CN105399095B - 一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法 - Google Patents
一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105399095B CN105399095B CN201511005144.7A CN201511005144A CN105399095B CN 105399095 B CN105399095 B CN 105399095B CN 201511005144 A CN201511005144 A CN 201511005144A CN 105399095 B CN105399095 B CN 105399095B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- converter
- reaction
- mixed material
- gas
- ball
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/14—Pore volume
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种利用含碳原料经碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法。将混合物料依次经过进料单元、反应单元及冷却和收集单元，进行低温预活化反应、高温活化反应及冷却作用得到活化产物，活化产物经后续处理得到高比表面积活性炭。在预活化或活化装置内，滚珠的存在将“黏壁”问题的影响降到最低，同时滚珠起到很好的增强传热和输送物料的作用。本发明消除“黏壁”现象的同时，实现高比表面积活性炭的连续生产，提高比表面积高活性炭的产品质量和生产效率，降低高比表面积活性炭的生产成本并减少环境污染。
Description
技术领域
本发明属于化学活化法领域，涉及一种利用含碳原料经碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法。
背景技术
高比表面积活性炭因具有丰富的微孔结构和超大的吸附容量而被广泛应用在燃气存储、气体分离、催化反应和超级电容器等领域。近年来，对于高比表面积活性炭的需求也日益增加。制备活性炭的方式主要有物理活化法和化学活化法。本发明主要涉及的方法是使用碱性活化剂处理含碳原料制备高比表面积活性炭。
在工业化生产过程中，KOH与含碳原料的混合物料在加热反应过程中，随着温度的升高，KOH熔融，混合物料会黏附在反应器壁上，同时，由于反应产生的气体不能顺利穿过塑性的混合物料层，而导致混合物料的膨胀。这就是所谓“黏壁”现象。进一步升高温度，混合物料由塑性体转化为结块的固体。“黏壁”现象不仅影响生产的正常进行，而且降低生产效率和产品质量。现有技术采用搅拌桨机械搅拌以减少“黏壁”的影响，并将反应过程分成低温(通常低于600℃)预活化和高温(800-1000℃)活化两阶段。例如日本专利JP297414在带有搅拌装置的釜式反应器中，将椰壳和石油焦与数倍量的KOH混合后，在惰性气氛中400℃脱水，使混合物料由塑性体转变为分散良好的热固性颗粒后再在较高温度下完成活化过程，得到高比表面积活性炭产品。该反应装置属于间歇反应设备，生产效率不高；美国专利US4082694分两段活化炉进行高比表面积活性炭生产，将石油焦与活化剂KOH充分混合，在带有搅拌桨的卧式活化炉中，温度300-500℃，完成预活化过程，实现脱水炭化，使混合物料由塑性体转变为分散良好的热固性颗粒；最后在700-1000℃回转炉中完成活化过程，活化产物洗除碱的反应残余物后得到高比表面积活性炭。该过程中预活化产物直接进入回转炉中反应，生产连续，但生产过程中存在搅拌装置结构复杂、搅拌不均匀等问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法，其能够有效消除活性炭连续工业生产过程中产生的“黏壁”问题，提高生产效率。
本发明的技术方案是：
一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的预活化或活化装置，该装置在常压下操作,包括进料单元，用于预活化或活化反应的反应单元，出料机构，冷却和收集单元。
所述的进料单元包括气密式料仓1和螺旋进料器2，气密式料仓1安装在螺旋进料器2上方，储存储存混合物料、滚珠6或二者混合物；螺旋进料器2一侧与电机13相连，另一侧与转炉5连接；螺旋进料器2将混合物料、滚珠6或二者混合物送入反应单元；螺旋进料器2由可调速电机13驱动。
