一種基于多段耙式爐的煤基活性炭活化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤基活性炭制備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多段耙式爐的煤基活性炭活 化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于活性炭具有高度發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)和極大的比表面積，其應(yīng)用范圍從用于食品 和醫(yī)藥的脫色與除味、防毒面具，發(fā)展到大規(guī)模用于溶劑精制與回收、水深度處理、煙氣凈 化、血液凈化等，對活性炭的性能也提出了新的、更高的要求。
[0003] 另外，粉狀活性炭雖然具備較發(fā)達的微孔和中孔，但是由于其粉狀形態(tài)，限制了應(yīng) 用領(lǐng)域。在活性炭生產(chǎn)中，以煤為原料制備煤基活性炭的方法已被廣泛應(yīng)用，然而大多數(shù)煤 粉成型技術(shù)仍需要添加煤瀝青等粘結(jié)劑，不僅增加成本，而且在活性炭生產(chǎn)中，煤瀝青等的 殘留物還會堵塞活性炭的孔隙；或者煤粉原料中加入粘結(jié)性煤，而由于大量粘結(jié)性煤的加 入，在炭化過程中容易發(fā)泡，不利于提高活性炭的品質(zhì)。
[0004] 此外，為了使得到的活性炭在使用時具有較高強度，通常需要在煤進行炭化活化 前進行成型處理，以使原料煤成型并進而制備高強度活性炭?，F(xiàn)有的煤質(zhì)成型活性炭主要 包括圓柱狀顆?；钚蕴?、壓塊狀顆?；钚蕴亢推扑闋罨钚蕴康取?br>[0005] 對于高強度的成型粒料，特別是在成型過程中未添加粘結(jié)劑和粘結(jié)性煤的成型粒 料，容易在制備活性炭的過程中影響揮發(fā)份的逸出以及活化用氣體向內(nèi)部孔隙的擴散，導(dǎo) 致制備的活性炭的產(chǎn)品較差，總體吸附能力偏弱。例如，CN1033262A公開了一種制備活性炭 的方法，包括將無粘結(jié)性煤粉碎至1〇μπι以下然后進行壓制成型。該專利指出原煤粉碎后的 粒徑越小，越有利于增加微粒之間單位重量的接觸點的數(shù)目，以增加顆粒中亞微粒之間的 粘合力。然而，煤粉粉碎粒徑越小，其團聚可能性越大，考慮到后續(xù)壓制成型需要水分，因此 水分控制難度大，并且粉碎難度也大，對設(shè)備要求高，難以推廣利用。同時，研究發(fā)現(xiàn)，煤粉 粒徑太細，容易導(dǎo)致壓塊成型后其內(nèi)部孔隙過細，在制備活性炭時影響后續(xù)炭化揮發(fā)份的 逸出以及活化用氣體向內(nèi)部孔隙的擴散。
[0006]如此，傳統(tǒng)方法制備的煤質(zhì)顆粒活性炭不能完全滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于多段耙式爐的煤基活性炭活化方法，以提高煤質(zhì) 顆粒活性炭的品質(zhì)。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種基于多段耙式爐的煤基活性炭活化方法，利用多段耙式爐對炭化料進行活化 處理，以制備煤基活性炭;所述炭化料為煤炭成型粒料經(jīng)過氧化處理和炭化處理所得;所述 多段耙式爐設(shè)有15~20層，其中自上至下第1至4層為升溫段、倒數(shù)第1至2層為降溫段，其余 為活化段;所述活化段和降溫段的各層均設(shè)有空氣進口和水蒸汽進口；活化時，通過調(diào)節(jié)空 氣和水蒸氣的進氣量來調(diào)節(jié)所述活化段和降溫段各層的溫度，以使所述活化段各層的溫度 為880°C~920°C，并且物料在落入所述降溫段后溫度逐步降低;所述水蒸氣的用量為所述 炭化料進料質(zhì)量的3~4倍;物料在所述活化段內(nèi)的停留時間為3~8小時。
[0010]所述多段耙式爐為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，例如炭化料從多段耙式活化爐頂中央 進料，落入活化爐第一層，在第一層的耙齒攪動下由內(nèi)向外移動，然后由第一層外側(cè)的料孔 落入活化爐第二層，然后在第二層的耙齒攪動下由外向內(nèi)翻動，并由第二層中央的料孔落 入下一層;依次類推，直到落入活化爐底層爐床，最后經(jīng)底部的出料口卸出。
[0011] 在本發(fā)明中，所述活化段和降溫段的各層均設(shè)有空氣進口和水蒸汽進口，以便引 入空氣和水蒸氣。其中，利用空氣作為活化劑時，空氣中的氧氣與炭發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一 氧化碳或二氧化碳，兩者皆為放熱反應(yīng)，會導(dǎo)致活化段溫度升高;而利用水蒸氣作為活化劑 時，水與炭發(fā)生還原反應(yīng)氫氣和一氧化碳，會吸收熱量，會導(dǎo)致活化段溫度降低。因此，本發(fā) 明同時利用空氣和水蒸氣作為活化劑，從而可以分別利用兩者各自的放熱反應(yīng)和吸熱反 應(yīng)，在活化時通過調(diào)節(jié)空氣和水蒸氣的進氣量來調(diào)節(jié)所述活化段和降溫段各層的溫度，以 使所述活化段各層的溫度為880°c~920°c，g卩，當活化段某一層的溫度低于880°C時可以相 應(yīng)地增加空氣進量或減少水蒸氣進量;而當某一層的溫度高于920°C時可以相應(yīng)地減少空 氣進量或增加水蒸氣進量，從而使活化段溫度成功穩(wěn)定在880°C~920°C。根據(jù)本發(fā)明的煤 基活性炭活化方法，優(yōu)選地，所述活化段各層的煙氣中水蒸氣的含量為40~50vol%;優(yōu)選 地，C0含量不小于2vol%，進一步優(yōu)選為2vol%~5vol%，以提高活化效果。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的煤基活性炭活化方法，優(yōu)選地，所述煤炭成型粒料為原料煤經(jīng)過壓 塊成型得到，或者原料煤經(jīng)過壓塊成型后再破碎造粒得到，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，即使經(jīng)過 破碎造粒，破碎后的粒料仍具有高強度。對物料進行破碎造?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員所 熟知的那些方式，例如采用破碎機進行破碎造粒，優(yōu)選地，通過造粒是物料粒徑在1mm~ 10mm，更優(yōu)選6 · 7mm~8mm之間。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的煤基活性炭活化方法，優(yōu)選地，所述原料煤為無粘結(jié)性煤，其壓塊成 型過程包括：
[0014] a、將原料煤進行粉碎以得到煤粉的步驟，所述煤粉的平均粒徑不小于20μπι，其中， 粒徑不大于80μηι的煤粉含量不小于90wt% ;粒徑為40μηι~80μηι的煤粉含量不小于10wt% ;
[0015] b、將步驟a得到的煤粉送入壓塊成型設(shè)備的給料倉內(nèi)，并對所述給料倉內(nèi)的物料 進行脫氣處理的步驟；
[0016] c、使所述給料倉內(nèi)物料的溫度為50 °C~100 °C、水分含量為2wt %~8wt %的調(diào)節(jié) 步驟;和
[0017] d、將所述給料倉內(nèi)的物料送入成型設(shè)備進行壓塊成型的步驟。
[0018] 所述無粘結(jié)性煤為本領(lǐng)域所熟知，即，按粘結(jié)指數(shù)G分類，0~5為無粘結(jié)性煤，5~ 20為弱粘結(jié)性煤，20~50為中等偏弱粘結(jié)性煤，50~65為中等偏強粘結(jié)性煤，大于65為強粘 結(jié)性煤。
[0019] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，原料煤的粘結(jié)指數(shù)越高，越有利于成型制備強度較高的型 煤，而原料煤的粘結(jié)指數(shù)越低，則成型制備強度較高的型煤的難度越大。本發(fā)明的成型方法 特別適用于以無粘結(jié)性煤或以無粘結(jié)性煤為主的原料煤的成型，例如，所述原料煤全部為 無粘結(jié)性煤，或者所述原料煤中無粘結(jié)性煤的含量大于50wt%，比如為60wt%、70wt%、 80wt%或90wt%，其余部分可以是弱粘結(jié)性煤等。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述無粘結(jié)性煤的 粘結(jié)指數(shù)為< 2,例如為0、1或2。
[0020] 在上述成型過程中，步驟a為對原料煤進行粉碎以得到具有特定粒度分布的煤粉。 研究發(fā)現(xiàn)，當所述煤粉具有上述力度分布時，在成型過程中可以實現(xiàn)不同粒徑煤粉的合理 級配，提高成型強度。優(yōu)選地，步驟a所得的煤粉中，粒徑不大于80μπι的煤粉含量不小于 95wt% ;粒徑不大于40μπι的煤粉含量不小于70wt% ;進一步優(yōu)選地，所述煤粉的平均粒徑為 20μηι~40μηι，例如30μηι;更優(yōu)選地，所述煤粉的粒徑不大于200μηι，例如不大于150μηι，或者不 大于100μπι。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，可以通過選用相應(yīng)的標準篩對粉碎后的原料煤進行篩 分，從而得到具有上述粒度分布的煤粉。當然，本領(lǐng)域人員理解，本發(fā)明的原料煤在使用前 最好經(jīng)過脫除矸石和/或降低灰分等處理，例如使灰分含量不大于6wt %，例如3wt %。
[0021] 在上述成型過程中，步驟b為將所述煤粉送入壓塊成型設(shè)備的給料倉內(nèi)，并對所述 給料倉內(nèi)的物料進行脫氣處理，以減少煤粉顆粒間及表面吸附的空氣，從而有利于提高成 型強度。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，可以通過對所述給料倉進行抽氣(或抽真空）以達到脫氣的 目的，例如可以在所述給料倉的頂部和/或側(cè)壁上設(shè)置濾板(確保氣體能逸出而煤粉不會逸 出），在所述濾板背面連接抽真空設(shè)備，以使煤粉中吸附的氣體通過濾板及真空系統(tǒng)排出。 優(yōu)選地，步驟b中，所述給料倉內(nèi)的壓力為負壓，其負壓為0~3kPa(本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，由 于是負壓，其中〇這一端點值不可包含在內(nèi)），例如〇.6kPa、lkPa或2kPa進一步優(yōu)選地調(diào)節(jié)所 述給料倉的負壓為2.5kPa~3kPa。
[0022] 在上述成型過程中，步驟c為對所述煤粉的溫度和水分進行調(diào)整，以使所述給料倉 內(nèi)物料的溫度為50 °C~100°C、水分含量為2wt %~8wt % ;優(yōu)選地，使所述給料倉內(nèi)物料的 溫度為70°C~85°C、水分含量為2wt%~6wt%。其中，合理的水分含量可在后續(xù)的壓制成型 過程中起到物