專利名稱：用于制備高比表面積活性炭的連續(xù)堿活化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由石油焦、浙青焦、無(wú)煙煤等原料炭，通過(guò)連續(xù)堿活化方式制備高比表面積活性炭的裝置及方法。
背景技術(shù)：
高比表面積活性炭因其發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和大吸附容量而在燃料氣存儲(chǔ)、氣體分離、催化反應(yīng)、超級(jí)電容器等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，制備高比表面積活性炭的主要路線之一是由石油焦、浙青焦、無(wú)煙煤等原料炭，以堿即KOH為活化劑，通過(guò)化學(xué)活化法制備活性炭。中國(guó)專利ZL200610086149.1將混合好的堿即KOH或NaOH和炭的混合物放于真空反應(yīng)器內(nèi)，在真空環(huán)境下(-0.03MPa -0.09 MPa)升溫活化，最后進(jìn)行水洗干燥得到高比表面積活性炭；中國(guó)專利ZL200610038065.0將酚醛樹脂與KOH或NaOH的混合物放入管式活化爐中，在氮?dú)鈿夥罩?，先?0(T65(TC進(jìn)行預(yù)活化，再在75(T850°C進(jìn)行活化，最后進(jìn)行酸洗水洗制備出高比表面積活性炭。日本專利JP297414A將椰子殼炭和石油焦與數(shù)倍量的KOH混合后，在氮?dú)鈿夥罩?00°C脫水，再在較高溫度下活化，最后進(jìn)行水洗，得到高比表面積活性炭，其采用的活化反應(yīng)裝置為帶有攪拌機(jī)、加熱裝置和氮?dú)鈱?dǎo)管的釜式反應(yīng)爐。上述高比表面積活性炭的生產(chǎn)方法均為間歇式，存在如下主要問(wèn)題:原料堿和炭的質(zhì)量比(以下簡(jiǎn)稱堿炭比)高，通常大于3:1 ;污染大；生產(chǎn)效率及單元設(shè)備產(chǎn)能低；能耗聞；由于反應(yīng)體系內(nèi)單質(zhì)鐘K聚集,存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種采用連續(xù)堿活化方式制備高比表面積活性炭的方法，尤其是一種通過(guò)控制活化反應(yīng)器體系的固體和載氣的流動(dòng)方式以及載氣的輔助活化作用，實(shí)現(xiàn)在比現(xiàn)有技術(shù)較低的堿炭比條件下，連續(xù)制備優(yōu)質(zhì)高比表面積活性炭的方法和裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高比表面積活性炭的制備裝置及方法，該裝置由預(yù)活化反應(yīng)器、立式連續(xù)活化爐及其外置多段加熱爐、活化產(chǎn)物收集器和出料機(jī)構(gòu)；所述的預(yù)活化反應(yīng)器為螺桿擠出式反應(yīng)器，優(yōu)選雙螺桿擠出式反應(yīng)器，包括進(jìn)料倉(cāng)、螺桿擠出室和氣固分離室三部分；螺桿擠出室水平設(shè)置，其出料端與垂直設(shè)置的氣固分離室相連，在氣固分離室外和靠近氣固分離室的螺桿擠出室筒體外設(shè)有外部電加熱套，其中螺桿擠出筒體加熱段的長(zhǎng)度約為其總長(zhǎng)度的1/2 ;氣固分離室下部和上部分別設(shè)有惰性載氣進(jìn)出口，通過(guò)引入惰性氣體將預(yù)活化過(guò)程產(chǎn)生的包括水蒸氣在內(nèi)的氣態(tài)產(chǎn)物導(dǎo)出；氣固分離室底端通過(guò)螺旋出料機(jī)與立式活化爐頂端相連，用于將預(yù)活化的固體產(chǎn)物送入活化爐；