所述的反应单元包括转炉5和可调高度的基座11；转炉5进料端设有转炉进料端通气孔4，由通气孔4向转炉5内通入惰性气体或具有反应活性的反应气体，进行保护或参与反应，或由通气孔4导出反应尾气。滚珠(6)可填充在转炉5内，可也随混合物料一起进入转炉内；转炉5采用炉体外部加热炉加热，转炉5前端与传动机构12连接，传动机构12由可调速电机13驱动。
所述的惰性气体或具有反应活性的反应气体在转炉5中与混合物料并流或逆流，优选逆流。并流时，惰性气体或具有反应活性的反应气体由转炉进料端通气孔4通入，通过出料机构上部通气孔7引出；逆流时，惰性气体或具有反应活性的反应气体由出料机构上部通气孔7通入，通过转炉进料端通气孔4引出；
转炉5炉体内部填充滚珠6，滚珠6随转炉5转动发生自转运动和相对于炉体壁面的位移运动，并在搅动混合物料的同时带动混合物料从转炉5入口端向出口端移动，混合物料在被加热升温过程中经历预活化反应和活化反应，或仅经历反应温度较低的预活化反应；所述的滚珠为不同尺寸的球体或椭球体，滚珠材质为钢质或耐高温无机非金属材料等，滚珠比重大于混合物料，滚珠的最小尺寸与混合物料最大尺寸的比值大于5，滚珠的最大尺寸与转炉内径的比值小于0.2；滚珠体积与炉体内部容积比值不大于0.3。
所述的转炉长径比为3-20，转炉的进料端炉管的内径不大于出料端炉管的内径，转炉持料区即炉胆的内径大于出料端炉管内径，其炉胆内径与出料端炉管内径的差值至少大于炉内最大尺寸滚珠的直径的两倍；转炉进料端与进料单元的螺旋进料器之间以及转炉出料端与出料机构8之间均通过填料函密封实现动静配合联接；转炉由可调速电机通过齿轮或链条传动机构带动转动，转速范围为0.5转/分钟-50转/分钟；转炉采用炉体外部的多段加热炉加热，加热方式采用电加热或采用燃料加热，优选电加热。所述的燃料包括固体、液体或气体。
基座11安装在转炉5下方，调节基座11高度使转炉5处于水平位置，或使转炉5进料端高于出料端，使混合物料在进料的推动下由进料端向出料端的溢流。
所述的出料机构8前端与转炉5连接，下端与冷却和收集单元的集料室9连接，出料机构上部设有通气孔7，通气孔7向转炉5体内通入惰性气体或具有反应活性的反应气体进行保护或参与反应，并带出反应尾气。
当出料机构8内设置具有网格状空隙的挡板时，挡板将滚珠6保留在转炉5内，反应后混合物料透过挡板的网格状空隙与滚珠分离，输送到冷却和收集单元。所述挡板的网格状空隙尺寸大于混合物料的最大尺寸，小于转炉内滚珠的最小尺寸,使混合物料顺利通过,而滚珠不能通过。当出料机构内不设置挡板时，进料单元将混合物料和滚珠一同输入转炉中，滚珠和转炉中处理后的混合物料经出料机构输送到冷却和收集单元。混合物料和滚珠经筛分后分离出滚珠，并将其返回进料单元循环利用。
所述的冷却和收集单元包括集料室9和冷却和收集室10，集料室9上端通过出料阀门17与出料机构8连接，下端通过出料阀门18与冷却和收集室10连接，主要作用为分隔反应单元中的气体与冷却和收集室10中的冷却气体。出料阀门17打开时，出料阀门18关闭，离开出料机构8的混合物料进入集料室9，而出料阀门18打开时，出料阀门17关闭，集料室9中的混合物料进入下方的冷却和收集室10中。冷却和收集室10上部设有冷却气体出口15，下部设有冷却气体进口14，利用冷却气体将反应后温度较高的混合物料逆流冷却并收集，以便后续处理。
一种利用上述装置制备高比表面积活性炭的方法，具体包括如下步骤：
(1)进料及通入惰性气体或活性反应气体
当出料机构8内设置具有网格状空隙的挡板时，先将滚珠6置于转炉5内，再将混合物料以一定速度通过进料单元输送到转炉中；当出料机构8内不设置挡板时，将滚珠6和混合物料通过进料单元输送到转炉5中。所述的混合物料包括含碳原料和碱，含碳原料与碱质量比为1:1-1:4；所述的含碳原料是石油焦、沥青焦、中间相炭微球、无烟煤、煤的炭化物、坚果壳及核的炭化物、高分子有机物的炭化物等，碱原料为KOH或NaOH。
转炉5中通入惰性气体或活性反应气体，进行保护或参与反应，并将反应尾气带出转炉5，所述的反应尾气包括反应产生的气体组分和通入的气体；所述的惰性气体或具有反应活性的反应气体在转炉中与混合物料并流或逆流，优选逆流；所述惰性反应气体是N2或Ar，活性反应气体是H2与N2或H2与Ar的混合气，其中H2与N2或H2与Ar的体积比为1-70％。
(2)对混合物料进行预活化或活化反应
转炉以一定的速度转动，同时带动滚珠发生转动和相对转炉内壁的位移运动，并在转炉外部进行加热；混合物料在在转炉转动和滚珠运动和重力溢流的作用下从转炉进料端向出料端移动，并不断被加热；随温度升高，混合物料开始变为塑性状态并发生预活化反应，此时由于滚珠的运动，将混合物料以薄层状态分布在转炉内壁和滚珠表面，并帮助反应产生的气体及时析出；随温度进一步升高，塑性的混合物料发生固化，在滚珠的摩擦和撞击运动作用下，分散成为小颗粒的热固性物料，完成预活化反应过程；随温度再升高，热固性混合物料进行高温活化反应过程。
