CN108404820B - 一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的固定床反应器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明“一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的固定床反应器及方法”，属于化工设备技术领域。所述固定床反应器包括筒体；所述筒体内部上段设有扩孔床；所述扩孔床内设置有若干根冷激管；筒体内部轴向设有贯穿整个筒体上段的测温部件；筒体外部上段设有具备可使工艺气体通向所述固定床反应器内部的气体通道且可减缓气体流速的引气环管。本发明的设备和方法对石墨化活性炭的扩孔指的是通过气氛和温度的控制，对石墨化活性炭进行氧化造孔和打通硫、磷单质对活性炭的堵孔，使石墨化活性炭的比表面和孔体积能满足人们的使用要求。

Description

一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的固定床反应器及方法

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，涉及一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的固定床反应器及方法。

背景技术

目前,化学固定床反应器种类繁多,专门用于石墨化活性炭扩孔的固定床反应器未见报道。

本领域目前用来对活性炭进行氧化扩孔的现有技术手段通常是利用一些扩孔剂或扩孔方法，例如，发明专利申请201610963385.0披露了一种环保治理用煤基活性炭制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一，按照以下重量份的原料制备活性炭：无烟煤粉末10-15份、焦油3-5份、果壳1-4份、活化剂13-22份、活化助剂0.1-0.5份、有机溶剂21-32份、秸秆粉末1-3份和改性天青石粉末2-5份；步骤二，将无烟煤粉末、焦油和果壳在炭化炉中以650-750℃处理1-3h并且进行粉碎处理,得到活性炭粉末，将活性炭粉末放在去离子水中洗至中性并且进行干燥，将干燥后的活性炭粉末放入氯磺酸中，加热至80-100℃溶胀1-3h，冷却，过滤，将过滤物用去离子水洗至pH呈中性，真空干燥，得到溶胀活性炭粉末，将溶胀活性炭粉末加热至850-900℃后，通入水蒸气进行扩孔，冷却后经酸洗、水洗和干燥，得到扩孔活性炭粉末，将扩孔活性炭粉末置于200-300℃焙烧2-3h，冷却，得到改性活性炭粉末；步骤三，将秸秆粉末、改性天青石粉末和有机溶剂加入搅拌机中，搅拌机以150-300rpm的转速搅拌10-25min，得到第一混合溶液；步骤四，将改性活性炭粉末、活化剂和活化助剂加入装有第一混合溶液的搅拌机中，搅拌机以300-450rpm的转速搅拌30-60min得到第二混合溶液，第二混合溶液在200-300℃下干燥脱水1-3h，在惰性气体和真空条件下升温至活化温度600-800℃，活化1-3h，得到活化料；步骤五，将步骤四得到的活化料在惰性气体保护下冷却至100℃以下，再用去离子水洗涤活化料2-5次，用强酸洗涤活化料1-3次，再用去离子水洗涤活化料至中性，然后在100-120℃下干燥，即可得到成品。上述技术均是适用于普通活性炭的活化扩孔，一般使用的是活性炭高温回转活化炉，该种炉不适用于专用石墨化活性炭(例如钌基氨合成催化剂石墨化炭载体)的扩孔。

石墨化活性炭的比表面和微孔数量比未石墨化炭急剧减少，造成这种现象有两个原因：其一，活性炭属于无定型碳，在结构上微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。活性炭石墨化(或部分石墨化)需要在1800－2700℃高温下进行，高温造成活性炭内部和表面的大空隙结构被破坏，表面生成光滑、无孔的石墨晶型结构，因而石墨化处理后活性炭的比表面与微孔数量会大大减少。其二，对于果壳活性炭来说，因为原先成炭材料是植物，含有较大量的硫、磷化合物，在制备活性炭时这些物质大量留存在活性炭上。这些硫、磷化合物在活性炭石墨化的高温条件下，热分解为单质硫和单质磷，并会升华到炭的表面和外边，还有部分硫、磷单质会堵塞部分活性炭的微孔，造成石墨化后的活性炭的比表面与微孔数量的减少。

