能力，填充密度、強(qiáng)度就有下降的趨勢(shì)，因此，獲得這些均衡性優(yōu)良的活性炭是本發(fā)明的目的，如果對(duì)四氯化碳的吸附能力為77％或以上時(shí)，填充密度為0.490g/mL或以上，則與以前的活性炭相比，就可以大幅提高單位吸附槽體積的活性炭的吸附能力。另外，如果此時(shí)的強(qiáng)度為80％或以上，就可以大幅減少由對(duì)活性炭的操作以及使用時(shí)破碎、粉化等引起的弊端。以下，通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體地說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
在實(shí)施例以及比較例中，通過(guò)以下方法，對(duì)物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。
(1)坩鍋膨脹指數(shù)(CSN)以JIS M8801為基準(zhǔn)，將試樣加入規(guī)定的坩鍋中，在規(guī)定的條件下進(jìn)行加熱，將生成的加熱殘?jiān)c標(biāo)準(zhǔn)輪廓進(jìn)行比較，并表示出來(lái)。
(2)填充密度在1000mL的量筒中，填充500mL的試樣，并測(cè)定重量。
(3)對(duì)四氯化碳的吸附能力以JIS K1474為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。
(4)強(qiáng)度向內(nèi)徑為25mm、長(zhǎng)為300mm的金屬制圓筒容器中，放入5g試樣和10個(gè)8mm的鋼球，以長(zhǎng)度方向的中心為支點(diǎn)，在含有軸的垂直平面內(nèi)，以25rpm的速度旋轉(zhuǎn)40分鐘后，利用孔徑為300μm的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，測(cè)定篩上的殘留量，求出相對(duì)于初始質(zhì)量的比率。
實(shí)施例1使用CSN為0的非粘結(jié)性的產(chǎn)自中國(guó)寧夏地區(qū)的太西碳作為原料煤，將全量原料粉碎至粒徑為150μm或以下、且85重量％粉碎成粒徑75μm或以下。接著，相對(duì)于100重量份煤分別添加12重量份的水、15重量份的作為粘合劑的煤焦油瀝青以及20重量份的煤焦油，攪拌后，利用擠壓式造粒機(jī)，在200kg/cm2的壓力下進(jìn)行擠壓，并成型為直徑為4.0mm的圓柱形。
在最高溫度為350℃的200-350℃溫度下的保留時(shí)間為30分鐘、氧氣濃度為10體積％的條件下，對(duì)所得成型物進(jìn)行第一次干餾。在空氣中冷卻至50℃后，在最高溫度為650℃的500-650溫度下的保留時(shí)間為30分鐘、氧氣濃度不足3體積％的條件下，進(jìn)行第二次干餾，然后，在氮?dú)鉃?0體積％、水蒸汽為40體積％、二氧化碳為10體積％的混合氣體中850℃下進(jìn)行活化。結(jié)果示于表1。
比較例1使用CSN為2.0的具有粘結(jié)性的產(chǎn)自中國(guó)山西地區(qū)的呂梁碳作為原料煤，并與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行粉碎、混合、成型、干餾等各個(gè)工序，嘗試制造活性炭，但在干餾時(shí)發(fā)生劇烈的膨脹，從而不能進(jìn)行以后的活化工序。
比較例2使用與實(shí)施例1相同的煤，將全量原料粉碎至粒徑為150μm或以下、且70重量％粉碎成粒徑為75μm或以下，經(jīng)過(guò)這樣的粉碎工序，并進(jìn)行混合、成型、干餾以及活化的各個(gè)工序，從而制得活性炭。結(jié)果示于表1。
比較例3除了在粉碎工序后，相對(duì)100重量份煤分別添加12重量份的水以及35重量份的作為粘合劑的煤焦油并進(jìn)行混合以外，與實(shí)施例1同樣地制造活性炭。結(jié)果示于表1。
比較例4除了在進(jìn)行粉碎、混合、成型的各個(gè)工序之后，在第一次干餾后，不進(jìn)行冷卻而直接進(jìn)行第二次干餾以外，與實(shí)施例1同樣地制造活性炭。結(jié)果示于表1。
