氧炭化法工業化煤制活性炭的方法及系統的製作方法
2023-05-22 05:39:06 2
專利名稱：氧炭化法工業化煤制活性炭的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備煤制活性炭的工藝，尤其涉及一種氧炭化法工業化煤制活性炭的方法及系統。
背景技術：
活性炭是一種多孔性炭素材料，具有豐富的孔隙結構和巨大比表面積，被廣泛應用於吸附、分離、催化和電子等諸多領域，特別在環境保護水處理和氣體處理方面活性炭質材料用於煙氣淨化的特點是能同時脫除煙氣中的多種汙染物，如S02、NOx、煙塵粒子、汞、二噁英、吠喃、重金屬、揮發性有機物及其他微量元素等。現有技術中，製備煤制活性炭的工藝，在保證活性炭製品的吸附性能和產品得率的前提下，很難實現大規模工業化生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種既能提高活性炭製品的吸附性能和產品得率，又可以實現大規模工業化生產的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法及系統。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法，包括步驟首先，將煤粉壓塊製成的成型料與氧化空氣發生氧化反應生成氧化料；之後，將所述氧化料進行炭化處理生成炭化料；然後，將所述炭化料經過冷卻和活化處理後製成的活性炭製品。本發明的用於實現上述的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法的系統，包括外熱式氧化爐及其燃燒系統、外熱式炭化爐及其燃燒系統、冷卻和活化處理系統；將煤粉壓塊製成的成型料送入所述外熱式氧化爐，外熱式氧化爐生成的氧化料再進入所述外熱式炭化爐，所述外熱式炭化爐生成的炭化料進入冷卻和活化處理系統。由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明提供的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法及系統，由於在活性炭的預處理工序中，採用氧化工藝和炭化工藝兩道工序，氧化工藝主要起乾燥和氧化作用，去除壓塊成型料中的水分和部分揮發份，並對成型料表面進行氧化，使活性炭製品的吸附性能和產品得率得到提高，可以實現大規模工業化生產。
圖1為本發明的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法的物料工藝流程示意圖；圖2為本發明的氧炭化法工業化煤制活性炭的系統原理示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述。本發明的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法，其較佳的具體實施方式
如圖1所示包括步驟首先，將煤粉壓塊製成的成型料與氧化空氣發生氧化反應生成氧化料；之後，將所述氧化料進行炭化處理生成炭化料；然後，將所述炭化料經過冷卻和活化處理後製成的活性炭製品。所述的氧化空氣採用經加熱後的環境空氣或添加空氣後的熱煙氣。所述氧化反應起乾燥和氧化作用，用於去除所述成型料中的水分和部分揮發份， 並對所述成型料表面進行氧化；所述炭化處理用於將所述氧化料製成半焦，將所述氧化料中的揮發份降低至 22. 0%以下，將所述氧化料的粒度分布範圍控制在10 0. 425mm。本發明的用於實現上述的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法的系統，其較佳的具體實施方式
如圖1所示包括外熱式氧化爐及其燃燒系統、外熱式炭化爐及其燃燒系統、冷卻和活化處理系統；將煤粉壓塊製成的成型料送入所述外熱式氧化爐，外熱式氧化爐生成的氧化料再進入所述外熱式炭化爐，所述外熱式炭化爐生成的炭化料進入冷卻和活化處理系統。所述外熱式氧化爐和外熱式炭化爐均為外熱式迴轉窯。所述的外熱式迴轉窯的內部設置抄板，用於降低壓塊成型料的破損率。所述的外熱式迴轉窯採用分段加熱，使物料的溫度實現線形升溫。所述外熱式炭化爐排放的煙氣作為所述外熱式氧化爐的部分熱源；所述外熱式氧化爐排放的煙氣作為所述外熱式炭化爐的部分熱源，多餘的煙氣作為磨煤機的惰性氣體使用。本發明在炭化處理的基礎上，提出通過氧化工藝，實現提高活性炭製品的吸附率和產品得率的要求，可以實現大規模工業化生產，是一種高效、經濟的大規模工業化煤制活性炭裝置的氧炭化系統預處理方法，在實現大規模工業化生產下活性炭製品的吸附率和產品得率得到提高，並能夠實現節約能源，降低生產成本。下面通過具體實施例對本發明進行詳細的描述本發明主要由外熱式氧化爐、外熱式炭化爐、焚燒爐、換熱器、加熱系統及配套系統組成，按照以下步驟實現經壓塊成型的煤粉，經輸送機送入外熱式氧化爐與大量熱空氣發生接觸，發生的主要是煤的乾燥脫水和釋放出吸附在毛細孔中氣體的脫吸過程，並對成型料表面進行部分氧化。氧化爐生產出的氧化料直接經鏈鬥機輸送進炭化爐，炭化工序是氣體活性法生產活性炭過程中的重要工序之一，該過程是把氧化料在隔絕空氣的條件下進行加熱，使非炭元素減少，以生產出適合活化工序所需的炭質材料的工序，是活化前的準備與基礎。反應以煤的熱分解、縮聚為主，形成膠質體並固化而形成半焦，析出大量的焦油和氣體。氣體產物主要是CH4及其同系物，還有H2、C02、C0及不飽和烴。經氧炭化處理的壓塊成型料製成的活性炭製品，其吸附性能和產品得率均得到提高。設備採用外熱式迴轉窯，加熱系統採用循環供熱，有利於降低能耗。本發明的處理規模可達2萬噸/年以上，實現大規模工業化生產。
所述的壓塊成型料為煤制壓塊成型料，揮發份30 40%，水分 90%，粒度分布範圍6 0. 50mm，堆積比重650 750kg/m3，溫度約200 300°C。氧化爐產出的氧化料經鏈鬥輸送機直接送入炭化爐，隔絕空氣加熱形成焦炭，其中揮發份含量為15. 0 22. 0%， 焦油產率彡2%，硬度彡90%，粒度分布範圍6 0. 50mm，堆積比重為650 750kg/m3，溫度約500 600°C，爐內壓力為100 士201^。炭化爐產出的炭化料直接進入冷卻滾筒，通過脫鹽水冷卻至150°C後輸送至活化系統進行活性炭的製備。氧化爐中氧化空氣與煤基成型料發生反應後形成了氧化尾氣，主要成分為空氣， 含有煤粉、少許揮發份及水分，經除塵後的煙氣排至大氣，收集的煤粉經氣力輸送至壓塊成型系統循環利用。氧化料在炭化爐內經密閉加熱生成了炭化尾氣，主要成分為CH4及其同系物，還有H2、C02、C0及不飽和烴，熱值> 6000kCal/Nm3，經蒸汽引射器增壓至40001 後送入焚燒爐焚燒，產生的高溫煙氣用於發電。氧化爐和炭化爐爐內均設置抄板，以減小成型料的破損。加熱方式均採用分段(6 段)加熱，每段均採用高速燒嘴，以便縮短火焰減小設備尺寸，燃料採用天然氣。氧化爐排出的加熱煙氣一部分經循環風機輸送至磨煤機作為惰性氣體，另一部分輸送至炭化爐的燃燒系統作為部分熱源，此部分煙氣與炭化爐燃燒系統產生的高溫煙氣混合後進入炭化爐進行加熱，加熱後排出的煙氣在換熱器內與氧化空氣進行換熱，換熱後的煙氣經循環風機輸送至氧化爐燃燒系統，與氧化爐燃燒系統產生的高溫煙氣混合後進入氧化爐進行加熱。綜上所述，本發明的實施例中的煤基壓塊成型料經氧化預處理後，消除了塑性和膨脹性，並使封閉的原始空隙被逐漸打開，獲得發達的初始空隙結構，再經炭化處理後，獲得更大的孔隙度，從而使活性炭製備的吸附性和產品得率獲得提高。加熱系統採用分段加熱和循環供熱的方式，設備採用高速燒嘴，從而在保證節能降耗的同時獲得良好的溫度工況。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種氧炭化法工業化煤制活性炭的方法，其特徵在於，包括步驟首先，將煤粉壓塊製成的成型料與氧化空氣發生氧化反應生成氧化料；之後，將所述氧化料進行炭化處理生成炭化料；然後，將所述炭化料經過冷卻和活化處理後製成的活性炭製品。
2.根據權利要求1所述的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法，其特徵在於，所述的氧化空氣採用經加熱後的環境空氣或添加空氣後的高溫煙氣。
3.根據權利要求2所述的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法，其特徵在於，所述氧化反應起乾燥和氧化作用，用於去除所述成型料中的水分和部分揮發份，並對所述成型料表面進行氧化；所述炭化處理用於將所述氧化料製成半焦，將所述氧化料中的揮發份降低至22. 0%以下，將所述氧化料的粒度分布範圍控制在10 0. 425mm。
4.一種用於實現權利要求1、2或3所述的氧炭化法工業化煤制活性炭的方法的系統， 其特徵在於，包括外熱式氧化爐及其燃燒系統、外熱式炭化爐及其燃燒系統、冷卻和活化處理系統；將煤粉壓塊製成的成型料送入所述外熱式氧化爐，外熱式氧化爐生成的氧化料再進入所述外熱式炭化爐，所述外熱式炭化爐生成的炭化料進入冷卻和活化處理系統。
5.根據權利要求4所述的氧炭化法工業化煤制活性炭的系統，其特徵在於，所述外熱式氧化爐和外熱式炭化爐均為外熱式迴轉窯。
6.根據權利要求5所述的氧炭化法工業化煤制活性炭的系統，其特徵在於，所述的外熱式迴轉窯的內部設置抄板，用於降低壓塊成型料的破損率。
7.根據權利要求6所述的氧炭化法工業化煤制活性炭的系統，其特徵在於，所述的外熱式迴轉窯採用分段加熱，使物料的溫度實現線形升溫。
8.根據權利要求7所述的氧炭化法工業化煤制活性炭的系統，其特徵在於，所述外熱式炭化爐排放的煙氣作為所述外熱式氧化爐的部分熱源；所述外熱式氧化爐排放的煙氣作為所述外熱式炭化爐的部分熱源，多餘的煙氣作為磨煤機的惰性氣體使用。
全文摘要
本發明公開了一種氧炭化法工業化煤制活性炭的方法及系統，首先將煤粉壓塊製成的成型料送入外熱式氧化爐與氧化空氣發生氧化反應生成氧化料；之後將氧化料送入外熱式炭化爐進行炭化處理生成炭化料；然後將炭化料經過冷卻和活化處理後製成的活性炭製品。在活性炭的預處理工序中，採用氧化工藝和炭化工藝兩道工序，氧化工藝主要起乾燥和氧化作用，去除壓塊成型料中的水分和部分揮發份，並對成型料表面進行氧化，使活性炭製品的吸附性能和產品得率得到提高，並可以實現大規模工業化生產。
文檔編號C01B31/08GK102153079SQ20111011301
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月3日 優先權日2011年5月3日
發明者吳道洪, 張永勝, 闕志建, 馬委元, 齊景智 申請人:北京華福神霧工業爐有限公司