本领域亟需开发一种专门用于石墨化活性炭扩孔的设备，以满足本领域直接通过设备就能实现扩孔处理，并能获得很好地扩孔效果的技术需求。

发明内容

针对石墨化活性炭的比表面和微孔数量比未石墨化炭急剧减少的现象，为了改善这种状况，必须采用可控气氛方法对石墨化活性炭进行扩孔处理。而要保证扩孔的效果，扩孔反应器的结构必须兼顾反应器要具有合理的工艺气体的配置、流动和分布、灵活的反应温度控制手段和合理的系统热能利用。本发明是一种反应温度和反应气氛可控的气固反应装置。

针对石墨化活性炭扩孔的技术要求，本发明提出一种立式固定床反应器。

本发明的具体技术方案如下:

本发明一方面提供一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的固定床反应器，包括筒体；其特征在于，筒体内部上段设有扩孔床；所述扩孔床内设置有若干根冷激管；筒体内部轴向设有贯穿整个筒体上段的测温部件；筒体外部上段设有具备可使工艺气体通向所述固定床反应器内部的气体通道且可减缓气体流速的引气环管。引气环管的作用在于为工艺气体的流动提供了具备足够的缓冲空间的气体通道，减缓了气体的流动，从而达到控制进气速度及进气量的目的。

在一些实施例中，所述引气环管包括环形槽和进气管；所述环形槽周向设置在所述筒体外部上段的上部，槽口朝上；所述进气管与环形槽的槽壁相通；所述工艺气体通过进气管进入所述环形槽并经由所述环形槽槽口扩散至所述固定床反应器内，形成所述气体通道。

在优选的实施例中，所述环形槽槽壁高度大于所述进气管管径；所述进气管与环形槽外圆槽壁相通。

另一些实施例中，所述引气环管的进气管为两根，对称地径向设置在筒体两侧；

在优选的实施例中，所述进气管为可提供一进两出的气体走向的管路结构；

在更优选的实施例中，所述进气管为三通管部件，垂直的主管用于进气，两侧支管用于出气。这样设置的好处是：使气体流程尽量短，保证进入反应器的气体的流速与流量均匀。更具体地，所述进气管为三通管件，垂直主管用于进气，两侧支管用于出气。

在另一些实施例中，所述冷激管包括在筒体内轴向设置的立管、在筒体内径向设置且沿所述立管轴向分布的若干盘管；优选地，所述若干盘管之间的分布间距为200～300mm。这样设置的好处在于，轴向分布的若干盘管能在反应器筒体内的不同高度起冷激作用，使冷激效果更均一、以及温度调节功能发挥更均匀；分布间距的设置在保证冷激作用均一分布的同时提供足够的物料承载空间，有利于工艺气体在床内的均匀分布和对床层轴向不同位置温度的准确调节。

在一些实施例中，所述冷激管可由立管顶部的入口通入冷媒，立管与盘管内部相连通；盘管上平面均布有若干通孔，所述通孔上设有防止物料颗粒落入孔内但能透过气体的阻挡结构。

在优选的实施例中，所述通孔的孔径为1-5mm；所述阻挡结构为通孔或包含通孔的锥面上包裹的多层细丝不锈钢网。通孔的作用是：一方面使冷激管内冷媒的冷作用更好地散发，另一方面用于流通工艺气体和水；阻挡结构的作用是防止物料颗粒落入冷激管内部。

在具体的实施例中，所述测温部件为设置在在套管内部的热电偶；所述套管轴向设置于筒体内部上段。

在更具体的实施例中，所述套管是上端具有开口下端封闭的直管，所述热电偶可从套管上端开口插入套管中。

在优选的实施例中，所述套管内装有若干长度不一的热电偶，用于测试扩孔床不同高度位置的轴向温差，可以测量扩孔床不同深度(高度)的反应温度。所述套管的上端开口伸出上封头顶面。

在优选的实施例中，所述套管为2根，呈径向对称分布。这样设置的好处是：可以监测物料床层的径向温差。

在一些实施例中，所述固定床反应器还包括上封头；所述上封头位于筒体顶部，上封头开口可与筒体上段的开口相配合以封闭所述固定床反应器的上部；上封头顶部开设有通向筒体内部的进料管。

