專(zhuān)利名稱(chēng)：氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備煤制活性炭的工藝，尤其涉及一種氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
活性炭是一種多孔性炭素材料，具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積，被廣泛應(yīng)用于吸附、分離、催化和電子等諸多領(lǐng)域，特別在環(huán)境保護(hù)水處理和氣體處理方面活性炭質(zhì)材料用于煙氣凈化的特點(diǎn)是能同時(shí)脫除煙氣中的多種污染物，如S02、NOx、煙塵粒子、汞、二噁英、吠喃、重金屬、揮發(fā)性有機(jī)物及其他微量元素等?，F(xiàn)有技術(shù)中，制備煤制活性炭的工藝，在保證活性炭制品的吸附性能和產(chǎn)品得率的前提下，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既能提高活性炭制品的吸附性能和產(chǎn)品得率，又可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法，包括步驟首先，將煤粉壓塊制成的成型料與氧化空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化料；之后，將所述氧化料進(jìn)行炭化處理生成炭化料；然后，將所述炭化料經(jīng)過(guò)冷卻和活化處理后制成的活性炭制品。本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)上述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法的系統(tǒng)，包括外熱式氧化爐及其燃燒系統(tǒng)、外熱式炭化爐及其燃燒系統(tǒng)、冷卻和活化處理系統(tǒng)；將煤粉壓塊制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(jìn)入所述外熱式炭化爐，所述外熱式炭化爐生成的炭化料進(jìn)入冷卻和活化處理系統(tǒng)。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法及系統(tǒng)，由于在活性炭的預(yù)處理工序中，采用氧化工藝和炭化工藝兩道工序，氧化工藝主要起干燥和氧化作用，去除壓塊成型料中的水分和部分揮發(fā)份，并對(duì)成型料表面進(jìn)行氧化，使活性炭制品的吸附性能和產(chǎn)品得率得到提高，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法的物料工藝流程示意圖；圖2為本發(fā)明的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖1所示包括步驟首先，將煤粉壓塊制成的成型料與氧化空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化料；之后，將所述氧化料進(jìn)行炭化處理生成炭化料；然后，將所述炭化料經(jīng)過(guò)冷卻和活化處理后制成的活性炭制品。所述的氧化空氣采用經(jīng)加熱后的環(huán)境空氣或添加空氣后的熱煙氣。所述氧化反應(yīng)起干燥和氧化作用，用于去除所述成型料中的水分和部分揮發(fā)份， 并對(duì)所述成型料表面進(jìn)行氧化；所述炭化處理用于將所述氧化料制成半焦，將所述氧化料中的揮發(fā)份降低至 22. 0%以下，將所述氧化料的粒度分布范圍控制在10 0. 425mm。本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)上述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法的系統(tǒng)，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖1所示包括外熱式氧化爐及其燃燒系統(tǒng)、外熱式炭化爐及其燃燒系統(tǒng)、冷卻和活化處理系統(tǒng)；將煤粉壓塊制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(jìn)入所述外熱式炭化爐，所述外熱式炭化爐生成的炭化料進(jìn)入冷卻和活化處理系統(tǒng)。所述外熱式氧化爐和外熱式炭化爐均為外熱式回轉(zhuǎn)窯。所述的外熱式回轉(zhuǎn)窯的內(nèi)部設(shè)置抄板，用于降低壓塊成型料的破損率。所述的外熱式回轉(zhuǎn)窯采用分段加熱，使物料的溫度實(shí)現(xiàn)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，多余的煙氣作為磨煤機(jī)的惰性氣體使用。本發(fā)明在炭化處理的基礎(chǔ)上，提出通過(guò)氧化工藝，實(shí)現(xiàn)提高活性炭制品的吸附率和產(chǎn)品得率的要求，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，是一種高效、經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模工業(yè)化煤制活性炭裝置的氧炭化系統(tǒng)預(yù)處理方法，在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)下活性炭制品的吸附率和產(chǎn)品得率得到提高，并能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述本發(fā)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(tǒng)及配套系統(tǒng)組成，按照以下步驟實(shí)現(xiàn)經(jīng)壓塊成型的煤粉，經(jīng)輸送機(jī)送入外熱式氧化爐與大量熱空氣發(fā)生接觸，發(fā)生的主要是煤的干燥脫水和釋放出吸附在毛細(xì)孔中氣體的脫吸過(guò)程，并對(duì)成型料表面進(jìn)行部分氧化。氧化爐生產(chǎn)出的氧化料直接經(jīng)鏈斗機(jī)輸送進(jìn)炭化爐，炭化工序是氣體活性法生產(chǎn)活性炭過(guò)程中的重要工序之一，該過(guò)程是把氧化料在隔絕空氣的條件下進(jìn)行加熱，使非炭元素減少，以生產(chǎn)出適合活化工序所需的炭質(zhì)材料的工序，是活化前的準(zhǔn)備與基礎(chǔ)。反應(yīng)以煤的熱分解、縮聚為主，形成膠質(zhì)體并固化而形成半焦，析出大量的焦油和氣體。氣體產(chǎn)物主要是CH4及其同系物，還有H2、C02、C0及不飽和烴。經(jīng)氧炭化處理的壓塊成型料制成的活性炭制品，其吸附性能和產(chǎn)品得率均得到提高。設(shè)備采用外熱式回轉(zhuǎn)窯，加熱系統(tǒng)采用循環(huán)供熱，有利于降低能耗。本發(fā)明的處理規(guī)?？蛇_(dá)2萬(wàn)噸/年以上，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
所述的壓塊成型料為煤制壓塊成型料，揮發(fā)份30 40%，水分< 2 %，硬度彡90%，粒度分布范圍9 0. 60mm，堆積比重650 750kg/m3，溫度常溫。所述的氧化空氣可以采用環(huán)境空氣，經(jīng)加熱后與成型料發(fā)生氧化反應(yīng)。本發(fā)明在活性炭的預(yù)處理工序中，采用氧化工藝和炭化工藝兩道工序，氧化工藝主要起干燥和氧化作用，去除壓塊成型料中的水分和部分揮發(fā)份，并對(duì)成型料表面進(jìn)行氧化，使活性炭制品的吸附性能和產(chǎn)品得率得到提高。炭化工藝主要將氧化料制成半焦，將揮發(fā)份降低至15. 0 22. 0%，焦油產(chǎn)率彡2%，硬度彡90%，粒度分布范圍9 0. 425mm。外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部設(shè)置抄板，能有效降低壓塊成型料的破損率，提高了產(chǎn)率。采用分段加熱，使物料的溫度盡可能實(shí)現(xiàn)線形升溫。外熱式回轉(zhuǎn)窯在控制升溫速率、溫度分布等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)采用循環(huán)供熱，炭化爐排放的煙氣作為氧化爐的部分熱源，氧化爐排放的煙氣作為炭化爐的部分熱源，多余的煙氣作為磨煤機(jī)的惰性氣體使用，從而有效提高了能源的有效利用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；(2)氧化工藝有利于提高活性炭制品的吸附率和產(chǎn)品得率；(3)采用了低成本的空氣或含氧煙氣作為氧化劑，有利于節(jié)省成本；(4)采用內(nèi)設(shè)抄板的外熱式回轉(zhuǎn)窯，降低了產(chǎn)品的破損，提高了產(chǎn)率；( 采用分段加熱，物料溫度在窯內(nèi)近似線性分布；(6)針對(duì)外熱式回轉(zhuǎn)窯熱效率低的缺點(diǎn)，采用循環(huán)供熱方式，提高了能源利用率，降低了運(yùn)行成本。具體實(shí)施例氧化爐尺寸為Φ 3. 8 X 38m，炭化爐尺寸為Φ 2. 5 X ^m，壓塊成型料為煤制壓塊成型料，揮發(fā)份30 40 %，水分彡2 %，硬度彡90 %，粒度分布范圍6 0. 60mm,堆積比重 650 750kg/m3，溫度常溫，處理量為5萬(wàn)噸/年。成型料在氧化爐內(nèi)與預(yù)熱的氧化空氣(約 2500C )發(fā)生接觸，主要起干燥和氧化作用，去除壓塊成型料中的水分和部分揮發(fā)份，并對(duì)成型料表面進(jìn)行氧化，形成氧化料，其中揮發(fā)份含量為為觀 38%，硬度> 90%，粒度分布范圍6 0. 50mm，堆積比重650 750kg/m3，溫度約200 300°C。氧化爐產(chǎn)出的氧化料經(jīng)鏈斗輸送機(jī)直接送入炭化爐，隔絕空氣加熱形成焦炭，其中揮發(fā)份含量為15. 0 22. 0%， 焦油產(chǎn)率彡2%，硬度彡90%，粒度分布范圍6 0. 50mm，堆積比重為650 750kg/m3，溫度約500 600°C，爐內(nèi)壓力為100 士201^。炭化爐產(chǎn)出的炭化料直接進(jìn)入冷卻滾筒，通過(guò)脫鹽水冷卻至150°C后輸送至活化系統(tǒng)進(jìn)行活性炭的制備。氧化爐中氧化空氣與煤基成型料發(fā)生反應(yīng)后形成了氧化尾氣，主要成分為空氣， 含有煤粉、少許揮發(fā)份及水分，經(jīng)除塵后的煙氣排至大氣，收集的煤粉經(jīng)氣力輸送至壓塊成型系統(tǒng)循環(huán)利用。氧化料在炭化爐內(nèi)經(jīng)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(jīng)蒸汽引射器增壓至40001 后送入焚燒爐焚燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜诎l(fā)電。