所述的预活化和活化反应过程可在一个转炉中进行，或分别在两个转炉即低温预活化反应转炉和高温活化反应转炉中分两段进行，其中位于固体物流上游的为预活化反应段，下游的为活化反应段。
所述转炉外部加热温度沿所处理混合物料前进方向逐渐升高，其中进料端控制在250-450℃，以保证反应尾气中含有的水蒸气和焦油等可凝成分在离开转炉前不会冷凝，反应单元预活化段或预活化反应单元转炉的最高加热温度控制在600-700℃，反应单元活化段或活化反应单元转炉的最高加热温度控制在850-950℃。所处理混合物料的升温速率控制在3-15℃/min，优选5-8℃/min。所处理混合物料在350-650℃预活化温度区间的停留时间控制在10-50分钟，在800-850℃活化温度区间的停留时间控制在10-50分钟。
(3)出料及冷却收集
当出料机构内设置具有网格状空隙的挡板时，反应后的混合物料和滚珠通过挡板进行分离，滚珠留在炉体内部，混合物料分批经出料阀门17在集料室9短暂停留后经出料阀门18进入到冷却与收集室10。冷却和收集室10中以与混合物料逆流的方式通入冷却气体对混合物料进行冷却，混合物料冷却后得到活化产物，活化产物分批通过出料阀门19，进行后续处理得到高比表面积活性炭；
当出料机构内不设置挡板时，反应后的混合物料和滚珠一同分批经出料阀门17在集料室9短暂停留后经出料阀门18进入到冷却与收集室10。冷却和收集室10中以与混合物料逆流的方式通入冷却气体对混合物料进行冷却，冷却后的混合物料及滚珠6储存在冷却与收集室10中并分批通过出料阀门18取出进行筛分，分离出的滚珠6送到进料单元进行重复利用，混合物料进行后续处理得到高比表面积活性炭。
所述的冷却气体是氮气、过氧化氢蒸气、二氧化碳、甲醇蒸气、乙醇蒸气、丙醇蒸气、甲酸蒸气、醋酸蒸气、氨气、甲胺、乙胺蒸气、丙胺蒸气、二甲胺、二乙胺蒸气、乙硼烷、丁硼烷、三甲基硼蒸气、硫化氢、甲硫醇蒸气、乙硫醇蒸气、磷化氢、氟气、氯气、溴蒸气、碘蒸气、氟化氢、氯化氢、溴化氢、碘化氢中的一种及其组合。所述的后续处理包括酸洗、水洗和干燥过程，冷却后的物料取出后用酸洗涤，再用去离子水洗涤至滤液的PH达到6-7为止，将过滤所得的固体产品放入105-110℃烘箱中干燥至恒重，得到最终产品。所述的酸包括盐酸或硫酸，浓度为1-5mol/L。
本发明的原理是：碱和含碳原料的混合物料进入到反应单元后，随着反应温度的升高，碱发生熔融，产生“黏壁”现象，由粉体状态变为塑性状态，进一步加热，混合物料最后转变为固体。在此过程中，滚珠的存在使“黏壁”现象对反应的影响降到最低。反应进行时，转炉以一定的速度转动，同时带动滚珠发生转动和相对转炉内壁的位移运动，并在转炉外部进行加热；混合物料在在转炉转动和滚珠运动和重力溢流的作用下从转炉进料端向出料端移动，并不断被加热；随温度升高，混合物料开始变为塑性状态并发生预活化反应，此时由于滚珠的运动，将混合物料以薄层状态分布在转炉内壁和滚珠表面，并帮助反应产生的气体及时析出；随温度进一步升高，塑性的混合物料发生固化，在滚珠的摩擦和撞击运动作用下，分散成为小颗粒的热固性物料，完成预活化反应过程；随温度再升高，上述热固性混合物料进行高温活化反应过程。混合物料在炉体内呈螺旋状前进，直到到达反应单元后部与滚珠进行分离并进入冷却与收集单元或与滚珠一同进入冷却与收集单元。与此同时，滚珠的存在加大了传热面积，使反应受热更加均匀，更好的节约热能。
本发明的有益效果是：本装置及方法可以根据不同的生产需要进行预活化/活化反应，有效地消除“黏壁”现象带来的影响，实现高比表面积活性炭的连续生产，提高比表面积高活性炭产品质量和生产效率，降低高比表面积活性炭的生产成本并减少环境污染。
附图说明
图1为转炉装置示意图；
图2为转炉内滚珠示意图；
图3为反应气体与固体混合物料逆流的活化反应装置示意图；
图4为反应气体与混合物料并流的活化反应装置示意图；
图5预活化和活化反应分段的反应装置示意图；
图6为滚珠循环使用的活化反应装置示意图；
图中：1气密式料仓，2螺旋进料器，3转炉进料端，4通气孔，5转炉，6滚珠，7通气孔，8出料机构，9集料室，10冷却和收集室，11基座，12传动机构，13电机，14冷却气体入口，15冷却气体出口，16转炉出料端，17出料阀门，18出料阀门，19出料阀门。
具体实施方式
一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的预活化或活化装置，该装置在常压下操作,包括进料单元，用于预活化或活化反应的反应单元，出料机构，冷却和收集单元。