在优选的实施例中，所述上封头开口口径大于等于所述引气环管的环形槽的外圆直径，这样的好处在于，上封头与筒体上部盖合密封时，不至于堵住引气环管的环形槽的槽口从而阻挡气体通道。

在更优选的实施例中，所述环形槽外圆边缘顶部设置有一圈法兰环，所述上封头开口通过所述法兰环与所述引气环管的环形槽连接，进而与筒体上段连接，实现所述固定床反应器上部的封闭。

在具体的实施例中，所述冷激管的立管的上端伸出上封头外；所述上封头顶部设有密封函件，用于密封所述冷激管的立管的上端，和/或，所述测温部件的套管的上端。

在一些实施例中，所述固定床反应器还包括热交换器；所述热交换器设置在所述筒体内部下段。热交换器的主要作用是将反应器内反应后的工艺气体和物料的余热导出并加以利用。

在另一些实施例中，所述固定床反应器还包括卸料封料部件；所述卸料封料部件设置在所述筒体内上段与下段之间的过渡段，用于可控地对所述固定床反应器内的物料进行卸料和封料，同时又作为工艺气体的流动通道。

在进一步的实施例中，所述卸料封料部件包括锥形罩和卸料锥；所述锥形罩为两端皆开口的锥形结构，且其上端开口较大，下端开口较小；所述卸料锥为锥形结构，设置在所述锥形罩内的下端；所述卸料锥的底面直径略大于所述锥形罩较小一端。所述锥形罩用以保证卸料时扩孔炭能自动下落不残留。所述卸料锥的作用是在石墨化活性炭扩孔操作时锥底(锥肩)对下料孔起密封作用，扩孔结束时通过卸料杆将卸料锥顶开，扩孔后的石墨化炭成品就靠本身重力自动卸出反应器外。

在更进一步的实施例中，所述锥形罩的半锥角小于等于55°，这个角度设置用于保证扩孔炭自卸时不会残留在反应器内，且其内锥面均布有通孔，所述通孔上设有防止物料颗粒落入孔内但能透过气体的阻挡结构，以保证固态物料不掉入锥的下部而造成换热器堵塞和影响气态反应介质的流动性。

在优选的实施例中，所述通孔孔径为1-5mm；所述阻挡结构为通孔或包含通孔的锥面面上包裹的多层细丝不锈钢网；所述卸料锥的内部中空，且锥角小于等于40°，这个角度设置的好处在于能够减小卸料锥上推时的阻力，方便卸料操作；卸料锥锥顶朝上、锥底锥底朝下地设置在所述锥形罩内；卸料锥的锥面均布有直径1-3mm通孔，用以流通工艺气体；卸料锥的锥面上布有通孔，目的是让工艺气体在径向也能交流，从而埋在卸料锥周围的物料不会形成不通气的死角。

在进一步的实施例中，所述卸料封料部件还包括设置在卸料锥下部的卸料杆，用于推动所述卸料锥上下移动。

在优选的实施例中，所述卸料杆的顶端即为卸料锥锥尖，与所述带孔的空心卸料锥锥体通过锥体加强筋与卸料杆杆件连接；卸料杆可以是实心的或是空心的。

在一些实施例中，所述固定床反应器还包括带出料管的下封头；所述下封头位于筒体底部并带有气体出口管，所述出料管从锥形罩底部延伸而出，轴向依次穿过筒体下段的热交换器、下封头，直通所述固定床反应器之外。

在具体的实施例中，所述出料管的外部端口接有快开法兰。

在优选的实施例中，所述固定床反应器为立式固定床反应器，且所述固定床反应器各部件之间为可拆卸连接。

本发明的另一方面提供一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，采用上述任一所述的固定床反应器，将待处理的石墨化活性炭置于所述固定床反应器内，并使所述石墨化活性炭经过所述固定床反应器的扩孔床。

