一種高吸附性煤基壓塊活性炭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高吸附性煤基壓塊活性炭的制備方法，包括：利用主煤、次煙煤和氣肥煤為原料進(jìn)行配煤并粉碎以得到原料煤，其中，所述主煤為不粘煤和/或長焰煤；以所述原料煤的總重量計(jì)，所述主煤的用量為60wt％?80wt％，次煙煤的用量為10wt％?20wt％，氣肥煤的用量為10wt％?20wt％；將得到的原料煤壓制成型、造粒，然后進(jìn)行氧化處理、炭化處理和活化處理，以制得活性炭。本發(fā)明利用一定量的主煤、次煙煤和氣肥煤配煤制備活性炭，很好地結(jié)合了上述煤種的性質(zhì)以及相互之間的配合作用，與傳統(tǒng)的煤基活性炭相比，吸附性能明顯提升，解決了傳統(tǒng)煤基壓塊活性炭生產(chǎn)中普遍存在的吸附性能較差的問題。
【專利說明】
一種高吸附性煤基壓塊活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于活性炭制備領(lǐng)域，特別涉及一種高吸附性煤基壓塊活性炭的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于活性炭具有高度發(fā)達(dá)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，這些應(yīng)用同時(shí)也對活性炭的吸附性能提出了新的、更高的要求。
[0003]活性炭按照原料不同可分為煤基活性炭、木質(zhì)活性炭和果殼活性炭等，其中，木質(zhì)活性炭和果殼活性炭等由于原料來源容易受限，難以長期大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)，由于中國煤炭資源豐富，產(chǎn)量大，來源可靠，煤基活性炭的產(chǎn)量逐年增加，并且其利用范圍越來越廣。按照形態(tài)來分，活性炭包括成型活性炭和粉狀活性炭，其中粉狀活性炭相比于成型活性炭具備較為發(fā)達(dá)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。
[0004]基于以上原因，煤基壓塊活性炭的生產(chǎn)越來越受到重視。但研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的煤基壓塊活性炭雖然強(qiáng)度較好，卻普遍存在孔隙率較低、吸附性能較差的問題。針對此問題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采取在原料中加入果殼、化學(xué)添加劑或優(yōu)化后續(xù)工藝條件的辦法，以其提高活性炭產(chǎn)品的吸附性能。例如CN103342360B公開了一種在原料煤中添加椰殼制備活性炭的方法，然而，添加果殼等不僅存在原料成本及來源的問題，同時(shí)不同果殼對活性炭影響較大，容易造成產(chǎn)品的質(zhì)量和指標(biāo)不太穩(wěn)定；另外，CN102432005B公開了一種在原料煤中添加NaOH、KOH、NaNO3、KNO3和KCI中至少兩種的制備活性炭的方法，通過添加化學(xué)添加劑利用化學(xué)活化法生產(chǎn)的活性炭，雖然具備較發(fā)達(dá)的微孔和中孔，但是，大量化學(xué)試劑的使用提高了制備成本，高溫下對設(shè)備有較強(qiáng)腐蝕作用，在洗滌或應(yīng)用過程中，這些添加劑還容易進(jìn)入水中形成污染，正是這些原因，目前工業(yè)上大多仍采用物理活化來制備活性炭；此外，CN102126722A公開了一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，對后續(xù)活化工藝進(jìn)行了優(yōu)化，然而，一方面僅改變工藝條件難以大幅度改善活性炭的吸附性能，另一方面如延長活化時(shí)間還容易導(dǎo)致產(chǎn)品的強(qiáng)度和收率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高吸附性煤基壓塊活性炭的制備方法，以解決傳統(tǒng)煤基壓塊活性炭生產(chǎn)中普遍存在的吸附性能較差的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種高吸附性煤基壓塊活性炭的制備方法，包括如下步驟:
[0008]a、利用主煤、次煙煤和氣肥煤為原料進(jìn)行配煤并粉碎以得到原料煤，其中，所述主煤為不粘煤和/或長焰煤；以所述原料煤的總重量計(jì)，所述主煤的用量為60wt%-80wt%，次煙煤的用量為1wt%-20wt%，氣肥煤的用量為10wt%-20wt% ；
[0009]b、將步驟a得到的原料煤壓制成型、造粒，然后進(jìn)行氧化處理、炭化處理和活化處理，以制得活性炭。
[0010]在本發(fā)明的制備方法中，步驟a為利用主煤、次煙煤和氣肥煤為原料進(jìn)行配煤并粉碎以得到，具體配煤和粉碎過程為本領(lǐng)域所熟知，可以使一定量的主煤、次煙煤和氣肥煤混合均勻并粉碎至較小的顆粒尺寸，例如過170目、180目或200目篩(泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩)，為本領(lǐng)域所熟知，這里不再贅述。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用上述煤種并以上述比例配煤時(shí)，有利于提升最后所制得的活性炭的吸附性能，優(yōu)選地，所述原料煤中主煤的用量為70wt%-80wt%，比如75wt%，次煙煤的用量為10￥1:%-15￥1:%，比如12wt%，氣肥煤的用量為10￥1:%-15￥1:%，比如I2wt% 。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，對原料煤進(jìn)行粉碎以得到具有特定粒度分布的煤粉，其中，粉碎后的原料煤的平均粒徑不小于20μπι，其中，粒徑不大于80μπι的煤粉含量不小于90wt% ;粒徑為40μηι-80μηι的煤粉含量不小于10wt%。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述煤粉具有上述力度分布時(shí)，在成型過程中可以實(shí)現(xiàn)不同粒徑煤粉的合理級配，保證成型強(qiáng)度的同時(shí)具有良好的初始空隙分布，有利于后續(xù)活化介質(zhì)的進(jìn)入。優(yōu)選地，所述原料煤中，粒徑不大于80μm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(jìn)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150μπι，或者不大于ΙΟΟμπι。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，可以通過選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)篩對粉碎后的原料煤進(jìn)行篩分，從而得到具有上述粒度分布的煤粉。
[0012]所述主煤為不粘煤、長焰煤或者不粘煤與長焰煤的混合煤;所述不粘煤與長焰煤的煤化程度接近，用在本發(fā)明中，作為實(shí)現(xiàn)活性炭基本性能的基礎(chǔ)原料，優(yōu)選地，所述主煤的鏡質(zhì)組含量不小于65%，進(jìn)一步優(yōu)選不小于70%，更優(yōu)選不小于75%，例如80%或85%等，以進(jìn)一步提高活性炭吸附性能，更優(yōu)選地，所述主煤選自新疆哈密吉郎德煤，即新疆哈密吉郎德煤礦所產(chǎn)煤。
[0013]所述次煙煤為年輕煤種，其煤化程度介于煙煤與褐煤之間，研究發(fā)現(xiàn)，在與本發(fā)明的主煤和氣肥煤配合使用時(shí)，所述次煙煤的引入有利于活性炭產(chǎn)品孔隙的生成，比如微孔和中孔，特別是中孔的形成，從而提升活性炭產(chǎn)品的吸附性能，特別是提升亞甲藍(lán)值。優(yōu)選地，所述次煙煤的揮發(fā)分不小于37 %，例如40 %或45 %，透光率不小于50，例如55或60，以進(jìn)一步提高活性炭吸附性能，更優(yōu)選地，所述次煙煤選自新疆奇臺準(zhǔn)東煤，即來自新疆奇臺準(zhǔn)東的煤炭。
