專利名稱：化學催化法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性炭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于活性炭的制備，具體涉及一種生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性炭的化學催化法。
生產(chǎn)活性炭的方法基本上有兩種-物理法和化學法。物理法以泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤或有機物(如有機纖維、塑料)等為原料，經(jīng)高溫炭化，水蒸汽或CO2活化而成。炭化過程放出裂解氣造成大氣污染，活化過程過熱蒸汽溫度不夠高時影響產(chǎn)品的質(zhì)量，而且建廠投資十分巨大，如年產(chǎn)300-500噸活性碳需投資400萬元?；瘜W法是以化工原料與含碳物質(zhì)化合或混合后再高溫炭化活化而制備活性碳的方法。國內(nèi)翻譯出版的“活性炭”一書，介紹了大量的實驗工作，化工原料已擴大到幾十種，一般地說化學法生產(chǎn)的煤質(zhì)活性炭較物理法生產(chǎn)的活性炭為優(yōu)，但在高溫(800-1200℃)炭化活化時，對設備腐蝕極為嚴重，因此，目前尚未見到大工業(yè)生產(chǎn)的報導。
本發(fā)明的目的在于提供一種投資少、成本低、無污染、抗腐蝕，以煤為原料在工業(yè)上生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性炭的化學催化法。
本發(fā)明生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性炭的化學催化法的步驟是(1)將原料煤粉碎至一定粒度，(2)將粉煤進行化學處理，(3)干燥成型，(4)炭化活化，(5)漂洗回收化工原料，(6)酸洗后調(diào)節(jié)產(chǎn)品的PH值，(70)產(chǎn)品、干燥、篩分及包裝。
所述的原料煤一般采用含有大量腐植酸的風化煤，若采用無煙煤時，需要以一定比例的的上述煤種為粘結(jié)劑。各種煤的粉碎粒度如下風化煤40目以下，褐煤120目以下，泥煤漂洗除砂后粉碎至80目以下。無煙煤粉碎至180目以下。所述的化學處理為將粉碎后的原料煤與化工原料的溶液混合，加熱進行化學反應。所用的化工原料包括工業(yè)純的KOH、NaOH、K2CO3、Na2CO3、K2S、Na2S、KSCN、CaCO3(輕質(zhì))、芒硝、硫磺、磷酸鹽等。以原料煤的重量為基準，化工原料的重量為煤重的10%-45%，其多少根據(jù)原料煤的種類及活性炭的類型而定，炭化活化后用水漂洗回收化工原料，用水量為煤重的3-10倍。這些漂洗廢水再用作化學處理與原料配制煤漿添加化工原料時，要從應加的化工原料中扣除廢水中所含的化工原料量。按上述比例配成的化工原料的水溶液，加熱煮沸后，加入原料粉煤，在80-100℃下，化學反應0.5-1小時，不斷攪拌，使之成為漿狀。在反應器中自然降溫、沉降，除去底部的泥砂備用。
所述的干燥成型，可以是將上述的漿狀物直接風干或在100℃-120℃下烘干;亦可以將所述的漿狀物先成型后風干或烘干。
本發(fā)明的特征在于所述的炭化活化是將干燥成型后的物料裝在加蓋的非金屬罐中，然后將其置于溫度可達700-1200℃的各種加熱爐中間接加熱，使物料炭化活化。
所述的非金屬材料罐可以是市售的各種形狀的石墨罐、砂罐、耐火材料罐，為防裂耐腐，所述的裝料罐升溫至50-100℃后用水玻璃浸透后涼干備用;裝料罐的形狀和大小是影響活性炭孔徑分布及比表面的重要因素之一，如制造中孔發(fā)達的活性炭時，采用A形罐，其直徑＞20cm，高＞25cm，呈園柱形，而B形罐，其直徑＜20cm，高＜25cm;裝料罐的封口方法為對于制造普通活性炭，直接加同樣材質(zhì)的封蓋，用耐火土封住縫隙，并留有氣孔。對于制造特殊的活性炭，為防止炭化活化后降溫過程中氧氣吸入罐內(nèi)氧化產(chǎn)品活性炭，可在上述的氣孔上，連接一個高7cm、直徑5cm的小管，內(nèi)裝普通活性炭，降溫過程中，被吸入罐內(nèi)的空氣先由它除氧，以免引起產(chǎn)品活性炭的氧化。當然，亦可以將所述的柱狀裝料罐，用孔板隔為幾層，上層的用作除氧，然后分層收取質(zhì)量略有差別的特殊活性炭，用作不同的目的。
所述的加熱爐可以是倒煙窯、轉(zhuǎn)盤窯以及窯內(nèi)溫度分布均勻的各種土磚窯。
所述的炭化活化過程一次完成，其步驟如下a.裝有物料的裝料罐按要求封口后，以花字形裝入窯內(nèi)，罐距爐頂50-100cm，距爐壁30-50cm，以保證受熱溫度均勻。