一种立式固定床反应器,包括上封头，筒体和下封头。上封头的轴心处设有加料管、按180℃对称分布的两根热电偶套管的上端开口，和数量依反应器高度而定的三至五个均布的冷激管密封函；冷激管密封函是位于上封头盖上的密封部件，用于密封冷激管；由于冷激管的立管的轴向位置可调节，因此每次立管轴向移动后，都需要通过对立管上的密封函填料进行压紧以保证冷激管的密封；筒体内分为上段、下段和过渡段三部分，上段为活性炭扩孔床，床内布有多根冷激管，筒体外部上段的上部设有引气环管，反应气体按180℃对称分两路进入引气环管，在筒体上下段之间设一装有可均匀通气的锥形罩过渡段，筒体下段装有热交换器，换热器中心设一出料管，该出料管上口与锥形罩下切口相接，出料管下口穿过封头直通反应器外，出料管内装一根带锥形头的卸料杆，用于封料和卸料。工艺气体由反应器上部进入，流经活性炭层和热交换器后从设在筒体底部封头的放空管引出。

所述的筒体上段活性炭扩孔床内，对称装有两根热电偶套管，每根套管内可装三根以上热电偶，用于监控床层反应温度。

所述的筒体上段活性炭扩孔床内依不同轴间距装有多根冷激管，用于调节床层的温度，所述冷激管轴间距为200～300mm,其数量由床层高度决定。

所述的冷激管由竖立的立管和水平的盘管构成，盘管的朝上的管壁上钻有均布的小孔并用多层细丝不锈钢网包裹，直管与管圈用焊接相连，焊接时注意保证二者的完全连通性；由于冷媒直接由立管顶部入口装入冷激管中，并通过立管进入盘管中，因此需要保证立管与盘管内部相连通；而立管的顶部入口设置在反应器上封头的顶部外侧。

所述的引气环管位于筒体外部上段的上部，包括环形槽和进气管；所述环形槽的槽口与内筒体上段的开口齐平，用于连结上封头的上法兰焊接于引气环管的环形槽外圆槽壁外沿，工艺气体的进气管有两根，以180°角度对称设置，分别与环形槽的槽壁相接通，本文将环形槽和进气管统称为“引气环管”。

所述筒体下段设有换热装置,用于合理利用反应尾气的热量,有效减少热损失。

所述筒体上段与下段之间有一带有均布通孔且用多层细丝不锈钢网包裹的锥形罩过渡段，该段既作为上筒体扩孔床的封底和工艺气体的通道，又作为装配锥形卸料杆的通道。

所述的锥形卸料杆用于反应器固态反应物的封料和卸料，所述的卸料杆的锥头为空心锥，锥面上有均布的小孔，且用多层细丝不锈钢网包裹，以保证在卸料杆锥头附近的工艺气体不存在流动死角，并且使小粒径的固态物料不掉入锥的内芯而影响气态反应介质的流动性。所述卸料杆的顶端即为卸料锥锥尖，与所述带孔的空心卸料锥锥体通过锥体加强筋与卸料杆杆件连接，用于推动所述卸料锥上下移动。

所述的换热装置的中心装有出料管和锥形卸料杆。换热器外筒焊接一膨胀节用以消除温差应力。

所述的出料管直通反应器之外，外端口接有快开法兰。

所述筒体的各部之间可拆卸连接,便于安装、检修和更换内件。

本发明的扩孔原理在于：石墨化活性炭扩孔是一种氧化放热反应，若反应速度过快，所扩的炭不但表面结构不理想，而且将造成活性炭的过分氧化甚至烧失，大大降低产品收率和扩孔质量，因此控制反应速度以及对炭和炭中堵孔的硫、磷单质进行可控氧化是石墨化活性炭扩孔的关键。本发明的设备和方法尤其适用于部分石墨化炭的扩孔处理，所述部分石墨化炭与普通的石墨化炭的不同之处在于还具有一定的比表面和微孔，还存在未形成石墨晶体的炭。本发明提供的扩孔用固定床反应器通过引气环管和冷激管实现反应气氛的调节，因为环管内气体组分和气量可调，冷激管除可调温外，还可以调节冷空气、氮气和水蒸汽的比例、数量和分布的均匀度；通过热电偶套管测温后，再人工调控引气环管中的气体组分、温度和气量，并结合冷激管的作用，实现温度可控；通过反应气氛的调节，实现温度的变化范围的控制，进而控制反应速度的快慢，换言之，调节反应气氛和反应温度可以达到调节反应速度的目的，从而保证扩孔效果。