[0014]所述氣肥煤為強(qiáng)粘結(jié)性的煤種，添加氣肥煤不僅可以在加工過程中利用其粘結(jié)性，提升煤粉顆粒之間的粘結(jié)度，同時(shí)，在于本發(fā)明的主煤和次煙煤配合使用時(shí)，所述氣肥煤的引入還有利于后續(xù)炭骨架的形成和強(qiáng)度提升，并且由于在后續(xù)炭化過程中會容易發(fā)生收縮，所述氣肥煤的引入還有助于防止由于收縮過度而導(dǎo)致不利于初期孔隙的形成而影響后續(xù)活化擴(kuò)孔的進(jìn)行。優(yōu)選地，所述氣肥煤的粘結(jié)指數(shù)不小于85，例如為87、90或95等，角質(zhì)層厚度不小于25，例如為27、30或32等，從而在煤粉顆粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度的同時(shí)還有利于提升活性炭產(chǎn)品的吸附性能;更優(yōu)選地，所述氣肥煤選自新疆奇臺紅山洼煤，即來自新疆奇臺紅山洼煤礦的煤炭。
[0015]需要說明的是，如果上述主煤、次煙煤和/或氣肥煤的灰分超標(biāo)，使得最終活性炭產(chǎn)品的灰分不符合要求時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到在配煤前對上述主煤、次煙煤和/或氣肥煤的灰分進(jìn)行控制，例如通過洗選脫灰等處理使所述主煤的灰分小于3 %，當(dāng)然具體的控制程度以最終活性炭產(chǎn)品的灰分可以符合要求為準(zhǔn)，例如小于10%。這一點(diǎn)為本領(lǐng)域所熟知，這里不再贅述。
[0016]在本發(fā)明的方法中，步驟b為對上述原料煤壓制成型、造粒，得到煤顆粒;然后對煤顆粒進(jìn)行氧化處理、炭化處理和活化處理，以制得活性炭。在煤基活性炭的制備中，對煤粉進(jìn)行成型以及造粒的處理為本領(lǐng)域的常規(guī)處理過程，例如利用對輥壓塊成型機(jī)進(jìn)行煤粉成型，例如破碎機(jī)采用破碎機(jī)進(jìn)行破碎，然后篩分得到一定粒徑范圍的煤顆粒，其具體過程為本領(lǐng)域所熟知，優(yōu)選地，所述原料煤的壓制成型壓力為20MP-30MP;所述的破碎造粒包括破碎和篩分，以得到粒徑在lmm-1 Omm，更優(yōu)選之間的煤顆粒。
[0017]對造粒所得粒料(煤顆粒)進(jìn)行氧化處理、炭化處理和活化處理為活性炭制備過程中的常用處理步驟，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。在本發(fā)明中，所述氧化處理的條件可以為:在200°(:?250°(:下，例如220-250°(:下，以空氣作為氧化劑對物料進(jìn)行氧化處理1.5?4小時(shí)，以使物料的氧化控制在較輕的程度，有利于避免后續(xù)炭化過程中鼓泡現(xiàn)象，從而使角質(zhì)層軟化過程中不會產(chǎn)生連續(xù)相。同時(shí)，可以使部分氧結(jié)合于煤中，在煤表層形成一層粘結(jié)性低的氧化膜，從而降低煤的粘結(jié)性和膨脹性，消除了粘結(jié)性煤在炭化過程中生產(chǎn)的軟化、熔融、粘結(jié)、膨脹現(xiàn)象，提升活性炭產(chǎn)品得率(1 %以上)，而且還可以加快活化反應(yīng)速率。
[0018]所述炭化處理的條件可以為:溫度300?550°C，例如450?550°C、500?550°C，炭化氣氛氧含量不大于5vol %，炭化處理時(shí)間1.5?4小時(shí)，例如3小時(shí)或3.5小時(shí)；炭化后，炭氫化合物中的炭原子組合會形成一些裂隙的炭結(jié)構(gòu)體，具有一定的吸附能力，這些裂隙將會在活化程序中形成更發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)。所述活化處理的條件可以為:以水蒸氣作為活化介質(zhì)、于850 °C?950 °C，例如880 °C、900 °C或930 °C左右下進(jìn)行活化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3?6小時(shí)，例如4或5小時(shí)，水蒸氣用量可以為炭化料質(zhì)量的3-3.5倍。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明利用一定量的主煤、次煙煤和氣肥煤配煤制備活性炭，很好地結(jié)合了上述煤種的性質(zhì)以及相互之間的配合作用，與傳統(tǒng)的煤基活性炭相比，吸附性能明顯提升，解決了傳統(tǒng)煤基壓塊活性炭生產(chǎn)中在全部以煤炭作為原料時(shí)普遍存在的吸附性能較差的問題；
[0021]2、本發(fā)明無需添加煤瀝青等粘結(jié)劑，有利于降低成本，提高活性炭得率，并且還可以避免煤瀝青等的殘留物堵塞活性炭的孔隙；同時(shí)通過轉(zhuǎn)變思路，全部以煤炭作為原料進(jìn)行配煤以提高吸附性能，而無需在原料煤中加入果殼或化學(xué)添加劑等，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益；
[0022]3、本發(fā)明通過配煤有效提升了活性炭產(chǎn)品的吸附性能，從而在后續(xù)活化過程中無需過分活化，有利于提高活性炭產(chǎn)品收率。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅限于此。
[0024]對活性炭的相關(guān)參數(shù)的表征方法說明如下:
[0025]碘吸附值-根據(jù)GB/T7702.3-2008進(jìn)行測定；
[0026]亞甲藍(lán)吸附值-根據(jù)GB/T7702.6-2008進(jìn)行測定;其余參數(shù)均采用國標(biāo)或本領(lǐng)域常規(guī)表征方式進(jìn)行表征。
[0027]以下實(shí)施例/對比例中，所述原料煤選自以下煤種中的一種或多種:
[0028]A煤為哈密吉郎德煤，主要為不粘煤以及少量長焰煤(不高于20%)，來自新疆哈密吉郎德煤礦，經(jīng)測定其鏡質(zhì)組含量基本在75 % -80 %之間；
[0029]B煤為奇臺準(zhǔn)東煤，屬于次煙煤，來自新疆奇臺準(zhǔn)東煤礦，經(jīng)測定其揮發(fā)份基本在40%-45%之間，透光率為55左右；
[0030]C煤為奇臺紅山洼，屬于氣肥煤，來自新疆奇臺紅山洼煤礦，經(jīng)測定粘結(jié)指數(shù)基本在85-90之間，角質(zhì)層厚度約為32左右。
[0031]實(shí)例I
[0032]將由A煤含量80wt%、B煤含量10的％和(:煤含量10wt%組成的配煤在磨機(jī)中混合、粉碎，得到的煤粉過180目篩后，送入工作壓力在26MP下的壓塊機(jī)中壓塊成型，經(jīng)初級破碎和次級破碎后篩分，合格的粒料依次進(jìn)行氧化處理、炭化處理和活化處理，其中氧化處理?xiàng)l件為:在電加熱外熱式轉(zhuǎn)爐中以空氣作為氧化劑在230-250°C下對粒料進(jìn)行為時(shí)3h的氧化處理;炭化處理?xiàng)l件為:在電加熱外熱式轉(zhuǎn)爐中與500-550 °C對物料進(jìn)行炭化處理2.5h，爐內(nèi)氣氛中氧濃度控制在低于5vol%;活化處理?xiàng)l件為:以水蒸氣作為活化介質(zhì)，使轉(zhuǎn)爐中的炭化顆粒在880-930°C下活化5小時(shí)，水蒸氣用量為炭化料質(zhì)量的3.5倍，得到活性炭產(chǎn)品。制成的活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
[0033]鵬值:1146mg/g
[0034]亞甲藍(lán):222mg/g
[0035]收率:28%。
[0036]實(shí)施例2
[0037]與實(shí)施例1的不同之處在于，原料煤中A煤含量70wt%、B煤含量15wt%和C煤含量15wt%。其余同實(shí)施例1。制成的活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
[0038]碘值:1152mg/g
[0039]亞甲藍(lán):230mg/g
[0040]收率:27%。
[0041 ] 實(shí)施例3
[0042]與實(shí)施例1的不同之處在于，原料煤中A煤含量60wt%、B煤含量20wt %和C煤含量20wt%。其余同實(shí)施例1。制成的活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
[0043]碘值:1178mg/g
[0044]亞甲藍(lán):248mg/g
[0045]收率:23%。
[0046]實(shí)施例4
[0047]與實(shí)施例1的不同之處在于，粉碎后的原料煤篩分至平均粒徑為22μπι的煤粉，其中，粒徑大于80μπι的煤粉含量為2wt % ；粒徑大于40μπι的煤粉含量為15wt %。其余同實(shí)施例1。制成的活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
[0048]鵬值:1162mg/g
[0049]亞甲藍(lán):233mg/g
[0050]收率:27%。
[0051]對比例I
[0052]與實(shí)施例1的不同之處在于，不進(jìn)行氧化處理，活化時(shí)間為7h。其余同實(shí)施例1。制成的活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
[0053]碘值:1125mg/g
[0054]亞甲藍(lán):219mg/g
[0055]收率:20%。
[0056]對比例2
[0057]與實(shí)施例1的不同之處在于，原料煤中不含B煤，其中A煤含量為85wt%，C煤含量為15wt%。其余同實(shí)施例1。制成的活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
[0058]鵬值:1092mg/g
[0059]亞甲藍(lán):176mg/g
[0060]收率:23%。
[0061 ] 對比例3
[0062]與對比例2的不同之處在于，將A煤替換為B煤。其余同對比例2。制成的活性炭的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
[0063]碘值:1079mg/g
[0064]亞甲藍(lán):201mg/g
[0065]收率:25%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高吸附性煤基壓塊活性炭的制備方法，包括如下步驟: a、利用主煤、次煙煤和氣肥煤為原料進(jìn)行配煤并粉碎以得到原料煤，其中，所述主煤為不粘煤和/或長焰煤；以所述原料煤的總重量計(jì)，所述主煤的用量為60wt%-80wt%，次煙煤的用量為10wt%-20wt%，氣肥煤的用量為10wt%-20wt% ； b、將步驟a得到的原料煤壓塊成型、造粒，然后進(jìn)行氧化處理、炭化處理和活化處理，以制得活性炭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述主煤為不粘煤，其鏡質(zhì)組含量不小于65%，優(yōu)選不小于70%，更優(yōu)選不小于75%。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述次煙煤的揮發(fā)分不小于37%，透光率不小于50。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述氣肥煤的粘結(jié)指數(shù)不小于85，角質(zhì)層厚度不小于25。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述原料煤中不粘煤的用量為70wt%-80wt%，次煙煤的用量為10wt%-15wt%，氣肥煤的用量為10wt%_15wt%。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述主煤選自新疆哈密吉郎德煤，所述次煙煤選自新疆奇臺準(zhǔn)東煤，所述氣肥煤選自新疆奇臺紅山洼煤。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，所述原料煤的壓塊成型壓力為20MP-30MP;所述的造粒包括破碎和篩分，以得到粒徑在Imm-1Omm之間的煤顆粒。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，氧化處理?xiàng)l件為:在200 °C-250 °C下以空氣作為氧化劑對物料進(jìn)行氧化處理1.5-4小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，炭化處理?xiàng)l件為:溫度300-5500C、炭化氣氛氧含量不大于5vol %，炭化處理時(shí)間1.5_4小時(shí)。10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，活化處理?xiàng)l件為:以水蒸氣作為活化介質(zhì)、于850°C-950°C下進(jìn)行活化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3-6小時(shí)。
【文檔編號】C01B31/10GK105858656SQ201610378477
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】陳建強(qiáng), 許新田, 王成, 陸曉東, 王洪強(qiáng), 王福平, 韓曉林, 趙龍
【申請人】神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華新疆能源有限責(zé)任公司