所述的进料单元包括气密式料仓1和螺旋进料器2，气密式料仓1储存由含碳原料和碱构成的混合物料或还含有第三种成分即滚珠的混合物料，螺旋进料器2将混合物料或含滚珠的混合物料送入反应单元。
所述的反应单元为转炉5和可调高度的基座11；转炉进料端3设有转炉进料端通气孔4，通气孔4向转炉5内通入惰性气体或具有反应活性的反应气体，进行保护或参与反应，或由通气孔4导出反应尾气。
所述的惰性气体或具有反应活性的反应气体在转炉5中与混合物料并流或逆流，优选逆流。并流时，惰性气体或具有反应活性的反应气体由转炉进料端通气孔4通入，通过出料机构8上部通气孔7引出；逆流时，惰性气体或具有反应活性的反应气体由出料机构8上部通气孔7通入，通过转炉进料端通气孔4引出。
转炉5炉体内部填充滚珠6，滚珠6随转炉5转动发生自转运动和相对于炉体壁面的位移运动，并在搅动混合物料的同时带动混合物料从转炉5入口端向出口端移动，经历预活化反应和活化反应，或仅经历反应温度较低的预活化反应。
基座11安装在转炉5下方，调节基座11高度使转炉5处于水平位置，或使转炉5进料端高于出料端，使混合物料在进料的推动下由进料端向出料端的溢流。
所述的出料机构8前端与转炉5连接，下端与冷却和收集单元的集料室9连接，出料机构8上部设有通气孔7，通气孔7向转炉5体内通入惰性气体或具有反应活性的反应气体进行保护或参与反应，或由通气孔7带出反应尾气。
当出料机构8内设置具有网格状空隙的挡板时，挡板将滚珠6保留在转炉5内，反应后混合物料透过挡板的网格状空隙与滚珠分离，输送到冷却和收集单元。所述挡板的网格状空隙尺寸大于混合物料的最大尺寸，小于转炉内滚珠的最小尺寸,使混合物料顺利通过,而滚珠不能通过。当出料机构内不设置挡板时，料单元在将混合物料和滚珠一同输入转炉中，滚珠和转炉中处理后的混合物料和经出料机构输送到冷却和收集单元。混合物料和滚珠经筛分后分离出滚珠，并将其返回进料单元循环利用。
所述的冷却和收集单元包括集料室9和冷却和收集室10。冷却和收集室10上部设有冷却气体出口15，下部设有冷却气体进口14，利用冷却气体将反应后温度较高的混合物料逆流冷却并收集，以便后续处理。
实施例1
在所述的装置中进行原料炭与碱的预活化实验，实验主要技术参数如下：原料选用石油焦与KOH，石油焦粒度小于150μm，碱焦质量比为2:1；转炉内径128mm，滚珠直径20mm，炉体有效长度900mm；进料电机开度50％，转速2.7r/min混合物料进料量10g/min；炉体转速20r/min，置于炉体内滚珠所占总容积的比例为0、0.05、0.1和0.2；在氮气气氛保护下，进料端加热温度控制为250℃，预活化段加热温度取500℃，混合物料升温速率控制为5℃/min，冷却气体采用N2。不同滚珠数量下的产品分别标号为1#、2#、3#、4#，制得的产品状态如表1所示。
表1不同滚珠数量下制备产品的出料状态
实施例2
置于炉体内滚珠所占总容积比例为0.2，取炉体转速分别为10r/min、20r/min、30r/min，其他条件与实施例1相同，不同炉体转速下的产品分别标号为1#、2#、3#，出料状态如表2所示。
表2不同炉体转速下制备产品的出料状态
实施例3
置于炉体内滚珠所占总容积比例为0.2，预活化加热温度分别取450℃、500℃、550℃，其他条件同实施例1，冷却后的物料取出后用1mol/L盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至滤液的PH达到6-7为止，将过滤所得的固体产品放入105-110℃烘箱中干燥至恒重，得到最终产品。对获得的最终产品进行低温氮吸附实验，不同加热温度下的产品分别标号为1#、2#、3#得到产品的比表面积及孔容如表2所示。
表3不同加热温度下预活化产品的比表面积及孔容
实施例4
取两个转炉进行预活化和活化分段实验，预活化段进料端温度控制为250℃，预活化温度控制为500℃，活化段活化温度分别取680℃、740℃、800℃，置于炉体内滚珠所占总容积比例均为0.2，其他条件同实施例1。冷却后的物料取出后用1mol/L盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至滤液的PH达到6-7为止，将过滤所得的固体产品放入105-110℃烘箱中干燥至恒重，得到最终产品。对获得的最终产品进行低温氮吸附实验，不同预活化温度下的产品分别标号为1#、2#、3#，得到产品的比表面积及孔容如表4所示。
表4不同活化温度下最终活化活性炭产品的比表面积及孔容
实施例5
置于炉体内滚珠所占总容积比例为0.2，碱焦质量比分别取2:1、3:1和4:1，其他条件同实施例1，冷却后的物料取出后用1mol/L盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至滤液的PH达到6-7为止，将过滤所得的固体产品放入105-110℃烘箱中干燥至恒重，得到最终产品。对获得的最终产品进行低温氮吸附实验，不同碱焦比下制备的产品分别标号为1#、2#、3#，产品的比表面积和孔容如表5所示。
