CN102153079A - 氧炭化法工业化煤制活性炭的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧炭化法工业化煤制活性炭的方法及系统，首先将煤粉压块制成的成型料送入外热式氧化炉与氧化空气发生氧化反应生成氧化料；之后将氧化料送入外热式炭化炉进行炭化处理生成炭化料；然后将炭化料经过冷却和活化处理后制成的活性炭制品。在活性炭的预处理工序中，采用氧化工艺和炭化工艺两道工序，氧化工艺主要起干燥和氧化作用，去除压块成型料中的水分和部分挥发份，并对成型料表面进行氧化，使活性炭制品的吸附性能和产品得率得到提高，并可以实现大规模工业化生产。

Description

氧炭化法工业化煤制活性炭的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种制备煤制活性炭的工艺，尤其涉及一种氧炭化法工业化煤制活性炭的方法及系统。

背景技术

活性炭是一种多孔性炭素材料，具有丰富的孔隙结构和巨大比表面积，被广泛应用于吸附、分离、催化和电子等诸多领域，特别在环境保护水处理和气体处理方面活性炭质材料用于烟气净化的特点是能同时脱除烟气中的多种污染物，如SO₂、NO_x、烟尘粒子、汞、二噁英、吠喃、重金属、挥发性有机物及其他微量元素等。

现有技术中，制备煤制活性炭的工艺，在保证活性炭制品的吸附性能和产品得率的前提下，很难实现大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能提高活性炭制品的吸附性能和产品得率，又可以实现大规模工业化生产的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法及系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法，包括步骤：

首先，将煤粉压块制成的成型料与氧化空气发生氧化反应生成氧化料；

之后，将所述氧化料进行炭化处理生成炭化料；

然后，将所述炭化料经过冷却和活化处理后制成的活性炭制品。

本发明的用于实现上述的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法的系统，包括外热式氧化炉及其燃烧系统、外热式炭化炉及其燃烧系统、冷却和活化处理系统；

将煤粉压块制成的成型料送入所述外热式氧化炉，外热式氧化炉生成的氧化料再进入所述外热式炭化炉，所述外热式炭化炉生成的炭化料进入冷却和活化处理系统。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法及系统，由于在活性炭的预处理工序中，采用氧化工艺和炭化工艺两道工序，氧化工艺主要起干燥和氧化作用，去除压块成型料中的水分和部分挥发份，并对成型料表面进行氧化，使活性炭制品的吸附性能和产品得率得到提高，可以实现大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法的物料工艺流程示意图；

图2为本发明的氧炭化法工业化煤制活性炭的系统原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法，其较佳的具体实施方式如图1所示：

包括步骤：

首先，将煤粉压块制成的成型料与氧化空气发生氧化反应生成氧化料；

之后，将所述氧化料进行炭化处理生成炭化料；

然后，将所述炭化料经过冷却和活化处理后制成的活性炭制品。

所述的氧化空气采用经加热后的环境空气或添加空气后的热烟气。

所述氧化反应起干燥和氧化作用，用于去除所述成型料中的水分和部分挥发份，并对所述成型料表面进行氧化；

所述炭化处理用于将所述氧化料制成半焦，将所述氧化料中的挥发份降低至22.0％以下，将所述氧化料的粒度分布范围控制在10～0.425mm。

本发明的用于实现上述的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法的系统，其较佳的具体实施方式如图1所示：

包括外热式氧化炉及其燃烧系统、外热式炭化炉及其燃烧系统、冷却和活化处理系统；

将煤粉压块制成的成型料送入所述外热式氧化炉，外热式氧化炉生成的氧化料再进入所述外热式炭化炉，所述外热式炭化炉生成的炭化料进入冷却和活化处理系统。

所述外热式氧化炉和外热式炭化炉均为外热式回转窑。

所述的外热式回转窑的内部设置抄板，用于降低压块成型料的破损率。

所述的外热式回转窑采用分段加热，使物料的温度实现线形升温。

所述外热式炭化炉排放的烟气作为所述外热式氧化炉的部分热源；

所述外热式氧化炉排放的烟气作为所述外热式炭化炉的部分热源，多余的烟气作为磨煤机的惰性气体使用。

本发明在炭化处理的基础上，提出通过氧化工艺，实现提高活性炭制品的吸附率和产品得率的要求，可以实现大规模工业化生产，是一种高效、经济的大规模工业化煤制活性炭装置的氧炭化系统预处理方法，在实现大规模工业化生产下活性炭制品的吸附率和产品得率得到提高，并能够实现节约能源，降低生产成本。