氧化爐和炭化爐爐內(nèi)均設(shè)置抄板，以減小成型料的破損。加熱方式均采用分段(6 段)加熱，每段均采用高速燒嘴，以便縮短火焰減小設(shè)備尺寸，燃料采用天然氣。氧化爐排出的加熱煙氣一部分經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)輸送至磨煤機(jī)作為惰性氣體，另一部分輸送至炭化爐的燃燒系統(tǒng)作為部分熱源，此部分煙氣與炭化爐燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣旌虾筮M(jìn)入炭化爐進(jìn)行加熱，加熱后排出的煙氣在換熱器內(nèi)與氧化空氣進(jìn)行換熱，換熱后的煙氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)輸送至氧化爐燃燒系統(tǒng)，與氧化爐燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣旌虾筮M(jìn)入氧化爐進(jìn)行加熱。綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例中的煤基壓塊成型料經(jīng)氧化預(yù)處理后，消除了塑性和膨脹性，并使封閉的原始空隙被逐漸打開(kāi)，獲得發(fā)達(dá)的初始空隙結(jié)構(gòu)，再經(jīng)炭化處理后，獲得更大的孔隙度，從而使活性炭制備的吸附性和產(chǎn)品得率獲得提高。加熱系統(tǒng)采用分段加熱和循環(huán)供熱的方式，設(shè)備采用高速燒嘴，從而在保證節(jié)能降耗的同時(shí)獲得良好的溫度工況。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法，其特征在于，包括步驟首先，將煤粉壓塊制成的成型料與氧化空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化料；之后，將所述氧化料進(jìn)行炭化處理生成炭化料；然后，將所述炭化料經(jīng)過(guò)冷卻和活化處理后制成的活性炭制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法，其特征在于，所述的氧化空氣采用經(jīng)加熱后的環(huán)境空氣或添加空氣后的高溫?zé)煔狻?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法，其特征在于，所述氧化反應(yīng)起干燥和氧化作用，用于去除所述成型料中的水分和部分揮發(fā)份，并對(duì)所述成型料表面進(jìn)行氧化；所述炭化處理用于將所述氧化料制成半焦，將所述氧化料中的揮發(fā)份降低至22. 0%以下，將所述氧化料的粒度分布范圍控制在10 0. 425mm。
4.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1、2或3所述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法的系統(tǒng)， 其特征在于，包括外熱式氧化爐及其燃燒系統(tǒng)、外熱式炭化爐及其燃燒系統(tǒng)、冷卻和活化處理系統(tǒng)；將煤粉壓塊制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(jìn)入所述外熱式炭化爐，所述外熱式炭化爐生成的炭化料進(jìn)入冷卻和活化處理系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，所述外熱式氧化爐和外熱式炭化爐均為外熱式回轉(zhuǎn)窯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，所述的外熱式回轉(zhuǎn)窯的內(nèi)部設(shè)置抄板，用于降低壓塊成型料的破損率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，所述的外熱式回轉(zhuǎn)窯采用分段加熱，使物料的溫度實(shí)現(xiàn)線形升溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，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，多余的煙氣作為磨煤機(jī)的惰性氣體使用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧炭化法工業(yè)化煤制活性炭的方法及系統(tǒng)，首先將煤粉壓塊制成的成型料送入外熱式氧化爐與氧化空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化料；之后將氧化料送入外熱式炭化爐進(jìn)行炭化處理生成炭化料；然后將炭化料經(jīng)過(guò)冷卻和活化處理后制成的活性炭制品。在活性炭的預(yù)處理工序中，采用氧化工藝和炭化工藝兩道工序，氧化工藝主要起干燥和氧化作用，去除壓塊成型料中的水分和部分揮發(fā)份，并對(duì)成型料表面進(jìn)行氧化，使活性炭制品的吸附性能和產(chǎn)品得率得到提高，并可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/08GK102153079SQ20111011301
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者吳道洪, 張永勝, 闕志建, 馬委元, 齊景智 申請(qǐng)人:北京華福神霧工業(yè)爐有限公司