表5不同碱焦质量比下制备的产品比表面积及孔容
| 产品序号 | 碱焦比 | 比表面积(m2/g) | 孔容(cm3/g) |
| 1# | 2:1 | 802 | 0.46 |
| 2# | 3:1 | 1577 | 0.72 |
| 3# | 4:1 | 1653 | 0.77 |
实施例6
置于炉体内滚珠所占总容积比例为0.2，碱焦质量比分别取2:1、3:1和4:1，预活化温度控制为500℃，活化温度控制为800℃，其他条件与实施例1相同。冷却后的物料取出后用1mol/L盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至滤液的PH达到6-7为止，将过滤所得的固体产品放入105-110℃烘箱中干燥至恒重，得到最终产品。对获得的最终产品进行低温氮吸附实验，不同碱焦比下产品分别标号为1#、2#、3#，比表面积及孔容如表6所示。
表6不同碱焦质量比下得到的最终活化产品比表面积及孔容
实施例7
改变载气组成，使得载气为氮气与氢气的混合气氛(H2含量30％)，其他条件同实施例6，得到不同碱焦比下的最终活化活性炭产品，不同碱焦比下产品分别标号为1#、2#、3#，比表面积及孔容如表7所示。
表7 H2气氛下不同碱焦质量比下得到的最终活化产品比表面积及孔容
| 产品序号 | 碱焦比 | 比表面积(m2/g) | 孔容(cm3/g) |
| 1# | 2:1 | 2435 | 1.08 |
| 2# | 3:1 | 2870 | 1.58 |
| 3# | 4:1 | 2980 | 1.59 |
实施例8
置于炉体内滚珠所占总容积比例为0.2，预活化温度控制为500℃，活化温度控制为780℃，冷却气体采用纯N2及N2中分别掺入水蒸气、乙醇蒸气、醋酸蒸气和甲醇蒸气，掺入体积为总体积的5％，其他条件同实施例1相同。冷却后的物料取出后用1mol/L盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至滤液的PH达到6-7为止，将过滤所得的固体产品放入105-110℃烘箱中干燥至恒重，得到最终产品。对获得的最终产品进行低温氮吸附实验，获得产品标号为1#、2#、3#……比表面积及孔容如表8所示。
表8不同冷却气体处理后的活化产品比表面积及孔容
Claims (10)
1.一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置，其特征在于，该装置包括进料单元，用于预活化或活化反应的反应单元，出料机构，冷却和收集单元；
所述的进料单元包括气密式料仓(1)和螺旋进料器(2)，气密式料仓(1)安装在螺旋进料器(2)上方，储存混合物料、滚珠(6)或二者混合物；螺旋进料器(2)一侧与电机(13)相连，另一侧与转炉(5)连接；螺旋进料器(2)将混合物料、滚珠(6)或二者混合物送入反应单元；
所述的反应单元包括转炉(5)和能够调节高度的基座(11)；转炉(5)进料端设有通气孔a(4)，通气孔a(4)向转炉(5)内通入气体或导出反应尾气；滚珠(6)填充在转炉(5)内；基座(11)安装在转炉(5)下方，调节基座(11)高度使转炉(5)处于水平位置，或使转炉(5)进料端高于出料端；转炉(5)采用炉体外部加热炉加热，转炉(5)前端与传动机构(12)连接，传动机构(12)由电机(13)驱动；
所述的出料机构(8)侧面与转炉(5)连接，下端与集料室(9)连接，出料机构(8)上部设有通气孔b(7)，通气孔b(7)向转炉(5)内通入气体或带出反应尾气；出料机构(8)设置能够拆卸的具有网格状空隙的挡板；所述挡板的网格状空隙尺寸大于混合物料的最大尺寸，小于滚珠(6)的最小尺寸；
所述的冷却和收集单元包括集料室(9)和冷却和收集室(10)，集料室(9)上端通过出料阀门a(17)与出料机构(8)连接，下端通过出料阀门b(18)与冷却和收集室(10)连接，冷却和收集室(10)上部设有冷却气体出口(15)，下部设有冷却气体进口(14)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的滚珠(6)为球体或椭球体，由钢或无机非金属材料制成；滚珠(6)比重大于混合物料；滚珠(6)的最小尺寸与混合物料最大尺寸的比值大于5，滚珠(6)的最大尺寸与转炉(5)内径的比值小于0.2；转炉(5)内填充滚珠(6)的体积与转炉(5)内部容积比值不大于0.3。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的转炉(5)长径比为3-20；转炉(5)由电机带动转动，转速为0.5转/分钟-50转/分钟。