下面通过具体实施例对本发明进行详细的描述：

本发明主要由外热式氧化炉、外热式炭化炉、焚烧炉、换热器、加热系统及配套系统组成，按照以下步骤实现：

经压块成型的煤粉，经输送机送入外热式氧化炉与大量热空气发生接触，发生的主要是煤的干燥脱水和释放出吸附在毛细孔中气体的脱吸过程，并对成型料表面进行部分氧化。氧化炉生产出的氧化料直接经链斗机输送进炭化炉，炭化工序是气体活性法生产活性炭过程中的重要工序之一，该过程是把氧化料在隔绝空气的条件下进行加热，使非炭元素减少，以生产出适合活化工序所需的炭质材料的工序，是活化前的准备与基础。反应以煤的热分解、缩聚为主，形成胶质体并固化而形成半焦，析出大量的焦油和气体。气体产物主要是CH₄及其同系物，还有H₂、CO₂、CO及不饱和烃。经氧炭化处理的压块成型料制成的活性炭制品，其吸附性能和产品得率均得到提高。设备采用外热式回转窑，加热系统采用循环供热，有利于降低能耗。

本发明的处理规模可达2万吨/年以上，实现大规模工业化生产。

所述的压块成型料为煤制压块成型料，挥发份30～40％，水分≤2％，硬度≥90％，粒度分布范围9～0.60mm，堆积比重650～750kg/m³，温度常温。

所述的氧化空气可以采用环境空气，经加热后与成型料发生氧化反应。

本发明在活性炭的预处理工序中，采用氧化工艺和炭化工艺两道工序，氧化工艺主要起干燥和氧化作用，去除压块成型料中的水分和部分挥发份，并对成型料表面进行氧化，使活性炭制品的吸附性能和产品得率得到提高。炭化工艺主要将氧化料制成半焦，将挥发份降低至15.0～22.0％，焦油产率≤2％，硬度≥90％，粒度分布范围9～0.425mm。

外热式回转窑内部设置抄板，能有效降低压块成型料的破损率，提高了产率。采用分段加热，使物料的温度尽可能实现线形升温。外热式回转窑在控制升温速率、温度分布等方面具有较大的优势。

系统采用循环供热，炭化炉排放的烟气作为氧化炉的部分热源，氧化炉排放的烟气作为炭化炉的部分热源，多余的烟气作为磨煤机的惰性气体使用，从而有效提高了能源的有效利用。

本发明的优点在于：(1)可实现大规模工业化生产，降低生产成本，提高生产效率；(2)氧化工艺有利于提高活性炭制品的吸附率和产品得率；(3)采用了低成本的空气或含氧烟气作为氧化剂，有利于节省成本；(4)采用内设抄板的外热式回转窑，降低了产品的破损，提高了产率；(5)采用分段加热，物料温度在窑内近似线性分布；(6)针对外热式回转窑热效率低的缺点，采用循环供热方式，提高了能源利用率，降低了运行成本。

具体实施例：

氧化炉尺寸为φ3.8×38m，炭化炉尺寸为φ2.5×26m，压块成型料为煤制压块成型料，挥发份30～40％，水分≤2％，硬度≥90％，粒度分布范围6～0.60mm，堆积比重650～750kg/m³，温度常温，处理量为5万吨/年。成型料在氧化炉内与预热的氧化空气(约250℃)发生接触，主要起干燥和氧化作用，去除压块成型料中的水分和部分挥发份，并对成型料表面进行氧化，形成氧化料，其中挥发份含量为为28～38％，硬度≥90％，粒度分布范围6～0.50mm，堆积比重650～750kg/m³，温度约200～300℃。氧化炉产出的氧化料经链斗输送机直接送入炭化炉，隔绝空气加热形成焦炭，其中挥发份含量为15.0～22.0％，焦油产率≤2％，硬度≥90％，粒度分布范围6～0.50mm，堆积比重为650～750kg/m³，温度约500～600℃，炉内压力为100Pa±20Pa。炭化炉产出的炭化料直接进入冷却滚筒，通过脱盐水冷却至150℃后输送至活化系统进行活性炭的制备。