比較例5除了在進(jìn)行粉碎、混合、成型的各個(gè)工序之后，進(jìn)行第一次干餾，第一次干餾后澆水冷卻至30℃，再進(jìn)行第二次干餾以外，與實(shí)施例1同樣地制造活性炭，結(jié)果示于表1。
比較例6與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行粉碎、混合、成型的各個(gè)工序后，使第一次干餾時(shí)的最高溫度為180℃進(jìn)行干餾，然后進(jìn)行活化工序。結(jié)果示于表1。
比較例7與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行粉碎、混合、成型的各個(gè)工序后，使第一次干餾時(shí)的最高溫度為550℃進(jìn)行干餾，然后進(jìn)行活化工序。結(jié)果示于表1。
比較例8與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行粉碎、混合、成型的各個(gè)工序后，使第二次干燥時(shí)的最高溫度為450℃進(jìn)行干餾，然后進(jìn)行活化工序。結(jié)果示于表1。
比較例9與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行粉碎、混合、成型的各個(gè)工序后，使第二次干燥時(shí)的最高溫度為800℃進(jìn)行干餾，然后進(jìn)行活化工序。結(jié)果示于表1。從表1的結(jié)果來(lái)看，本發(fā)明的效果很明顯。
表1
工業(yè)實(shí)用性通過(guò)本發(fā)明，可以容易地制得單位吸附槽體積活性炭的吸附能力和強(qiáng)度的均衡性優(yōu)異的活性炭。如果使用這種活性炭，不僅隨著吸附裝置小型化可以使成本降低，而且，在將活性炭填充至吸附槽時(shí)或從其中抽取，或在使用過(guò)程中，還可以防止由活性炭的破碎、粉化引起活性炭分散以及壓力損失增大等弊端。因而，由于裝置可以設(shè)置在狹窄的空間，因此，可以在保留與現(xiàn)有裝置相同或更好性能的前提下，優(yōu)選適用于以排氣裝置、除臭裝置、溶劑回收裝置為代表的廢氣處理裝置、污水處理等廢水處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種活性炭的制造方法，其特征由下列工序構(gòu)成將非粘結(jié)性煤作為原料，并將該原料粉碎成粒徑150μm或以下，其中至少80重量％或以上的粒徑為75μm或以下的粉碎工序；向由該粉碎工序獲得的粉碎產(chǎn)物混合瀝青并進(jìn)行攪拌的混合工序；使由該混合工序獲得的混合物在加壓條件下成型的成型工序；將由該成型工序獲得的成型品加熱至200-500℃后，在大氣中一經(jīng)冷卻，然后，重新加熱至500-750℃的干餾工序；以及使由該干餾工序獲得的干餾產(chǎn)物活化的活化工序。
2.通過(guò)權(quán)利要求1所述的方法而制造的活性炭，該活性炭的填充密度為0.490g/mL或以上、且對(duì)四氯化碳的吸附能力為77重量％或以上以及強(qiáng)度為80％或以上。
全文摘要
提供單位吸附槽體積活性炭吸附能力和活性炭強(qiáng)度的均衡性優(yōu)異的活性炭的制造方法，以及這樣的均衡性優(yōu)異的活性炭。所述活性炭的制造方法包括下述工序?qū)⒎钦辰Y(jié)性煤作為原料，并將該原料粉碎成粒徑為150μm或以下，且其中至少80重量％或以上的粒徑為75μm或以下的粉碎工序；向由該粉碎工序獲得的粉碎產(chǎn)物混合瀝青并進(jìn)行攪拌的混合工序；使由該混合工序獲得的混合物在加壓條件下成型的成型工序；將由該成型工序獲得的成型品加熱至200－500℃后，在大氣中一經(jīng)冷卻，然后，重新加熱至500－750℃的干餾工序；以及使由該干餾工序獲得的干餾產(chǎn)物活化的活化工序，通過(guò)該活性炭的制造方法以及由該制造方法獲得的活性炭，可以解決上述課題。
文檔編號(hào)C01B31/08GK1749158SQ20041008997
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者山田隆之, 前野宗一, 周長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:可樂(lè)麗化學(xué)(寧夏)環(huán)境化工有限公司