4.采用权利要求1或2所述的装置制备高比表面积活性炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，进料及通入气体
当出料机构(8)内设挡板时，先将滚珠(6)放置于转炉(5)内，再将混合物料通过进料单元输送到转炉(5)中；当出料机构(8)内不设挡板时，将滚珠(6)和混合物料通过进料单元输送到转炉(5)中；
转炉(5)中通入气体，气体在转炉(5)中与混合物料并流或逆流：并流时，转炉进料端(3)的通气孔a(4)通入气体，出料机构(8)上部通气孔b(7)带出反应尾气；逆流时，出料机构(8)上部通气孔b(7)通入气体，转炉进料端(3)的通气孔a(4)带出反应尾气；
所述的混合物料包括含碳原料和碱，含碳原料与碱的质量比为1:1-1:4；所述的通入的气体包括惰性保护气体或活性反应气体，所述的活性反应气体为H2与N2的混合气或H2与Ar的混合气，H2与N2的体积比为1-70％，H2与Ar的体积比为1-70％；所述的反应尾气包括反应产生的气体组分和通入的气体；
第二步，对混合物料进行预活化或活化反应
对转炉(5)进行加热，转炉(5)转动同时带动滚珠(6)发生转动和相对转炉(5)内壁的位移运动；混合物料在转炉(5)转动和滚珠(6)运动和重力溢流作用下从转炉进料端(3)向转炉出料端(16)移动，并不断被加热；滚珠(6)运动将混合物料以薄层状态分布在转炉(5)内壁和滚珠(6)表面，并将反应产生的气体及时析出；
随温度升高，混合物料发生预活化反应变为塑性状态的混合物料；随温度进一步升高，塑性状态的混合物料发生固化，在滚珠(6)的摩擦和撞击下，分散为小颗粒的热固性物料，完成预活化反应过程；随温度再升高，热固性物料进行高温活化反应过程；
转炉(5)能够单独连续完成预活化和活化反应过程；能够两个转炉连接使用，低温预活化反应和高温活化反应分别在两个转炉中进行，位于混合物流上游转炉的为预活化反应段，下游转炉的为活化反应段；
转炉(5)外部加热温度沿混合物料前进方向依次升高，进料端控制在250-450℃；反应单元预活化段或预活化单元转炉的加热温度控制在650-750℃；反应单元活化段或活化单元转炉的加热温度控制在850-950℃，其中，混合物料的升温速率控制在3-15℃/min；
第三步，出料及冷却收集
当出料机构(8)内设置挡板时，反应后的混合物料和滚珠(6)通过挡板进行分离，滚珠(6)留在转炉(5)内部，混合物料分批经出料阀门a(17)在集料室(9)停留后经出料阀门b(18)进入冷却与收集室(10)；冷却和收集室(10)中以与混合物料逆流的方式通入冷却气体对混合物料进行冷却，混合物料冷却后得到活化产物，活化产物分批通过出料阀门c(19)，进行酸洗、水洗和干燥处理后得到高比表面积活性炭；
当出料机构(8)内不设置挡板时，反应后的混合物料和滚珠(6)分批经出料阀门a(17)在集料室(9)停留后经出料阀门b(18)进入到冷却与收集室(10)；冷却和收集室(10)中以与混合物料逆流的方式通入冷却气体对混合物料进行冷却，冷却后的混合物料及滚珠(6)储存在冷却与收集室(10)中并分批通过出料阀门c(19)取出进行筛分，筛分后的滚珠(6)重复利用，混合物料进行酸洗、水洗和干燥处理后得到高比表面积活性炭。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的含碳原料包括石油焦、沥青焦、中间相炭微球、无烟煤、煤的炭化物、坚果壳的炭化物、坚果核的炭化物或高分子有机物的炭化物；碱包括KOH或NaOH。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第一步中所述的惰性反应气体为N2或Ar；所述的冷却气体是氮气、过氧化氢蒸气、二氧化碳、甲醇蒸气、乙醇蒸气、丙醇蒸气、甲酸蒸气、醋酸蒸气、氨气、甲胺、乙胺蒸气、丙胺蒸气、二甲胺、二乙胺蒸气、乙硼烷、丁硼烷、三甲基硼蒸气、硫化氢、甲硫醇蒸气、乙硫醇蒸气、磷化氢、氟气、氯气、溴蒸气、碘蒸气、氟化氢、氯化氢、溴化氢、碘化氢中的一种及其组合。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，第一步中所述的惰性反应气体为N2或Ar；所述的冷却气体是氮气、过氧化氢蒸气、二氧化碳、甲醇蒸气、乙醇蒸气、丙醇蒸气、甲酸蒸气、醋酸蒸气、氨气、甲胺、乙胺蒸气、丙胺蒸气、二甲胺、二乙胺蒸气、乙硼烷、丁硼烷、三甲基硼蒸气、硫化氢、甲硫醇蒸气、乙硫醇蒸气、磷化氢、氟气、氯气、溴蒸气、碘蒸气、氟化氢、氯化氢、溴化氢、碘化氢中的一种及其组合。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第三步中所述的酸洗过程中的酸包括盐酸或硫酸，浓度为1-5mol/L。