氧化炉中氧化空气与煤基成型料发生反应后形成了氧化尾气，主要成分为空气，含有煤粉、少许挥发份及水分，经除尘后的烟气排至大气，收集的煤粉经气力输送至压块成型系统循环利用。氧化料在炭化炉内经密闭加热生成了炭化尾气，主要成分为CH4及其同系物，还有H₂、CO₂、CO及不饱和烃，热值≥6000kCal/Nm³，经蒸汽引射器增压至4000Pa后送入焚烧炉焚烧，产生的高温烟气用于发电。

氧化炉和炭化炉炉内均设置抄板，以减小成型料的破损。加热方式均采用分段(6段)加热，每段均采用高速烧嘴，以便缩短火焰减小设备尺寸，燃料采用天然气。

氧化炉排出的加热烟气一部分经循环风机输送至磨煤机作为惰性气体，另一部分输送至炭化炉的燃烧系统作为部分热源，此部分烟气与炭化炉燃烧系统产生的高温烟气混合后进入炭化炉进行加热，加热后排出的烟气在换热器内与氧化空气进行换热，换热后的烟气经循环风机输送至氧化炉燃烧系统，与氧化炉燃烧系统产生的高温烟气混合后进入氧化炉进行加热。

综上所述，本发明的实施例中的煤基压块成型料经氧化预处理后，消除了塑性和膨胀性，并使封闭的原始空隙被逐渐打开，获得发达的初始空隙结构，再经炭化处理后，获得更大的孔隙度，从而使活性炭制备的吸附性和产品得率获得提高。

加热系统采用分段加热和循环供热的方式，设备采用高速烧嘴，从而在保证节能降耗的同时获得良好的温度工况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种氧炭化法工业化煤制活性炭的方法，其特征在于，包括步骤：

首先，将煤粉压块制成的成型料与氧化空气发生氧化反应生成氧化料；

之后，将所述氧化料进行炭化处理生成炭化料；

然后，将所述炭化料经过冷却和活化处理后制成的活性炭制品。

2.根据权利要求1所述的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法，其特征在于，所述的氧化空气采用经加热后的环境空气或添加空气后的高温烟气。

3.根据权利要求2所述的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法，其特征在于，所述氧化反应起干燥和氧化作用，用于去除所述成型料中的水分和部分挥发份，并对所述成型料表面进行氧化；

所述炭化处理用于将所述氧化料制成半焦，将所述氧化料中的挥发份降低至22.0％以下，将所述氧化料的粒度分布范围控制在10～0.425mm。

4.一种用于实现权利要求1、2或3所述的氧炭化法工业化煤制活性炭的方法的系统，其特征在于，包括外热式氧化炉及其燃烧系统、外热式炭化炉及其燃烧系统、冷却和活化处理系统；

将煤粉压块制成的成型料送入所述外热式氧化炉，外热式氧化炉生成的氧化料再进入所述外热式炭化炉，所述外热式炭化炉生成的炭化料进入冷却和活化处理系统。

5.根据权利要求4所述的氧炭化法工业化煤制活性炭的系统，其特征在于，所述外热式氧化炉和外热式炭化炉均为外热式回转窑。

6.根据权利要求5所述的氧炭化法工业化煤制活性炭的系统，其特征在于，所述的外热式回转窑的内部设置抄板，用于降低压块成型料的破损率。

7.根据权利要求6所述的氧炭化法工业化煤制活性炭的系统，其特征在于，所述的外热式回转窑采用分段加热，使物料的温度实现线形升温。

8.根据权利要求7所述的氧炭化法工业化煤制活性炭的系统，其特征在于，所述外热式炭化炉排放的烟气作为所述外热式氧化炉的部分热源；

所述外热式氧化炉排放的烟气作为所述外热式炭化炉的部分热源，多余的烟气作为磨煤机的惰性气体使用。

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