專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)法制活性炭的活化爐及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是為木屑用氯化鋅、磷酸等化學(xué)活化劑活化制造活性炭提供一種新型的活化爐及操作方法。
在工業(yè)生產(chǎn)上，木屑用氯化鋅、磷酸等活化劑活化制造活性炭的活化爐都為回轉(zhuǎn)爐和平板爐。在回轉(zhuǎn)爐中，物料用與其逆流的燃燒氣直接加熱，活化劑容易分解、氣化，消耗高，并且嚴(yán)重污染環(huán)境。平板爐由耐火磚砌成，用燃燒氣間接加熱物料，熱效率很低，燃料消耗很大;間歇操作，熱物料出爐，冷(濕)物料進(jìn)爐，溫度忽高忽低，耐火磚很容易碎裂;物料由手工翻動(dòng)、攪拌，勞動(dòng)強(qiáng)度很大?；瘜W(xué)法活性炭用的多螺桿炭化爐(中國(guó)實(shí)用新型申請(qǐng)88221216.8)，爐中物料由上面輻射遠(yuǎn)紅外線(xiàn)單面加熱，而物料下面爐體為冷卻面，生產(chǎn)效率偏低。封閉式內(nèi)外并熱多層炭活化爐(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)CN88100831A)為手工攪拌的雙層臥式炭活化爐，沒(méi)有廢氣冷凝回收系統(tǒng)，仍然存在間歇操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染嚴(yán)重等問(wèn)題。
我們研究表明，木屑用氯化鋅、磷酸等化學(xué)活化劑活化時(shí)，滲透活化劑溶液的木屑，在加熱干燥、塑化和炭化過(guò)程中所需的熱量占整個(gè)炭活化過(guò)程所需總熱量的87%以上，而最后活化所需的熱量?jī)H占所需總熱量的13%以下。
根據(jù)上述化學(xué)法活化，木屑加熱干燥、塑化、炭化過(guò)程所需的熱量多，而活化過(guò)程所需的熱量很省的特點(diǎn)，汲取回轉(zhuǎn)爐用燃燒氣直接加熱物料，熱效率高，和平板爐用燃燒氣間接加物料，活化劑消耗低，活性炭質(zhì)量好的經(jīng)驗(yàn)而發(fā)明本專(zhuān)利化學(xué)法活性炭活化爐及其操作方法。
本發(fā)明的目的是為木屑用化學(xué)活化劑活化制造活性炭提供1種新型活化爐及操作方法。把活化過(guò)程實(shí)現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)、把化學(xué)法制造活性炭的污染控制在活化過(guò)程之中。把活化劑、燃料的消耗降低至最低水平。生產(chǎn)焦糖色脫色與亞甲蘭脫色力都很好的活性炭。
本發(fā)明提供的活化爐為加熱室與活化室互相間隔重疊成多段的封閉型活化爐。相鄰2個(gè)加熱室由燃燒氣通道溝通，相鄰2個(gè)活化室由下料管溝通。爐內(nèi)設(shè)有耙齒式攪拌器。
同時(shí)本發(fā)明就該設(shè)備提供制造活性炭的操作方法。物料自活化爐頂部加入上層活化室，受耙齒式攪拌器的翻動(dòng)，自上而下呈S形路線(xiàn)逐層下落，從爐底層活化室卸出活性炭。在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生的燃燒氣從爐底進(jìn)入下層加熱室，自下而上呈S形路線(xiàn)上升逐層通過(guò)各層加熱室，從爐頂層加熱室放出。燃燒氣所含的熱量，通過(guò)活化室的爐床板的熱傳導(dǎo)和活化室頂?shù)臓t床板遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻射，或燃燒氣從物料表面流過(guò)直接加熱的上、下2面加熱活化室中的物料，使物料完成干燥、塑化、炭化和活化的過(guò)程。
為了便于理解本發(fā)明，參照附圖敘述如下

圖1 活化設(shè)備流程2 活化爐B-B縱剖面3 活化爐C-C縱剖面4 活化爐A-A橫剖面5 S閥自動(dòng)控制料層厚度與下料的原理圖參照附圖敘述化學(xué)法活性炭活化設(shè)備、流程及操作方法。
活化爐由殼體(4)，爐芯(2、3、22、25、33、37、38)、機(jī)械攪拌系統(tǒng)(7、16、17)和廢氣回收系統(tǒng)(8、9、10、11、12、13、14)4個(gè)部份組成。爐殼體(4)由爐壁(29)、爐底(40)、爐頂(41)構(gòu)成。爐壁(29)分外、中、內(nèi)3層，外層為8-16毫米的鋼板，中層為隔熱層，內(nèi)層為耐溫耐腐蝕的高鋁質(zhì)耐火磚砌成。爐底(40)由鋼板、耐火磚、隔熱層構(gòu)成，架在鋼柱上，附設(shè)封閉式出料器(連接水封水槽)和燃燒室(1)(連接第1個(gè)加熱室)。爐頂(41)由鋼板、隔熱層、耐火磚構(gòu)成，設(shè)進(jìn)料口(6)，連接封閉式螺旋加料器(5)(由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng))和木屑料倉(cāng)、給料器。
爐芯由爐床板A(37)、爐床板B(38)構(gòu)成的活化室(3)與加熱室(2)互相間隔重疊而成，其次序自下而上奇數(shù)室為加熱室(2)、偶數(shù)室為活化室(3)。活化室底床板A(即加熱室頂板)(37)由含氧化鋁質(zhì)耐火材料，或由下半層耐溫合金鑄鐵(鋼)，上半層襯石墨或高鋁混凝土等耐溫耐腐蝕材料構(gòu)成復(fù)合床板?；罨翼敶舶錌(即加熱室底板)(38)為高鋁質(zhì)耐火材料或碳化硅、耐溫合金鑄鐵(鋼)，向下的表面呈波浪形，并涂遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻射涂料，向上表面設(shè)有多條肋翅，提高傳熱效率。活化室的邊壁(即爐殼體)(4)上設(shè)有人孔、窺視孔、溫度計(jì)(26、27)與料位儀(20)的安裝口。加熱室(2)的芯壁為園筒體(22)，把加熱室(2)與中心轉(zhuǎn)軸(7)隔離，邊壁(即爐殼體)上設(shè)有燃燒氣進(jìn)口(21)、燃燒氣出口(19、36)、燃燒氣通道(18、34)、人孔、清灰孔、燒嘴(39)(連接煤氣管M與風(fēng)管F)、溫度計(jì)(熱電偶)。活化室(3)和加熱室(2)上所有人孔、清灰孔、窺視孔、溫度計(jì)與料位儀安裝口都密封不漏氣。上下2個(gè)加熱室由燃燒氣通道(18、34)溝通。上下2個(gè)相鄰的活化室之間，或在邊沿、或在中心轉(zhuǎn)軸附近設(shè)有下料管(25、33)。在下料管(25、33)的上口設(shè)有閘板(32)用以調(diào)節(jié)活化室(3)內(nèi)物料層的厚度和下料速度，控制物料所經(jīng)過(guò)活化爐的活化時(shí)間。或在各層活化室床板的下料管內(nèi)設(shè)置S形閥(42)，自動(dòng)調(diào)節(jié)各層活化室中料層的厚度與下料速度。當(dāng)下層活化室中的物料層薄(料位低)時(shí)，S形閥(42)自動(dòng)開(kāi)大，下料塊，上層活化室中的物料層減薄，下層活化室中的物料層增厚。相反，下層活化室的物料層過(guò)厚，S形(42)閥自動(dòng)關(guān)小，下料少，上層活化室的物料層增厚，而下層活化室的物料層減薄。
在活化爐最下層活化室的下料口，連接水封水槽和噴射泵，噴射經(jīng)冷卻的活化劑回收液，高速流動(dòng)的活化劑回收液，把落入水封水槽內(nèi)的活化炭帶到活化劑回收裝置，回收活化劑，分出活化炭。
機(jī)械攪拌系統(tǒng)(7、16、17)由中心轉(zhuǎn)軸(7)、耙臂(16)、耙齒(17)構(gòu)成。中心轉(zhuǎn)軸(7)由耐溫合金鋼制成，中空，內(nèi)通空氣冷卻，外表包裹隔熱層和護(hù)套。耙臂由耐溫耐腐蝕合金鋼制成，內(nèi)通空氣冷卻，外表加護(hù)套。耙齒由耐溫耐腐蝕的合金鋼或石墨、剛玉制成，其形狀分3種斜板式、犁頭式和刀式，各種耙齒都自動(dòng)緊貼爐床板A的表面耙動(dòng)，分別用以推移物料、鏟松翻動(dòng)物料和切碎物料的團(tuán)塊。中心轉(zhuǎn)軸(7)下端連接減速器和電動(dòng)機(jī)構(gòu)及冷風(fēng)管和鼓風(fēng)機(jī)。中心轉(zhuǎn)軸(7)與爐底(40)交接處用砂封(35)，與爐頂(4)交接處用汽封(28)密封，防止漏氣。
廢氣回收系統(tǒng)分3路第1路，從活化爐(4)中、上部的活化室(3)的活化劑分解產(chǎn)物、揮發(fā)物的排出口，連接石墨冷凝器，或玻璃冷凝器(9、10、11)，冷凝回收氯化鋅和鹽酸蒸汽。第2路，從活化爐(4)頂部的活化室(3)水蒸汽出口，連接石墨冷凝器、或玻璃冷凝器，冷凝捕集水蒸汽和少量鹽酸蒸汽。第3路(在燃燒氣通入上層活化室直接加熱物料的情況下使用)從活化爐頂部活化室排出水蒸汽和燃燒氣混合氣體出口，連接噴淋冷凝塔系統(tǒng)(8、12、13、14)，控制燃燒氣的污染。
本發(fā)明的操作方法。
例一木屑原料用氯化鋅(或磷酸)等活化劑活化制造活性炭。木屑經(jīng)過(guò)篩選、干燥，按常規(guī)方法浸漬氯化鋅溶液(或磷酸溶液)，貯存料槽內(nèi)，由螺旋加料器(5)連續(xù)、定量地加入活化爐最上層活化室(3)，物料在活化室(3)內(nèi)，一邊受斜板式、犁頭式、刀式攪拌耙齒推動(dòng)、鏟松翻動(dòng)和切碎，通過(guò)下料管(25、33)逐層下落，一邊受下面爐床板A熱傳導(dǎo)加熱和上面爐床板B遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻射加熱的上、下2面同時(shí)加熱，使物料中的水份蒸發(fā)，木屑干燥，受活化劑的作用而潤(rùn)脹、塑化、炭化和活化。物料在活化爐內(nèi)的活化時(shí)間，由中心轉(zhuǎn)軸(7)的旋轉(zhuǎn)速度與下料管(25、33)上口的閘門(mén)(32)的啟閉或下料管(25、33)內(nèi)的S形閥自動(dòng)控制。活化炭從活化爐底部卸出，落入水封水槽，用噴射的活化劑回收液帶到活化劑回收裝置。
在活化爐底部的燃燒室(1)燃燒產(chǎn)生的燃燒氣通入活化爐最下層的加熱室(2)，流過(guò)燃燒氣通道(18、34)向上逐層通過(guò)各段加熱室(2)，向上加熱爐床板A(37)、向下加熱爐床板B(38)。各段加熱室(2)的溫度由燒嘴(39)的燃燒強(qiáng)度控制在250-1200℃范圍內(nèi)。
從活化爐中、上部活化室(3)排出數(shù)量很少、純度高、濃度大的活化劑和鹽酸蒸汽，導(dǎo)入第1路冷凝系統(tǒng)的石墨冷凝器(10)冷凝回收。從活化爐頂部活化室排出的水蒸汽和微量的鹽酸蒸汽，導(dǎo)入第2路冷凝系統(tǒng)的石墨冷凝器冷凝回收。廢氣冷凝回收系統(tǒng)的末尾，設(shè)有水射泵，維持活化室(3)呈微負(fù)壓(-1～-10Pa)狀態(tài)。整個(gè)活化爐和活化過(guò)程均無(wú)污染現(xiàn)象。
例二在活化爐的上部不設(shè)加熱室(2)，單由活化室(3)構(gòu)成。從活化爐中部加熱室(2)的燃燒氣往上，通入活化爐上部物料進(jìn)行干燥、塑化階段的活化室(3)內(nèi)，在物料的表面流過(guò)，直接加熱物料，以提高生產(chǎn)效率。因?yàn)樵诟稍?、塑化階段的物料，濕度很大，而燃燒氣的溫度又不高，此時(shí)直接加熱不會(huì)使物料中的活化劑分解、氣化，只能起加速蒸發(fā)水份，干燥物料的作用。
從活化爐頂部活化室排出的水蒸汽和燃燒氣混合氣體，導(dǎo)入第3路冷凝系統(tǒng)，用噴淋塔(8、10)冷凝捕集，控制廢氣污染。其余活化爐的結(jié)構(gòu)和操作方法與例一同。
本發(fā)明的設(shè)備與方法的優(yōu)點(diǎn)。
1.木屑經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間的潤(rùn)脹、塑化、炭化和活化，制得活性炭的焦糖色脫色力和亞甲蘭脫色力特別大。
2.物料在炭活化過(guò)程中，受到連續(xù)攪拌和料層下面的熱傳導(dǎo)加熱與上面的輻射或燃燒氣直接加熱，熱效率和生產(chǎn)效率都很高。
3.活化爐為封閉型，并附設(shè)廢氣冷凝回收系統(tǒng)，活化劑不逸散，不污染環(huán)境?；罨瘎p失量很小。
4.產(chǎn)生小量活化劑蒸汽，濃度高，純度大，冷凝回收可循環(huán)使用。
5.活化炭松散，不結(jié)團(tuán)，有助其中活化劑的萃取回收。
6.活化爐機(jī)械化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，連續(xù)化作業(yè)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
權(quán)利要求
1.由多個(gè)活化室與加熱室構(gòu)成間接加熱和連續(xù)機(jī)械攪拌的化學(xué)法制活性炭活化爐。其特征在于立式多段活化爐由床板A、B分隔成的活化室(3)與加熱室(2)互相間隔重疊而成立式活化爐，自下而上奇數(shù)層為加熱室(2)，偶數(shù)層為活化室(3)，活化室(3)設(shè)有由中心轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)緊貼爐床板A(37)的攪拌耙齒(16)，加熱室(2)設(shè)有燒嘴(39)或燃燒室(1)，活化爐中、上部的活化室出氣口接石墨冷凝器(10)，活化爐頂部的活化室出氣口接石墨冷凝器或噴淋冷凝塔(8、12)，爐頂(4)設(shè)有封閉型加料器(5)，爐底設(shè)有封閉型出料器，整個(gè)活化爐為封閉型。
2.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于相鄰上下2層加熱室(2)，由燃燒氣出口(36)、燃燒氣通道(34)和燃燒氣進(jìn)口(21)連接。
3.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于相鄰上下2層活化室(3)，由下料管(25、33)連接。
4.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于在下料管(25、33)上口設(shè)有閘板(32)。或在下料管(25、33)內(nèi)設(shè)有S形閥(42)。
5.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于攪拌耙齒(16)的形狀為犁頭形、斜板形和刀形，自動(dòng)緊貼爐床板A(37)的表面移動(dòng)。
6.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于活化爐(4)底部設(shè)有燃燒室(1)。
7.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于各段加熱室(2)安裝有燒嘴(39)。
8.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于爐床板A(37)為高鋁質(zhì)耐火材料。
9.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于爐床板A(37)，下半層為耐溫合金鋼鐵，上半層襯石墨或高鋁混凝土的復(fù)合結(jié)構(gòu)爐床板。
10.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于爐床板B(38)為高鋁質(zhì)耐火材料，或碳化硅，耐溫合金鑄鐵(鋼)，向下表面呈波浪形，并涂輻射遠(yuǎn)紅外線(xiàn)涂料，向上表面設(shè)有多條肋翅。
11.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于活化室(3)安裝料位探測(cè)儀(20)。
12.按權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于最下層活化室的下料口，連接活化劑回收液噴射泵。
13.提供1種適合權(quán)利要求1所述的活化爐生產(chǎn)活性炭的操作方法，化學(xué)活化劑溶液滲透的木屑在連續(xù)機(jī)械攪拌的多段活化爐中加熱，經(jīng)過(guò)干燥、潤(rùn)脹、塑化、炭化和活化制得活性炭，其特征在于物料在活化爐內(nèi)走活化室(3)、下料管(25、33)，受活化室底的爐床板A(37)熱傳導(dǎo)加熱與活化室頂爐床板B(38)輻射遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱，或燃燒氣流直接加熱的上、下2面加熱。燃燒氣走加熱室(2)和燃燒氣通道(34)，在燃燒室內(nèi)向上、向下加熱爐床板A、B(37、38)，加熱室(2)的溫度控制在250-1200℃。從活化爐(4)中、上部的活化室(3)排出的活化劑揮發(fā)物與分解產(chǎn)物氣體走第1路冷凝回收系統(tǒng)(石墨冷凝器)(9、10、11)。從活化爐頂部活化室(3)排出的水蒸汽走第2路冷凝系統(tǒng)(石墨冷凝器)。從活化爐頂部活化室(3)排出的水蒸汽與燃燒氣混合氣體走第3路冷凝捕集系統(tǒng)(噴淋冷凝塔)(8、12、13、14)。物料在活化過(guò)程中受斜板式耙齒的推移、犁頭式耙齒的鏟松翻動(dòng)和刀式耙齒的切碎。
14.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于活化室(3)內(nèi)物料層厚度由物料位儀(20)探測(cè)，由下料管(25、33)上口的閘板(32)啟閉調(diào)節(jié)。
15.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于活化室(3)內(nèi)物料層厚度由下料管(25、33)內(nèi)的S閥自動(dòng)調(diào)節(jié)。
16.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于加熱室的溫度由燃燒室(1)和燒嘴(39)燃燒強(qiáng)度控制。
17.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于物料在活化爐(4)中自上而下的移動(dòng)速度由機(jī)械攪拌系統(tǒng)(7、16、17)的攪拌速度控制。
18.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于活化室(3)和冷凝回收系統(tǒng)(8、9、10、11、12、13、14)維持微負(fù)壓-1～-10Pa。
19.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于活化爐底層活化室(3)卸出的活化料由噴射泵噴射的活化劑回收液帶走。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種化學(xué)法活化制活性炭的活化爐及其操作方法?；罨癄t是由加熱室與活化室互相間隔重疊而成的立式活化爐?；罨抑械奈锪鲜艿绞业状舶鍩醾鲗?dǎo)和室頂床板遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻射上下雙面加熱和耙齒式攪拌器連續(xù)攪拌?；罨癄t頂部附設(shè)雙路廢氣冷凝系統(tǒng)，分別用于冷凝回收活化劑揮發(fā)物與水蒸汽或水蒸汽與燃燒氣的混合氣體。設(shè)備為連續(xù)作業(yè)，木屑用氯化鋅、磷酸活化劑活化后制得的活性炭的焦糖色、亞甲蘭脫色力都很好，生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有污染，熱能與活化劑消耗很低。
文檔編號(hào)C01B31/12GK1077934SQ9210311
公開(kāi)日1993年11月3日 申請(qǐng)日期1992年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月23日
發(fā)明者項(xiàng)縉農(nóng) 申請(qǐng)人:項(xiàng)縉農(nóng)