9.根据权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，第三步中所述的酸洗过程中的酸包括盐酸或硫酸，浓度为1-5mol/L。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第二步中所述的转炉(5)的加热方式为电加热或燃料加热。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201511005144.7A CN105399095B (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201511005144.7A CN105399095B (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105399095A CN105399095A (zh) | 2016-03-16 |
| CN105399095B true CN105399095B (zh) | 2018-05-08 |
Family
ID=55464909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201511005144.7A Active CN105399095B (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105399095B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102047370B1 (ko) * | 2016-07-14 | 2019-11-22 | 주식회사 엘지화학 | 카본나노튜브 제품 건조 및 회수 장치 및 이를 이용한 카본나노튜브 제조방법 |
| CN107626259A (zh) * | 2017-08-11 | 2018-01-26 | 天津爱敏特电池材料有限公司 | 一种可控粒度的连续造粒炉 |
| CN108144578B (zh) * | 2017-11-15 | 2022-07-29 | 常德永 | 一种活性炭的制备方法 |
| CN107758661A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-06 | 清远初曲智能科技有限公司 | 一种防止产物结块的石油焦制备高比表面积活性炭的方法 |
| CN108946696A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-12-07 | 湖南工业大学 | 一种螺旋柱塞组合加工的生物炭及其制备方法 |
| CN109467086A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-15 | 合肥恒力装备有限公司 | 一种制备碳材料用竖管炉 |
| CN111204762B (zh) * | 2019-04-09 | 2022-11-29 | 浙江瑞能炭材料科技有限公司 | 一种多段式精确控温环保活化炉 |
| CN111023104A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 湖南顶立科技有限公司 | 一种热解系统气氛控制装置及方法 |
| CN111186839B (zh) * | 2020-02-27 | 2021-11-16 | 中国科学院化学研究所 | 利用三元低温熔融盐制备纳米孔碳材料的反应系统和方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4981296A (zh) * | 1972-12-12 | 1974-08-06 | ||
| CN1802314A (zh) * | 2003-07-18 | 2006-07-12 | 山崎则幸 | 碳化物制造装置以及碳化物制造方法 |
| JP2010105885A (ja) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | 活性炭の改質方法、電気二重層キャパシタ用電極材料、電気二重層キャパシタ用電極、および電気二重層キャパシタ |
| CN103072985A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-05-01 | 大连理工大学 | 用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置及方法 |
