CN101289184A - 一种物理法化学法一体化活性炭生产工艺 - Google Patents

一种物理法化学法一体化活性炭生产工艺 Download PDF

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Abstract

发明提供一种物理法化学法一体化活性炭生产工艺，该工艺的化学炉和物理炉均采用炭化、活化一体炉，并将物理法化学法进行一体化，减少了中间环节，利用物理炭生产的尾气经燃烧产生热量，加热化学炭炭化、活化的循环气，并烘干成品，换热后的尾气用于原料的烘干。本发明的工艺将物理法化学法进行一体化，劳动强度低、效率高、工作环境好，能量大大节省，全过程无SO2、化学活化剂排放，对环境几乎无污染具有显著的经济效益，有利于大规模的生产应用。

Description

一种物理法化学法一体化活性炭生产工艺
技术领域
本发明属于活性炭的制造领域，更具体涉及一种物理法化学法一体化活性炭生产工艺。
背景技术
活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭按制造方法来分，可分为化学法活性炭(化学炭)和物理法活性炭(物理炭)，传统的化学炭工艺中，原料添加助剂后进行炭化、活化，产生的尾气排空，因此热能损失大，产品稳定性差等问题；同时，尾气中化学活化剂含量高，带入的SO2等污染物质多，排放量大，对环境污染大。传统的物理炭是在手工扒炉中进行，将木质原料进过炭化、冷却、活化制备而成，尾气排空，存在工艺不连续，劳动强度大、热能损失大等问题。
发明内容
本发明提供一种物理法化学法一体化活性炭生产工艺；该工艺将物理法化学法进行一体化，化学炉和物理炉均采用炭化、活化一体炉，生产过程产生的尾气循环使用，劳动强度低、效率高、工作环境好，能量大大节省，全过程无SO2、化学活化剂排放，对环境几乎无污染具有显著的经济效益，有利于大规模的生产应用。
本发明的物理法化学法一体化活性炭生产工艺，包括化学炭炉和物理炭炉，其特征在于：在化学炭炉部分，原料由化学炭炉的炭化段进入，经炭化、活化，生成的化学炭半成品从炉尾卸出，通过回收酸、除砂、洗涤、烘干、粉碎后制成成品，所述化学炭炉中产生的尾气经过除焦油、酸雾杂质后进入换热器进行加热，所述加热后的尾气一部分从活化段返回化学炭炉作为化学炭的炭、活化气循环使用，一部分作为物理炭活化用的蒸汽，所述蒸汽与炽热的炭反应，生成CO和H2，生成的CO和H2与加入的空气反应，燃烧产生热量提供物理炭炉的炭化、活化所需的热量，剩余一部分蒸汽作为其它用途；在物理炭炉中，物理炭原料从物理炭炉炭化段进入，进行炭化，再进入物理炭炉活化段活化，活化的料从活化段炉尾卸出，经冷却、粉碎、包装成成品；物理炭炉的含有木煤气的尾气进入燃烧炉燃烧作为换热器的能量来源。
本发明的显著优点是：
(1)本发明的化学炉和物理炉均采用炭化、活化一体炉，使本发明工艺的机械化程度高，降低了劳动强度、效率高、而且操作的环境好。
(2)本发明将物理法化学法进行一体化，减少了中间环节，利用物理炭生产的尾气燃烧后加热化学炭炭化、活化的循环气，并烘干成品，换热后的尾气用于原料的烘干，每吨产品可节约煤2吨，减少二氧化硫排放60kg，减少热能损失25％，减少了尾气排放量约90％，减低了对环境的污染；减少过程物料损失；生产全过程没有使用煤作燃料，使得产品无硫污染。
(3)本发明的原料的综合利用率高，产品无硫、灰份低，磷酸消耗低，仅为老工艺的50％，综合能耗低，仅为老工艺的70％，具有显著的经济效益，有利于大规模的生产应用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
在化学炭炉部分，原料由化学炭炉的炭化段进入，经炭化、活化，生成的化学炭半成品从炉尾卸出，通过回收酸、除砂、洗涤、烘干、粉碎后制成成品，所述化学炭炉中产生的尾气经过除焦油、酸雾等杂质后进入换热器进行加热，所述加热后的尾气一部分返回化学炭炉作为化学炭的炭、活化气循环使用，一部分作为物理炭活化用的蒸汽，所述蒸汽与炽热的炭反应，生成CO和H2。生成的CO和H2与加入的空气反应，燃烧产生热量提供物理炭炉的炭化、活化所需的热量，剩余一部分蒸汽作为其它用途；在物理炭炉中，物理炭原料从物理炭炉炭化段进入，进行炭化，在物理炭炉活化段活化，活化的料从活化段炉尾卸出，经冷却、粉碎、包装成成品；物理炭炉的含有木煤气的尾气通入燃烧炉燃烧作为换热器的能量来源。
燃烧炉中燃烧后的尾气用来烘干化学炭原料，所述完成烘干程序后的尾气由冷水喷淋除尘并回收余热，净化后排空。
喷淋的冷水因吸收余热升温而供化学炭回收、洗涤工序使用。
化学炭炉中按照常规工艺制备化学炭：化学炭原料混合后由加料器和送料器送入炭化段炉口；物料借助炉体的转动和倾斜度缓慢地向活化段炉口移动。化学炭炉循环尾气经换热器加热至550～800℃，由活化段炉口进入炉体，与物料逆流直接接触活化、炭化后，温度逐渐降低至100～200℃，从炭化段炉口进入燃烧炉。
以磷酸法为例：以木屑、锯末等采伐、造材、加工剩余的废弃物为原料，主要工艺过程如下：
(1)物料准备阶段：
a.筛选：烘干后的原料进行筛选，使原料颗粒度为6～40目，
b.干燥：这个阶段的温度在120-150℃以下，热解速度非常缓慢，主要是原料中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发，原料的化学组成几乎没有变化，原料含水率降低至小于20％。
c.助剂配制：将磷酸配制成浓度为40％～60％的溶液。
d.物料混合：按1∶1.2～2.8的磷屑比将磷酸和原料充分混合。
(2)炭、活化阶段：混合后的物料由加料器和送料器送入炭化段炉口；物料借助炉体的转动和倾斜度缓慢地向活化段炉口移动。化学炭炉循环尾气经换热器加热至550～800℃，由活化段炉口进入炉体，与物料逆流直接接触炭化、活化后，温度逐渐降低至100～200℃，从炭化段炉口进入经过除焦除酸后进入换热器。
物理炭炉：
物理炭炉以竹节、板皮等采伐、造材、加工剩余的块状废弃物为原料，主要工艺过程如下：
a.干燥阶段：这个阶段的温度在120-150℃以下，热解速度非常缓慢，主要是原料中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发，原料的化学组成几乎没有变化，原料含水率降低至20％以下。
b.预炭化阶段：这个阶段的温度为150-275℃，木材的热分解反应比较明显，木材时的化学组成开始发生变化，木材中比较不稳定的组分(如半纤维素)分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。
以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升，所以又称为吸热分解阶段。
c.炭化阶段：这个阶段的温度为275-500℃，在这个阶段中，木材急剧地进行热分解，生成大量的分解产物。生成的液体产物中含有较大量的醋酸、甲醇和木焦油，生成的气体产物中二氧化碳量逐渐减少，而甲烷、乙烯等可燃性气体逐渐增多。
d.活化阶段：物料靠转炉筒体的坡度向炉头移动，在炉内经过500-700℃的深度炭化阶段、800-900℃的活化阶段，在冷却段炭温降至400℃后，通过卸料器排出炉体。

Claims (6)

1.一种物理法化学法一体化活性炭生产工艺，包括化学炭炉和物理炭炉，其特征在于：在化学炭炉部分，原料由化学炭炉的炭化段进入，经炭化、活化，生成的化学炭半成品从炉尾卸出，通过回收酸、除砂、洗涤、烘干、粉碎后制成成品，所述化学炭炉中产生的尾气经过除焦油、酸雾杂质后进入换热器进行加热，所述加热后的尾气一部分从活化段返回化学炭炉作为化学炭的炭、活化气循环使用，一部分作为物理炭活化用的蒸汽，所述蒸汽与炽热的炭反应，生成CO和H2，生成的CO和H2与加入的空气反应，燃烧产生热量提供物理炭炉的炭化、活化所需的热量，剩余一部分蒸汽作为其它用途；在物理炭炉中，物理炭原料从物理炭炉炭化段进入，进行炭化，再进入物理炭炉活化段活化，活化的料从活化段炉尾卸出，经冷却、粉碎、包装成成品；物理炭炉的含有木煤气的尾气进入燃烧炉燃烧作为换热器的能量来源。
2.根据权利要求1所述的物理法化学法一体化活性炭生产工艺，其特征在于：所述燃烧炉中燃烧后的尾气用来烘干化学炭原料，所述完成烘干程序后的尾气由冷水喷淋除尘并回收余热，净化后排空。
3.根据权利要求2所述的物理法化学法一体化活性炭生产工艺，其特征在于：所述喷淋的冷水因吸收余热升温而供化学炭回收、洗涤工序使用。
4.根据权利要求1所述的物理法化学法一体化活性炭生产工艺，其特征在于：所述化学炭炉中按照常规工艺制备化学炭：化学炭原料混合后由加料器和送料器送入炭化段炉口；物料借助炉体的转动和倾斜度缓慢地向活化段炉口移动，化学炭炉循环尾气经换热器加热至550～800℃，由活化段炉口进入炉体，与物料逆流直接接触炭化、活化后，温度逐渐降低至100～200℃，从炭化段炉口进入经过除焦油、酸雾杂质后进入换热器。
5.根据权利要求1所述的物理法化学法一体化活性炭生产工艺，其特征在于：所述化学炭炉以木屑、锯末等采伐、造材、加工剩余的废弃物为原料，主要工艺过程如下：
(1)物料准备阶段：
a.筛选：烘干后的原料进行筛选，使原料颗粒度为6～40目；
b.干燥：这个阶段的温度在120-150℃以下，热解速度非常缓慢，主要是原料中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发，原料的化学组成几乎没有变化，原料含水率降低至小于20％；
c.助剂配制：将磷酸配制成浓度为40％～60％的溶液；
d.物料混合：按1∶1.2～2.8的磷屑比将磷酸和原料充分混合；
(2)炭、活化阶段：混合后的物料由加料器和送料器送入炭化段炉口；物料借助炉体的转动和倾斜度缓慢地向活化段炉口移动；化学炭炉循环尾气经换热器加热至550～800℃，由活化段炉口进入炉体，与物料逆流直接接触活化、炭化后，温度逐渐降低至100～200℃，从炭化段炉口经过除焦油、酸雾等杂质后进入换热器。
6.根据权利要求1所述的物理法化学法一体化活性炭生产工艺，其特征在于：所述物理炭炉中以竹节、板皮采伐、造材、加工剩余的块状废弃物为原料，按照常规工艺进行物理活化；工艺过程为：
a.干燥阶段：所述干燥阶段的温度为120-150℃；
b.预炭化阶段：这个阶段的温度为150-275℃；
所述步骤a和步骤b两个阶段需要外界供给热量来保证热解温度的上升；
c.炭化阶段：这个阶段的温度为275-500℃；
d.活化阶段：物料靠转炉筒体的坡度向炉头移动，在炉内经过500-700℃的深度炭化阶段、800-900℃的活化阶段，在冷却段炭温降至400℃后，通过卸料器排出炉体。
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