b.罐與罐接觸處用草紙或植物桿隔開，以免高溫時將罐燒結(jié)在一起。
c.爐內(nèi)溫度從室溫升至700-1200℃約需4-40小時，然后恒溫0.5-6小時，自然降至室溫后將罐取出。
所述的漂洗回收化工原料的步驟如下a.將冷卻后炭化活化料倒入漂洗池。
b.用熱水分4-6次漂洗，總用水量為原料煤重量的3-10倍。
c.全部漂洗廢水計量并測定水中化工原料的含量，計算出化工原料在全部廢水的量，再添加一定量的化工原料，使之達到額定值，以備配料時使用。
所述的酸洗及PH值的調(diào)節(jié)為將漂洗后的物料烘干，用50-100℃的濃硫酸或濃硝酸浸泡1-4小時除去物料中的氰化物、硫化物等有害物質(zhì)，物料用水沖洗兩次，再用NH4HCO3沖洗兩次，廢水用NH4HCO3調(diào)節(jié)PH值后，直接用于灌溉或濃縮烘干后做成復合肥料。
所述的產(chǎn)品干燥、篩分及包裝是將酸洗、水洗后的產(chǎn)品風干或在100-120℃烘干，碾碎，篩分，最后包裝成品。
在進行所述的化學處理時，用作不同的目的活性炭產(chǎn)品所用的原料不同，所用化工產(chǎn)品及其量亦也不同。
用作合成聚乙烯醇過程中醋酸乙烯合成時的催化劑載體活性炭的制造，原料煤要采用含有50%以上腐植酸的風化煤或者由含腐植酸的風化煤或褐煤等抽提出來的腐植酸為原料，所用化工原料氫氧化鉀的含量為原料煤重的35-50%。
用作采金業(yè)中提取金、銀的活性炭的所用原料為純腐植酸或含58%以上腐值酸的風化煤，化工原料KOH重量為原料煤重的35-50%，炭化活化溫度為850-1000℃，為了提高其強度，再在1000-1250℃焙燒一次。用作氣體分離及小分子的有機物的氣相、液相吸附的微孔活性炭的制造，所用化工原料KOH重量為原料重量的25-45%，炭化活化溫度650-850℃。
本發(fā)明的工業(yè)實驗表明，其技術效果和經(jīng)濟效益是顯而易見的。
(1)采用罐裝窯式爐加熱的化學催化法，解決了一般化學法普遍存在的設備高溫腐蝕的問題，為大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎。
(2)該法不存在裂解氣、焦油、ZnCL4及酸廢水等對環(huán)境的污染。
(3)該法用燃煤窯式爐加熱，炭化活化一步完成，始終不用一度電，有利于缺電地區(qū)上馬。
(4)該法的原料可以是各種類型的煤風化煤、泥煤、褐煤或無煙煤等，原料來源廣泛、成本低。
(5)該法的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，有的可達木質(zhì)(椰殼、杏殼、桃殼等)活性炭的水平，可制成用途不同的系列產(chǎn)品。
(6)該法設備投資少，生廠規(guī)模相同時，其投資不足物理法生產(chǎn)活性炭投資的10%。
(7)該法生產(chǎn)技術容易掌握，適于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)上馬。
實施例11.風化煤粉碎至40目下，2.化學處理取漂洗廢水600kg，內(nèi)含KOH28kg，再加KOH(工業(yè)純)12kg，加熱溶解至沸，將100kg40目的風化煤在不斷攪拌的情況下反應1小時，自然冷卻、沉降、除去底部泥沙，3.成型干燥上述漿狀物經(jīng)柱壓機擠壓成直徑為2.5mm的條狀物，經(jīng)風干或100-140℃烘干，亦可以將漿狀物直接風干或烘干成塊狀物粉碎后備用，4.炭化活化裝入B型砂罐，耐火土封口留氣孔，花字形排列裝入倒煙窯，距頂80cm，距壁30cm，在24-36小時內(nèi)升溫至1000℃，恒溫3小時，自然冷卻降至室溫，5.漂洗回收化工原料用6倍淤煤重的熱水分5次沖洗，廢水計量，檢測后備用，6.調(diào)PH值漂洗后的活性炭在100℃下用濃H2SO4浸泡4小時，除去雜質(zhì)，抽干、用水沖洗兩次，再用(NH4)2CO3沖洗兩次，廢水用碳酸氫銨調(diào)PH值后制成復合肥料。
7.產(chǎn)品干燥、篩分及包裝。
