CN1047574C - 纤维活性炭连续制造方法及生产炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维活性碳连续制造方法及生产炉，将被引入活化炉段的水蒸汽除进行活化剂作用之外，剩余的水蒸汽进入碳化炉段，生产炉为立式炉，立角45°～90°，进料口采用敝开式或半敝开式，原料纤维经给料滚筒可连续地被送入炉芯，进行碳化和活化过程后落入密封水槽，再通过取料滚筒连续取出。在正常情况下，不出现断条，可实现安全稳定生产。

Description

本发明涉及纤维活性碳的制备，更具体地说是一种纤维活性碳连续制造方法及生产炉。
纤维活性碳是国外七十年代以来开始出现的一种新型吸附材料，由于它具有优异的性能，用途日益广泛，引起各国的重视，现有制造纤维活性碳的方法中，有间隔式的生产方法，按照这种方法，物料碳化和活化过程是在一个密闭炉体内通过控制温度和气氛进行的，采用这种间隔式生产方法的热量损失大，生产设备易损坏，生产效率低，不利于工业制备纤维活性碳。为解决此问题，一些国家研究了连续式制造纤维活性碳的方法及设备，前苏联公开说明书1585413号已公开了这方面的内容，它的生产炉由炉下部贯通的两个立式碳化炉和两个立式活化炉构成，借助滚轴使物料能在炉内连续地传送，以实现连续生产，但由于物料在碳化过程中的收缩和强度减弱，这种设备很难保证产品的完整性，且设备复杂。日本专利77024133号提出了一种采用卧式炉连续生产纤维活性碳的方法，该卧式炉由贯通的气体置换室、碳化室、活化室和冷却室构成，物料折叠布放在循环链条上，可在炉内连续运转，虽然解决了产品完整性问题，但是设备庞大，在高温下循环链条易出故障，而且炉的入料口需用惰性气体密封，给生产带来不便。
本发明的任务是提供一种新型的能长期稳定连续制造纤维活性碳的方法和生产炉。
本发明的任务是通过下述的方法和生产炉实现的。
一种纤维活性碳连续制造方法，它包括：含制毡、耐焰化处理及脱水、干燥的原料预处理、碳化、活化、水洗和后整理工序，被列入活化炉段的水蒸汽除进行活化剂作用之外，剩余的水蒸汽与热气流一起进入碳化炉段，这些水蒸汽不仅成为热媒介为碳化炉段带给热量，而且可以控制从进料口进入空气量的大小。进料口采用半敞开式由闸门控制，出料口采用水密封。
为实现上述方法专门设计的生产炉是立式炉，由下述部件组成：
(1)位于生产炉中心的炉芯5；
(2)炉芯5外围是有保温材料的炉套7，炉套7内装有温控装置；
(3)输送原料毡3的给料滚筒2；
(4)密封水槽2，用来密封活化炉段8和水洗成品；
(5)取料滚筒11，用来取出成品纤维活性碳10；
(6)进气口9，作为活化剂的水蒸汽由此通入；
(7)排气罩1；
(8)排气口4。
制造纤维活性碳时，给料滚筒把原料纤维连续送入炉芯内，在经过碳化炉段的过程中，在由上部给料口进入的空气的作用下被碳化，碳化纤维向炉下移动，继续被加热升温，进入活化炉段，在水蒸汽等活化剂的作用下被活化成为纤维活性碳，接着，纤维活性碳进入由水密封的出料口，连续出炉。在炉芯内的全部工序过程中，物料的运动不借助传动机构，而是利用物料自身的重量实现在炉内的连续传送，从而在碳化过程中物料自由收缩或变形，不受任何干扰，不易断条，保证了成品的完整性，并能长期稳定连续地生产。
本发明的优点是：1.生产炉内温度梯度的形成，主要通过控制活化炉段的温度来实现，炉芯上部的碳化炉段所需热量的大部分由炉芯下部的活化炉段的余热提供，可节能；2.由于采用立式炉，可以利用从活化炉段上升的水蒸汽和热流来控制进料口进入的空气量，以此起到部分封口的作用，因而进料口可以敞开或半敞开，对进料和生产管理带来很大便利；3.出料口采用水密封，优于机械密封和气体密封，同时，水密封不影响出料；4.采用立式炉，炉内勿需设置任何传送机构，可保证长期稳定连续生产。
下面结合附图对本发明进一步详细说明。
图1为根据本发明纤维活性碳连续制造方法提出的工艺流程图。
图2为本发明纤维活性碳生产炉的正视图。
图3为本发明纤维活性碳生产炉的侧视图。
如图1所示，工艺流程为：
(1)原料预处理：原料纤维是用棉纤维、丙烯晴纤维、粘胶纤维、沥青纤维等纤维制成的纤维束状、布状、纸状或毡子状的原料纤维。首先经梳棉、折叠成网和针刺，制造原料毡；再进行耐焰化处理，将原料投入1.5～2％的磷酸二氢铵(或磷酸或磷酸铵)溶液中浸泡12小时；甩干脱水、干燥。
(2)碳化：经预处理后的原料纤维毡进入碳化炉段，这里的温度分布为入口处200℃左右，碳化末了温度达500℃左右，整个碳化过程需时为20～50分钟，以30分钟为宜。原料毡经过碳化炉段过程中，在部分氧气作用下受热而进行热分解，挥发出有机物，当碳化终了时，碳的含量占85％左右。
(3)活化：碳化纤维随着在炉内的移动，继续被加热升温，进入温度高达700～1000℃的活化炉段；在水蒸汽等活化剂的作用下，被活化成为纤维活性碳，活化时间为30～60分钟，在这一过程中产生CO和H2气体。
(4)水洗：将活化后的纤维活性碳用水洗涤。
(5)后整理：纤维活性碳成品经甩干脱水，再用蒸汽滚筒熨烫、整平，待用。
图2和图3示出本发明生产炉的结构。生产炉是炉体立角为15°～90°(70°以上为佳)的立式炉，炉体横断面的形状可以是圆形、椭圆形或矩形。位于炉中心的炉芯5用耐高温的不锈钢材料制成，炉套7的保温材料是氧化铝棉。生产炉根据炉内温度、气氛以及用途分成碳化炉段6和活化炉段8两个部分。原料给料门是敞开的或半敞开的，原料纤维毡3经给料滚筒2可连续被送入炉芯5，由进气口9通入活化剂水蒸气；在碳化和活化过程中产生的CO、H2、CO2、有机物以及剩余的水蒸汽通过炉上部的排气口4排放出去(需要进行处理)，炉上部装有排气罩1。
最佳实施例：生产炉的立角为90°，炉断面为1.12m，炉高为5m，炉体材料为不锈钢。炉套内装有可控温的加热器。原料纤维为粘胶纤维毡，单位面积重量为700g/m2，原料毡幅宽为1m。原料进入炉口的速度为2m/h，从两侧给料滚筒连续送入炉内。从炉下部两侧蒸汽口送入炉内的蒸汽量为100l/h。原料纤维在炉内下降过程中，逐渐完成碳化和活化过程，然后，纤维活性碳毡落入密封水槽内进行水洗，通过取料滚筒连续取出，产品幅宽为0.67m，收率15％，比表面积为1500m2/g，碘吸附效率都在90％以上。在正常条件下，不出现断条，可实现安全稳定生产。
以上详细描述了在一个方式生产炉内连续制造纤维活性碳的一次成型的情况，上述的发明构思对于两次成型同样适用。例如，立式生产炉由立式碳化部分炉和立式活化部分炉两个单独的炉体组成，炉体上部进料口为密闭式或半密闭式，下部出料口为水密封，仍能达到本发明目的。

Claims (2)

1.一种纤维活性碳连续制造方法，它包括：含制毡、耐焰化处理及脱水、干燥的原料预处理、碳化、活化、水洗和后整理工序，其特征在于：被引入活化炉段的水蒸汽除进行活化剂作用之外，剩余的水蒸汽与热气流一起进入碳化炉段，进料口为半敞开式，出料口采用水密封，具体的工艺流程如下：
(1)原料预处理：制成纤维束状、布状、纸状或毡子状的原料纤维，首先经梳棉、折叠成网和针刺，制造成原料毡；再进行耐焰化处理，将原料投入1.5～2％的磷酸二氢铵或磷酸、磷酸铵溶液中浸泡12小时；甩干脱水、干燥；
(2)碳化：经预处理后的原料毡进入碳化炉段，这里的温度分布为入口处200℃左右，碳化末了温度达500℃左右，整个碳化过程需时为20～50分钟，以30分钟为宜；原料毡经过碳化炉段过程中，在部分氧气作用下受热而进行热分解，挥发出有机物，当碳化终了时，碳的含量占85％左右；
(3)活化：碳化纤维随着在炉内的移动，继续被加热升温，进入温度高达700～1000℃的活化炉段；在水蒸汽等活化剂的作用下，被活化成为纤维活性碳，活化时间为30～60分钟，在这一过程中产生CO和H2气体；
(4)水洗：将活化后的纤维活性碳用水洗涤；
(5)后整理：纤维活性碳成品经甩干脱水，再用蒸汽滚筒熨烫、整平，待用。
2.一种实现权利要求1所述的方法而专门设计的生产炉，其特征在于：
生产炉是炉体立角为45°～90°的立式炉，炉体横断面的形状可以是圆形、椭圆形或矩形；位于炉中心的炉芯(5)用耐高温的不锈钢材料制成，炉套(7)的保温材料是氧化铝棉，生产炉分成碳化炉段(6)和活化炉段(8)两个部分，原料给料口为由闸门控制的半敞开式，原料毡(3)经给料滚筒(2)连续被送入炉芯(5)，由进气口(9)通入活化剂水蒸汽，炉体上部设置有排气口(4)，炉体上部还装有排气罩(1)。
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