所述的活化爐為立式圓筒形連續(xù)活化爐；活化爐內(nèi)由上至下設(shè)多層等距水平平行排列的料板，料板上開有多個(gè)下料孔，且呈扇形排列，其中扇形圓心角a介于30° 160°之間，下料孔的總開孔率為料板面積的59^40% ;相鄰兩層料板的扇形排列的下料孔的位置錯(cuò)開角度P，其中P大于a但不超過(guò)180° ;活化爐中心有一轉(zhuǎn)軸，由設(shè)于活化爐上部或下部的調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)；相鄰兩層料板之間有一與料板垂直的刮板，刮板一端固定在中心轉(zhuǎn)軸上，另一端與炭化爐內(nèi)筒壁留有微小間隙，刮板下沿貼近料板表面，刮板高度為相鄰兩層料板間距的1/3 2/3 ;相鄰兩層料板間的兩刮板的位置錯(cuò)開成P角排列；所有刮板隨中心轉(zhuǎn)軸以相同的角速度旋轉(zhuǎn)；活化爐頂端設(shè)有固體物料進(jìn)料口，通過(guò)進(jìn)料管與上部的預(yù)活化反應(yīng)器的螺旋出料機(jī)相聯(lián)；活化爐底端設(shè)固體下料口，通過(guò)下料管和螺旋出料機(jī)與活化產(chǎn)物收集器相聯(lián)；在活化爐下部設(shè)有載氣入口 ；活化爐中上部設(shè)氣態(tài)產(chǎn)品出口，在該氣體出口之上的活化爐內(nèi)，氣體與固體物料為并流模式，在該氣體出口之下的活化爐內(nèi)，氣體與固體物料為逆流模式；所述的炭化爐外置多段加熱爐包括至少2段可獨(dú)立控制的環(huán)形加熱爐；所述的加熱爐優(yōu)選電加熱爐；所述的活化產(chǎn)物收集器為圓筒形，下端為錐形筒，其下部設(shè)有入水口，其底端與氣密式出料機(jī)相連；活化產(chǎn)物收集器上部設(shè)有氣體出口，用于導(dǎo)出鉀單質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)生的H2和水蒸氣。一種用于制備高比表面積活性炭的連續(xù)堿活化方法，包括如下步驟:在常壓下，將·原料炭與堿KOH按1: 1^4的質(zhì)量比在混捏機(jī)中混合均勻；將混捏得到的堿炭固體混合物連續(xù)加入預(yù)活化反應(yīng)器中在惰性載氣保護(hù)下進(jìn)行預(yù)活化，得到預(yù)活化的固體物料；將預(yù)活化的固體物料連續(xù)送入立式活化爐上部，在立式活化爐內(nèi)置刮板推動(dòng)和固體物料自身重力作用下，所述固體物料由上至下以螺旋形或Z字形下降的運(yùn)行軌跡依次經(jīng)過(guò)在垂直方向上平行排列的多層水平布置的料板，經(jīng)歷升溫、恒溫和降溫三個(gè)階段，完成活化過(guò)程，所得到的活化產(chǎn)物從活化爐下部的連續(xù)送入活化產(chǎn)物收集器；活化過(guò)程的載氣從活化爐底部通入，與固體物料逆流接觸，與活化過(guò)程產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物一起，從活化爐上部氣體出口引出；在活化產(chǎn)物收集器下部通入水，與活化產(chǎn)物逆流接觸，使殘留在活化產(chǎn)物中的K轉(zhuǎn)化為K0H，同時(shí)產(chǎn)生H2氣，并使活化產(chǎn)物冷卻，所產(chǎn)生的H2氣和水蒸氣從活化產(chǎn)物收集器上部引出；冷卻后的活化產(chǎn)物從活化產(chǎn)物收集器排出，用水洗滌至濾液呈中性后，在10(Tl2(rC之間干燥f3h，得到高比表面積活性炭產(chǎn)品；所述的原料炭是石油焦、浙青焦、中間相炭微球、無(wú)煙煤、煤的炭化物、堅(jiān)果殼及核的炭化物、高分子有機(jī)物的炭化物等；所述的混合過(guò)程可根據(jù)需要可加入不超過(guò)原料炭和KOH總質(zhì)量的15%的水或乙醇水溶液作為混捏助劑，混捏溫度控制為10(T250°C，混捏時(shí)間控制在0.5^1.5h ；所述的預(yù)活化在螺桿擠出式連續(xù)預(yù)活化反應(yīng)器中進(jìn)行；堿炭混合物在被螺桿推進(jìn)過(guò)程中被逐漸加熱到40(T55(TC，在此過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)，所產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物在惰性載氣攜帶下與預(yù)活化后的固體物料快速分離后外送；所述的活化過(guò)程中固體物料的升溫和恒溫是通過(guò)立式活化爐的外置多段加熱爐控制加熱實(shí)現(xiàn)的，其中固體物料在恒溫段的溫度控制在76(T860°C之間，固體物料在恒溫段的停留時(shí)間控制在0.2^2.5h;固體物料的降溫主要是由立式活化爐下部引入的載氣與固體物料的熱交換以及通過(guò)活化爐爐體的散熱而實(shí)現(xiàn)的；活化爐上部的氣體出口設(shè)置在固體物料升溫段，該部位的氣體的溫度控制在43(T550°C之間；在氣體出口和載氣入口之間，固體物料和載氣之間是逆流接觸；所述的活化過(guò)程的載氣是H2與惰性氣體的混合氣體，惰性氣體是N2或Ar，其中，混合氣體中H2的體積含量控制在低于75%。原料炭和堿的混合操作在混捏機(jī)中進(jìn)行。為保證原料炭與堿的充分均勻混合和原料炭的充分活化，宜采用較高的堿/炭質(zhì)量比和盡量細(xì)的原料炭，通常原料炭的粒度控制在0.25mm以下。添加水或乙醇水溶液作為助劑有助于堿炭的混合，助劑添加量上限為15%。采用的混捏溫度控制在10(T15(TC，混捏時(shí)間足夠長(zhǎng)，以保證經(jīng)加熱混合處理后助劑完全揮發(fā)，得到呈粉狀或小顆粒的固體堿炭混合物料。所得到的混合物料應(yīng)密封保存，防止其吸水。堿炭混合物的預(yù)活化在螺桿擠出式連續(xù)預(yù)活化反應(yīng)器中進(jìn)行。預(yù)活化的主要目的是將堿KOH轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗廴趬A的形態(tài)，避免在后續(xù)連續(xù)活化過(guò)程中由于堿熔融造成物料的粘壁。堿炭混合物螺桿擠出筒體中前行過(guò)程中進(jìn)入加熱段而被加熱，當(dāng)物料溫度升高到360°C以上時(shí)，KOH發(fā)生熔融，同時(shí)，原料炭和堿發(fā)生反應(yīng)。在物料升溫過(guò)程中，析出大量水蒸氣、氫氣和少量甲烷等氣態(tài)產(chǎn)物，預(yù)活化后的固體中堿的形態(tài)主要轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕浐脱趸?。在螺桿擠出筒體后的氣固分離室中，利用抽吸作用或惰性載氣攜帶，將含水的氣態(tài)產(chǎn)物與預(yù)活化后的固體物料快速分離，避免水蒸氣與堿發(fā)生再結(jié)合。為避免氣態(tài)產(chǎn)物中可凝組分的冷凝以及固體物料進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，氣固分離室的溫度應(yīng)保持和離開雙螺桿擠出筒體的混合物料的溫度一致或相近。預(yù)活化的固體物料的活化在具有可精確控制的多段外置加熱溫控模式的立式活化爐中進(jìn)行。借助轉(zhuǎn)動(dòng)刮板的推動(dòng)和自身重量，固體物料在料板上轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，經(jīng)下料口落入相鄰下層料板。依此類推，固體物料以近似螺旋下降或Z字形運(yùn)行路線下降的方式，經(jīng)歷了活化爐的升溫段、恒溫段和降溫段?；罨癄t中的載氣從活化爐的底部引入，與固體物料逆流上行，最后攜帶活化過(guò)程產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物從活化爐上部的氣體出口引出。氣體出口位置的設(shè)置原則是，該部位引出的氣體的溫度保持在450°c左右，以盡量避免引出氣體中攜帶的可凝成分在引出管道中發(fā)生積炭反應(yīng)或冷凝。通過(guò)控制立式活化爐升溫段和恒溫段的加熱爐溫度分布，固體物料進(jìn)料速率、刮板轉(zhuǎn)動(dòng)速率，以及載氣的流率，可以實(shí)現(xiàn)固體物料在活化爐內(nèi)的加熱速率、恒溫時(shí)間，在各溫度段的停留時(shí)間的精確控制，以及固體物料的均勻活化。