| CN204079889U (zh) * | 2014-08-19 | 2015-01-07 | 广东天源环境科技有限公司 | 一种有机固体废物处理的热解设备 |
-
2015
- 2015-12-28 CN CN201511005144.7A patent/CN105399095B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4981296A (zh) * | 1972-12-12 | 1974-08-06 | ||
| CN1802314A (zh) * | 2003-07-18 | 2006-07-12 | 山崎则幸 | 碳化物制造装置以及碳化物制造方法 |
| JP2010105885A (ja) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | 活性炭の改質方法、電気二重層キャパシタ用電極材料、電気二重層キャパシタ用電極、および電気二重層キャパシタ |
| CN103072985A (zh) * | 2013-01-10 | 2013-05-01 | 大连理工大学 | 用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置及方法 |
| CN204079889U (zh) * | 2014-08-19 | 2015-01-07 | 广东天源环境科技有限公司 | 一种有机固体废物处理的热解设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105399095A (zh) | 2016-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105399095B (zh) | 一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法 | |
| CN102976322B (zh) | 一种化学法生产木质活性炭的节能内热回转炉及制备方法 | |
| CN104946279B (zh) | 回转式分段加热生物质连续热解设备 | |
| CN102207350B (zh) | 一种微波流化干燥褐煤的方法 | |
| CN102583373A (zh) | 一种用煤制备活性炭的方法 | |
| CN104152162B (zh) | 碎煤热解的热解系统和碎煤热解生产半焦、焦油和煤气的装置及方法 | |
| CN105238432B (zh) | 自热式酸洗‑热解‑燃烧一体化制备高品质生物油和白炭黑的方法及装置 | |
| CN201795667U (zh) | 新型果渣节能干燥设备 | |
| CN210486365U (zh) | 一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统 | |
| CN104693845B (zh) | 经氧化处理的高甲苯透光率色素炭黑及其生产工艺 | |
| CN102432404A (zh) | 一种套筒式复混肥转鼓造粒机 | |
| CN106369953A (zh) | 一种带有螺旋出料装置的化工原料干燥装置 | |
| CN108726518A (zh) | 一种碱活化法制备高比表面积活性炭的方法 | |
| CN104789761A (zh) | 一种还原铁高效冷却及余热回收装置 | |
| CN108940163A (zh) | 处理铝灰渣的盘式反应器及处理方法 | |
| CN207142836U (zh) | 一种三床耦合联用制备活性炭的系统 | |
| CN104692430B (zh) | 一种用于刚玉生产的铝灰处理系统 | |
| CN207175864U (zh) | 回转热解炉多室旋流梯级高效换热系统 | |
| CN104211028A (zh) | 用于窑法磷酸工艺的复合球团原料及其成型方法 | |
| CN206227670U (zh) | 用于猪饲料加工的双层调质器 | |
| CN205917160U (zh) | 一种用于泥浆干化的装置 | |
| CN203642623U (zh) | 烘干转炉 | |
| CN202675817U (zh) | 一种气流干燥器 | |
| CN205556106U (zh) | 一种活性炭生产装置 | |
| CN2392620Y (zh) | 城市脱水污泥干燥设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |