CN102190298A - 一种林木剩余物快速热解副产炭制备活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
一种林木剩余物快速热解副产炭制备活性炭的方法本发明涉及一种以林木剩余物快速热解副产炭为原料制备高品质活性炭的方法。包括如下步骤：将林木剩余物快速热解得到的副产炭不需经过炭化工序，直接加到间歇式或连续式活化炉内，在700-1200℃下通入活化介质活化5-90分钟，得到具有发达孔隙结构和较大比表面积的活性炭产品，并可以通过稀酸酸洗降低活性炭产品中灰分含量。本发明阐述的方法具有工艺简单，能耗低，收率高，产品品质好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种以林木剩余物快速热解副产炭为原料制备活性炭的方法，属于生物质再生利用及其深加工领域。
背景技术
寻求并开发包括林木剩余物在内的可再生清洁能源是21世纪世界各国面临的最重要课题之 。林木剩余物作为生物质的主要存在形式之一，是自然界可再生资源的重要组成部分，在生物质资源中占有十分重要的地位。将林木剩余物合理地转化为能源或化工原料对于减少常规化石资源消耗、弥补化工原料不足、减少环境污染，实现资源、环境与社会的可持续发展，具有重要现实意义和广阔前景。
快速热解技术可以将低品位的林木剩余物资源转化为高品质的生物油，是目前国内外研究的热点，被认为是最具发展潜力的生物质能转换技术之一。快速热解是指在中温(500～650℃)、高加热速率(104～105℃/s)和极短气体停留时间(小于2s)的条件下，将生物质直接热裂解，然后使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前快速冷凝，从而得生物油、副产炭和不易冷凝气体三种产物。目前国内外研究主要集中在高收率制备生物油工艺优化和设备开发方面，一般而言，不易冷凝气体和副产炭均作为燃料直接回收循环利用，其中副产炭是一种含碳量丰富的固体物质，含炭率一般在70％以上，热值约为30MJ/Kg，检测其碘吸附值在350mg/g以下，亚甲蓝吸附值低于45mg/g，不能直接作为吸附用活性炭使用，但如能将其深加工制备出活性炭这类高附加值产品可以进一步提升快速热解技术的经济效益和社会效益。
国内外很少有关于快速热解副产炭制备活性炭的研究，特别是关于林木剩余物快速热解副产炭制备活性炭的研究很少。如日本研究人员将废弃的轮胎粉碎后，用碱金属氢氧化物及其盐浸渍炭化制备活性炭；华东理工大学陈健等人将副产炭与焦油混合后以4℃/min升温速度进行炭化，再通入水蒸气活化2-6小时得到活性炭产品；浙江大学热能工程研究所王琼等人将废旧轮胎进行快速热解后得到的副产炭制备活性炭，但其需要经过炭化和活化两道工序；南开大学刘双喜等人将废轮胎热解炭在溶剂提取残油和酸处理后使用水蒸气进行活化制备活性炭(专利公开号CN 101164876A)；中国矿业大学张双全等人将城市污泥与农林废弃物共热解制备活性炭(专利公开号CN 101306812A)。
发明内容
本发明针对快速热解副产炭用作燃料存在经济性差的问题，提出一种林木剩余物快速热解副产炭制备活性炭的方法。
本发明的技术方案是利用林木剩余物快速热解副产炭高含炭率和低含水率的优势，不需要进行炭化工序，直接使用活化介质进行活化一步得到高性能活性炭产品。
本发明以林木剩余物快速热解副产炭为原料制备活性炭的方法具体包括如下步骤：
1.将快速热解副产炭直接加到间歇式或连续式活化炉内；
2.在700-1200℃下通入活化介质活化5-90分钟；
3.活化后降温研磨或不经研磨得到活性炭产品；
4.如需降低产品灰分指标得到精制活性炭产品，可以使用稀酸酸洗降低灰分含量。
所述的活化介质选自水蒸气、二氧化碳、空气或烟道气等。
稀酸选自稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸或稀磷酸。
快速热解副产炭活化得率在50％以上，如果增加脱灰工序，活性炭得率在40％以上，一般物理法制备活性炭收率在20％以上，因此使用快速热解副产炭制备活性炭收率比较理想。
根据杜比宁(Dubinin)理论，活化得率在25-50％时，得到的是具有大孔和微孔混合结构的活性炭。经过该工艺处理后得到的活性炭具有发达的孔隙结构和较大的比表面积，其中碘吸附值达到950mg/g以上，亚甲蓝吸附值达到220mg/g以上，目前物理法制备的木质活性炭亚甲蓝吸附值一般均比较低，吸附值比较见表1。
表1不同活性炭吸附值对比表
| 类别 | 碘吸附值 | 亚甲蓝吸附值 | 标准 |
| 本工艺制备活性炭 | ≥950mg/g | ≥220mg/g | / |
| 木质净水用活性炭(一级) | ≥1000mg/g | ≥135mg/g | GB/T 13803.2-1999 |
| 木质净水用活性炭(二级) | ≥900mg/g | ≥105mg/g | GB/T 13803.2-1999 |
| 木质味精精制用颗粒活性炭(一级) | ≥1000mg/g | / | GB/T 13803.1-1999 |
| 木质味精精制用颗粒活性炭(二级) | ≥900mg/g | / | GB/T 13803.1-1999 |
| 针剂用活性炭(物理法) | / | ≥165mg/g | GB/T 13803.4-1999 |
| 针剂用活性炭(化学法) | / | ≥165mg/g | GB/T 13803.4-1999 |
| 味精用粉状活性炭(一级) | / | ≥180mg/g | LY/T 1281-1998 |
| 味精用粉状活性炭(二级) | / | ≥150mg/g | LY/T 1281-1998 |
由于快速热解副产炭的原料和工艺原因，副产炭的灰分含量偏高，经过活化后会进一步提高，甚至达到10％左右，可以直接应用于污水处理等对灰分含量要求不高的领域，也可以通过采取稀酸酸洗等化学方法降低灰分含量，得到的活性炭产品可以应用于医药、食品等领域脱色使用。
与已有的快速热解副产炭制备活性炭的方法相比，本发明具有工艺简单，能耗低，产品收率高、品质好的优点，该方法得到的活性炭产品可以广泛应用于医药食品脱色和水处理等领域。
具体实施方式
通过以下三个实施例说明林木剩余物快速热解副产炭制备活性炭方法的具体实施方式。
实施例一：
取100g落叶松木屑快速热解副产炭加到活化炉中，在800℃通入水蒸气活化15分钟后出料，降温后得到53g活性炭产品，碘吸附值965mg/g，亚甲蓝吸附值238mg/g，灰分9.8％，活化得率53％。
实施例二：
取100g杨木木屑快速热解副产炭加到活化炉中，在900℃通入二氧化碳活化20分钟后出料，降温后使用30％盐酸酸洗两遍，再水洗至中性，烘干后得到41g活性炭产品，检测碘吸附值980mg/g，亚甲蓝吸附值243mg/g，灰分2.4％，活化得率41％。
实施例三：
取100g落叶松树皮快速热解副产炭加到活化炉中，在850℃通入水蒸气活化10分钟后出料，降温后使用50％硫酸酸洗两遍，再水洗至中性，烘干后得到43g活性炭产品，检测碘吸附值1008mg/g，亚甲蓝吸附值246mg/g，灰分2.8％，活化得率43％。
Claims (4)
1.一种以林木剩余物快速热解副产炭为原料制备活性炭的方法，其特征在于直接活化制备活性炭产品，具体方法包括以下步骤：
(1)将快速热解副产炭直接加到间歇式或连续式活化炉内；
(2)在700-1200℃下通入活化介质活化5-90分钟；
(3)活化后降温研磨或不经研磨得到活性炭产品；
(4)如需降低产品灰分指标得到精制活性炭产品，可以使用稀酸酸洗降低灰分含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，林木剩余物选自林木木屑、林木枝桠或林木深加工后残余物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中活化介质选自水蒸气、二氧化碳、空气或烟道气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中稀酸选自稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸或稀磷酸。
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