該產(chǎn)品可能作為氣相吸附或催化載體活性炭使用，其性能與同類產(chǎn)品對比如下項目 本產(chǎn)品 美國BPL炭 國產(chǎn)新華DX-15比表面(m2/g) ＞1000 1050-1150 1000碘值(mg/g) 1049 ＞＝1050 ＞1000CCL吸附量(%) ＞65 ＞＝60 /堆密度(g/cm3) 0.4 0.48 0.42耐磨強度(%) ＞96 90.93 ＞80灰分(%) 12-14 ＜10 12實施例2把實施例1中第四步的B形砂罐改為A型其它步驟及配比相同。所得產(chǎn)品為液相吸附活性炭，其性能指標對比如下項目 本發(fā)明 美國F活性炭 日本X-700活性炭比表面(m2/g) ＞1000 850-900 1048堆密度(g/cm3) 0.4 0.5-0.6 0.458碘值(mg/g) 1040 850-900 1040酚值(mg/g) ＞190 / 230亞甲蘭吸附值(mg/g) ＞250 200-240 195耐磨強度(%) ＞95 80-85 93實施例3所用化工原料KOH總重量為43kg，其他配比及步驟與實施例1相同。產(chǎn)品用作載體活性炭，其性能對比如下
項目 本發(fā)明 桃、杏殼炭 椰殼炭堆密度(g/cm3) 0.39 - 0.38-0.42醋酸吸附量(mg/g) ＞＝580 550 600醋酸鋅吸附量(mg/100ml) ＞-6.8 6.0 7.0耐磨強度(%) ＞80 - 75實施例4配比、步驟同實施例1，所不同的是將所說的活性炭再以炭化活化的方法再重復一次干餾，第一次炭化活化溫度為900℃，第二次干餾溫度為1200℃。所得產(chǎn)品用作提取金銀的活性炭，其性能對比如下項目 本發(fā)明 蘇聯(lián)專利產(chǎn)品微孔孔容 0.7cm3/g 0.3cm3/cm3中孔孔容 0.3cm3/g 0.09cm3/cm3大孔孔容 0.24cm3/cm3耐磨強度(%) ＞97 91實施例5所用KOH量為35kg，炭化活化溫度為700℃，其他配比步驟同實施例1，所得活性炭的性能如下10A以下微孔孔容(cm3/g) ＞60中孔孔容(cm3/g) 0.036比表面(m2/g) ＞800耐磨強度(%) ＞95所用化工原料為NaOH，重量為15kg，炭化料裝罐前先在罐的底部裝一層輕質(zhì)CaCO3，其他同實施例1。產(chǎn)品性能如下碘值(mg/g) ＞800亞甲蘭吸附值(mg/g) ＞180耐磨強度(%) ＞95
實施例7原料為40目以下的風化煤和120目以下的無煙煤，按重量1∶1混合而成，將B型罐改為A型罐，其他配比及步驟同實施例1。
產(chǎn)品性能指標為比表面(m2/g) ＞750碘值(mg/g) ＞800耐磨強度(%) 91實施例8原料為40目以下的風化煤與120目以下的褐煤按重量比1∶1混合而成，其它配比及步驟同實施例1。品性能為碘值(mg/g) ＞800亞甲蘭吸附值(mg/g) ＞180耐磨強度(%) ＞9權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性碳的化學催化法，它的步驟包括(1)原料煤粉碎至一定粒度，(2)化學處理，(3)干燥成型，(4)炭化活化，(5)漂洗回收化工原料，(6)酸洗后調(diào)PH值，(7)產(chǎn)品干燥、篩分、包裝，其特征在于所述的炭化活化是將物料裝入非金屬罐內(nèi)，在窯式爐內(nèi)間接加熱，一步完成炭化活化。
2.如權(quán)利要求1所述的化學催化法，其特征在于所述的非金屬罐為石墨罐、砂罐或耐火材料罐。
3.如權(quán)利要求1和2所述的化學催化法，其特征在于所述的窯式爐為倒煙窯、盤式窯或各種土磚窯。
4.如權(quán)利要求1所述的化學催化法，其特征在于所述的酸洗是采用濃硫酸或濃硝酸在50℃-100℃浸泡1-4小時。
5.如權(quán)利要求1所述的化學催化法，其特征在于所述的原料為含50%以上腐植酸的風化煤或者是風化煤或褐煤抽提出的腐植酸，化工原料KOH為煤重的35-50%。
6.如權(quán)利要求1所述的化學催化法，其特征在于所述的原料純腐植酸或含腐植酸58%以上的風化煤，化工原料為煤重的35-50%，炭化活化溫度為850-1000℃，其后的干餾溫度為1000-1250℃。
7.如權(quán)利要求1所述的化學催化法，其特征在于所述的化工原料KOH為煤重的25-45%，炭化活化溫度為650-850℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)活性炭的化學催化法，它以煤粉為原料，煤與化工原料混捏成型，裝在非金屬罐中，在窯式爐內(nèi)間接加熱一次炭化活化，然后漂洗回收化工原料重復使用。該方法解決了設備高溫腐蝕等問題，為工業(yè)化奠定了基礎。此外，本法還有無污染、不用電、投資少、易掌握等特點。產(chǎn)品活性炭可作為催化劑載體，亦可作為吸附劑用于多種化工過程等。
文檔編號C01B31/08GK1056663SQ90103828
公開日1991年12月4日 申請日期1990年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月23日
發(fā)明者任勇謙 申請人:任勇謙