通過(guò)采用堿炭混合物與載氣連續(xù)逆向流動(dòng)的模式，和活化爐不同部位溫度分布的控制，強(qiáng)化在活化爐內(nèi)生成的K對(duì)炭中石墨微晶的插層作用，形成更多的插層化合物，從而促進(jìn)炭的活化。如說(shuō)明書圖2所示，預(yù)活化后的堿炭混合物固體物料在下移過(guò)程中溫度逐漸升高。當(dāng)物料溫度高于600°C時(shí)，伴隨活化反應(yīng)進(jìn)行，開始生成大量的活性K，并與物料一起下移。當(dāng)活化反應(yīng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)到大于760°C時(shí)，活化反應(yīng)過(guò)程中生成的K轉(zhuǎn)為K蒸汽。伴隨活化反應(yīng)生成的K中，僅有一部分參與對(duì)炭中石墨微晶的插層作用，形成插層化合物，促進(jìn)了炭的活化。未進(jìn)行插層作用的K蒸汽被與物料逆向流動(dòng)的載氣攜帶流向活化爐的上部，K在流動(dòng)過(guò)程中持續(xù)參與炭的插層反應(yīng)。當(dāng)鉀蒸汽被攜帶至較低溫度段，即溫度低于760°C時(shí)，則被冷凝沉積在固體物料當(dāng)中，隨物料一起下移，隨后隨著物料溫度的升高，則沉積在物料當(dāng)中的K與活化過(guò)程中新產(chǎn)生的K 一起蒸發(fā)形成K蒸汽,其中一部分參與插層反應(yīng)，未參與插層反應(yīng)的K蒸汽又被載氣攜帶流向活化爐的上部低溫段。 因此，通過(guò)在活化反應(yīng)器內(nèi)實(shí)施氣-固逆向連續(xù)流動(dòng)模式及控制活化爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布，使K最大限度地在活化爐內(nèi)循環(huán)，并進(jìn)行插層作用，提高了 K的活化效果和利用率?；罨^(guò)程中所用的載氣可以是惰性氣體N2或Ar，也可以是含H2載氣即H2和惰性氣體的混合物，優(yōu)選含H2載氣。含H2載氣中H2的體積含量宜控制在20、5%。載氣中含H2時(shí)，有利于增加炭表面活性點(diǎn)從而促進(jìn)活化反應(yīng)；但當(dāng)H2含量過(guò)高時(shí)，則可能促成活化過(guò)程產(chǎn)生的單質(zhì)K與H2發(fā)生反應(yīng)，從而抑制K的插層活化作用?；罨a(chǎn)物的冷卻和物料中殘留的單質(zhì)K的轉(zhuǎn)化在活化產(chǎn)物收集器中完成。由于K和水反應(yīng)迅速并強(qiáng)烈放熱，保持活化產(chǎn)物收集器中水的過(guò)量是必要條件，以保證活化產(chǎn)物中殘留的K完全轉(zhuǎn)化，并通過(guò)水蒸氣將反應(yīng)熱帶走。所產(chǎn)生的H2和水蒸氣的混合氣體從活化產(chǎn)物收集器上部引出后，經(jīng)冷凝除水，得到的H2可作為活化爐的含H2載氣的組分之一利用。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的上述連續(xù)堿活化方法的主要技術(shù)特點(diǎn)及其所能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果是:在連續(xù)立式活化爐內(nèi)，通過(guò)采用堿炭混合物與載氣連續(xù)逆向流動(dòng)接觸的模式，和活化爐不同部位溫度分布的控制，使在活化過(guò)程生成的K最大限度地在活化爐內(nèi)循環(huán)，強(qiáng)化K對(duì)炭中石墨微晶的插層作用，從而促進(jìn)炭的活化，提高K的活化效果及利用效率，提高活性炭產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低堿耗和生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。連續(xù)活化模式也有利于消除活化產(chǎn)物中殘留的K帶來(lái)的安全隱患。說(shuō)明書附1連續(xù)堿活化法制備高比表面積活性炭流程圖。圖2活化爐內(nèi)鉀單質(zhì)K的循環(huán)與插層示意圖。圖3立式活化爐主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4活化爐料板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖
和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例一:在實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行原料炭的KOH活化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置的操作流程原理同附圖廣附圖4，其中預(yù)活化反應(yīng)器和立式活化爐分體獨(dú)立控制。實(shí)驗(yàn)裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下:預(yù)活化爐為單螺桿擠出式，其中螺桿擠出室長(zhǎng)400mm，加熱段長(zhǎng)150mm ;立式活化爐材質(zhì)為耐高溫耐腐蝕不銹鋼，有效高度1206mm,內(nèi)徑120mm,料板數(shù)45層,料板下料孔構(gòu)成的扇形圓心角a為120°，總開孔率25%，相鄰兩層料板的扇形排列的下料孔的位置錯(cuò)開角度P為180° ；活化爐外置5段可獨(dú)立控制的環(huán)形電阻爐。當(dāng)從上至下設(shè)定5段活化爐體中心溫度分別為250°C、450°C、750°C、800°C和750°C時(shí)，恒溫溫度為800°C的恒溫段層數(shù)約為17層。在此條件下，當(dāng)中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為0.57r/min,預(yù)活化的堿炭混合物料在爐內(nèi)總停留時(shí)間為75min,在升溫段停留時(shí)間為28min，在恒溫段停留時(shí)間為30min，在降溫段停留時(shí)間為17min。將石油焦粉 碎至粒度小于150 ii m，按KOH/石油焦質(zhì)量比為2:1的比例在混捏機(jī)中將石油焦與氫氧化鉀混合均勻；在預(yù)活化反應(yīng)器中進(jìn)行預(yù)活化，其中預(yù)活化反應(yīng)器加熱段設(shè)定爐溫為600°C，混合物料通過(guò)加熱段的停留時(shí)間約為4min。預(yù)活化后的物料通過(guò)螺旋進(jìn)料器被送入立式連續(xù)活化爐內(nèi)進(jìn)行活化，進(jìn)料量為300g/h，活化爐升溫段溫度分布為40(T800°C，恒溫段溫度為800°C，降溫段溫度分布為80(T400°C?；罨癄t內(nèi)的載氣為氮?dú)?lL/min)，由活化爐底部引入，與固體物料逆向流動(dòng)，由活化爐上部引出。活化后的物料進(jìn)入活化產(chǎn)物收集器并進(jìn)行冷卻，活化產(chǎn)物收集器中的物料每隔Ih出料一次，隨后出料經(jīng)酸洗(800ml濃度為5mol/L的鹽酸)、再水洗至濾液呈中性，在120°C干燥Ih得到活性炭產(chǎn)品，不同批次的活性炭產(chǎn)品分別記為1#，2#，3#……，其比表面積及孔容如表I所示。表I不同批次活性炭產(chǎn)品的比表面積及孔容
權(quán)利要求
1.一種用于制備高比表面積活性炭的連續(xù)堿活化裝置，其特征在于，該裝置包括預(yù)活化反應(yīng)器、立式連續(xù)活化爐及其外置多段加熱爐、活化產(chǎn)物收集器和出料機(jī)構(gòu)； 所述的預(yù)活化反應(yīng)器包括進(jìn)料倉(cāng)、螺桿擠出室和氣固分離室三部分；螺桿擠出室水平設(shè)置，其出料端與垂直設(shè)置的氣固分離室相連，在氣固分離室外和靠近氣固分離室的螺桿擠出室筒體外設(shè)有外部電加熱套，其中螺桿擠出筒體加熱段的長(zhǎng)度約為其總長(zhǎng)度的1/2 ；氣固分離室下部和上部分別設(shè)有惰性載氣進(jìn)、出口 ；氣固分離室底端通過(guò)螺旋出料機(jī)與立式活化爐頂端相連； 所述的活化爐為立式圓筒形連續(xù)活化爐；活化爐內(nèi)由上至下設(shè)多層等距水平平行排列的料板，料板上開有多個(gè)下料孔，多個(gè)下料孔呈扇形排列，其中扇形圓心角a介于3(T160% ;下料孔的總開孔率為料板面積的59^40% ;相鄰兩層料板的扇形下料口的位置錯(cuò)開角度P，其中P大于扇形圓心角ct但不超過(guò)180° ; 活化爐中心有一轉(zhuǎn)軸，由設(shè)于活化爐上部或下部的調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)；相鄰兩層料板之間有一與料板垂直的刮板，刮板一端固定在中心轉(zhuǎn)軸上，另一端與炭化爐內(nèi)筒壁留有間隙，刮板下沿貼近料板表面，刮板高度為相鄰兩層料板間距的1/3 2/3 ;相鄰兩層料板間的兩刮板的位置錯(cuò)開角度與上述扇形下料孔的位置錯(cuò)開角度P相同； 活化爐頂端設(shè)有固體物料進(jìn)料口，通過(guò)進(jìn)料管與上部的預(yù)活化反應(yīng)器的螺旋出料機(jī)相聯(lián)；活化爐底端設(shè)固體下料口，通過(guò)下料管和螺旋出料機(jī)與活化產(chǎn)物收集器相聯(lián)；在活化爐下部設(shè)有載氣入口 ；活化爐中上部設(shè)氣態(tài)產(chǎn)物出口 ； 活化爐外置多段加熱爐由至少2段可獨(dú)立控制的環(huán)形加熱爐組成； 活化產(chǎn)物收集器為圓筒形，下端為錐形筒，其下部設(shè)有入水口，其底端與氣密式出料機(jī)相連；活化產(chǎn)物收集器上部設(shè)有氣體和水蒸氣出口 ； 出料機(jī)構(gòu)采用一級(jí)氣密型固體出料閥或兩級(jí)氣密型固體料閥，在兩級(jí)固體料閥之間設(shè)有一料倉(cāng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)堿活化裝置，其特征在于，預(yù)活化反應(yīng)器為螺桿擠出式反應(yīng)器，其中螺桿擠出式為單螺桿擠出式或雙螺桿擠出式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)堿活化裝置，所述的加熱爐為電加熱爐。
4.使用權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)堿活化裝置制備高比表面積活性炭的方法，其特征包括如下步驟:在常壓下，將原料炭與堿KOH按1: f 4的質(zhì)量比在混捏機(jī)中混合均勻；將混捏得到的堿炭固體混合物連續(xù)加入預(yù)活化反應(yīng)器中在惰性載氣保護(hù)下進(jìn)行預(yù)活化，得到預(yù)活化的固體物料；將預(yù)活化的固體物料連續(xù)送入立式活化爐上部，在立式活化爐內(nèi)置刮板推動(dòng)和固體物料自身重力作用下，所述固體物料由上至下以螺旋形或Z字形下降的運(yùn)行軌跡依次經(jīng)過(guò)在垂直方向上平行排列的多層水平布置的料板，經(jīng)歷升溫、恒溫和降溫三個(gè)階段，完成活化過(guò)程，所得到的活化產(chǎn)物從活化爐下部的連續(xù)送入活化產(chǎn)物收集器；活化過(guò)程的載氣從活化爐底部通入，與固體物料逆流接觸，與活化過(guò)程產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物一起，從活化爐上部氣體出口引出；在活化產(chǎn)物收集器下部通入水，與活化產(chǎn)物逆流接觸，使殘留在活化產(chǎn)物中的K轉(zhuǎn)化為K0H，同時(shí)產(chǎn)生H2氣，并使活化產(chǎn)物冷卻，所產(chǎn)生的H2氣和水蒸氣從活化產(chǎn)物收集器上部引出；冷卻后的活化產(chǎn)物從產(chǎn)物收集器排出，用水洗滌至濾液呈中性后，在10(Tl2(rC之間干燥廣3h，得到高比表面積活性炭產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述的混合過(guò)程加入不超過(guò)原料炭和KOH總質(zhì)量的15%的水或乙醇水溶液作為混捏助劑，混捏溫度控制為10(T25(TC，混捏時(shí)間控制在·0.5 1.5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述的預(yù)活化在螺桿擠出式連續(xù)預(yù)活化反應(yīng)器中進(jìn)行；堿炭混合物在被螺桿推進(jìn)過(guò)程中被逐漸加熱到40(T55(TC，在此過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)，所產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物在惰性載氣攜帶下與預(yù)活化后的固體物料快速分離后外送。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的活化過(guò)程中固體物料的升溫和恒溫是通過(guò)立式活化爐的外置多段加熱爐控制加熱實(shí)現(xiàn)的，其中固體物料在恒溫段的溫度控制在76(T860°C之間，固體物料在恒溫段的停留時(shí)間控制在0.2 2.5h ;固體物料的降溫主要是由立式活化爐下部引入的載氣與固體物料的熱交換以及通過(guò)活化爐爐體的散熱而實(shí)現(xiàn)的；活化爐上部的氣體出口設(shè)置在固體物料升溫段，該部位的氣體的溫度控制在43(T550°C之間；在氣體出口 和載氣入口之間，固體物料和載氣之間是逆流接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7所述的方法，其特征是，所述的原料炭是石油焦、浙青焦、中間相炭微球、無(wú)煙煤、煤的炭化物、堅(jiān)果殼及核的炭化物、高分子有機(jī)物的炭化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7所述的方法，其特征是，所述的活化過(guò)程的載氣是H2與惰性氣體的混合氣體，惰性氣體是N2或Ar。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，所述的活化過(guò)程的載氣是H2與惰性氣體的混合氣體，惰性氣體是N2或Ar。
全文摘要
一種用于制備高比表面積活性炭的連續(xù)堿活化裝置及方法，將混合均勻的堿炭混合物依次經(jīng)過(guò)預(yù)活化反應(yīng)器、連續(xù)活化爐、活化產(chǎn)物收集器分別進(jìn)行預(yù)活化、活化及鉀單質(zhì)轉(zhuǎn)化處理，得到活化產(chǎn)物；活化產(chǎn)物再經(jīng)酸洗、水洗、干燥得到最終活性炭產(chǎn)品。在連續(xù)立式活化爐內(nèi)，堿炭混合物與載氣連續(xù)逆向流動(dòng)接觸，經(jīng)歷升溫、恒溫和降溫段，使在活化過(guò)程生成的單質(zhì)鉀最大限度地在活化爐內(nèi)循環(huán)，從而強(qiáng)化鉀對(duì)炭中石墨微晶的插層作用，促進(jìn)炭的活化，提高堿的活化效果及利用效率，提高活性炭產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低堿耗和生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。同時(shí)，連續(xù)活化裝置中還設(shè)置了活化產(chǎn)物收集器以進(jìn)行K單質(zhì)的安全轉(zhuǎn)化，有利于消除活化產(chǎn)物中殘留的K帶來(lái)的安全隱患。
文檔編號(hào)C01B31/12GK103072985SQ201310010110
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者徐紹平, 肖榮林, 李慶學(xué), 歐陽(yáng)少波, 張如君, 全翠 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)