本发明的设备和方法对石墨化活性炭的扩孔指的是通过气氛和温度的控制，对石墨化活性炭进行氧化造孔和打通硫、磷单质对活性炭的堵孔，使石墨化活性炭的比表面和孔体积能满足人们的使用要求。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。图中序号1为测温热电偶套管，序号2为进料管，序号3为上封头，序号4为引气环管，41-环形槽，42-进气管，5为冷激管，51-立管，52-盘管，序号6为筒体上段，序号7为卸料锥，序号8为锥形罩(在过渡段内)，序号9为换热器(下段)，序号10为下封头，序号11为反应器支撑腿，12快开法兰，13卸料管，14卸料杆，15膨胀节，a为换热器冷原料气进口，b为换热器气体出口，c为本发明反应器的工艺气体进口，d为本发明反应器的工艺气体出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行更为具体、详细的描述。应当声明的是，下列任一实施例仅仅是示例性的、或者做为本发明的方案的例举，而并非穷举，且并不以下述任一实施例记载的内容限制本发明的保护范围。若无特别说明，下述实施例中采用的耗材和配件均可商购获得。

第1组实施例、本发明的固定床反应器

本组实施例提供一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的固定床反应器，包括筒体；其特征在于，筒体内部上段设有扩孔床；所述扩孔床内设置有若干根冷激管；筒体内部轴向设有贯穿整个筒体上段的测温部件；筒体外部上段设有具备可使工艺气体通向所述固定床反应器内部的气体通道且可减缓气体流速的引气环管。

化学反应器里装载催化剂等固体物质的部分都称作“床”，等同于装料部分。因此，本文中的“扩孔床”具有本领域技术人员可常规理解的含义，具体指本发明固定床反应器内筒体上段进行扩孔处理的空间、部分和/或区域。

本发明具有上述结构的固定床反应器在反应气氛、反应温度、反应速度等方面是可控的。

具体地，所述工艺气体选自：空气、氮气、水蒸汽，含氧气体中的一种、或2种、或2种以上的混合气体；所述工艺气体用于氧化炭、硫、磷，其中的氮气用于控制氧的浓度，帮助控制氧化速度和床层温度，水蒸汽可以帮助快速调温，并加速氧化。

所述“可控”指可以调节气体的进气量和气体组分，并能快速调节反应温度，以控制反应速度。虽然反应器中的温度主要来自工艺气体的温度，但是反应过程是放热的，不注意控制极易超温甚至会“飞温”，在很短时间内温度急剧上升，造成扩孔炭的大量损失。

在具体的实施例中，所述引气环管包括环形槽和进气管；所述环形槽周向设置在所述筒体外部上段的上部，槽口朝上；所述进气管与环形槽的槽壁相通；所述工艺气体通过进气管进入所述环形槽并经由所述环形槽槽口扩散至所述固定床反应器内，形成所述气体通道。

在优选的实施例中，所述环形槽槽壁高度大于所述进气管管径；所述进气管与环形槽外圆槽壁相通；槽口的位置可以设置成如下三种形式：槽口齐平于、或略高于、或低于筒体开口；相应地，所述环形槽的外圆槽壁等高于、或略高于、或低于筒体开口的上沿。优选槽口齐平于或略高于筒体开口；相应地，所述环形槽的外圆槽壁等高于、或略高于筒体开口的上沿。

当槽口位置低于筒体开口时，为了使上封头盖合时仍能让气体通道保持畅通，可考虑将上封头制作得与现有的标准件不一样，将上封头做得更高、和/或，将上封头顶部弧度调整使上封头顶部空间增加、和/或，将上封头的外沿整体往下延伸，以配合较低的槽口，使上封头的外沿与环形槽外环槽壁扣合时不阻挡气体通道。

设置上述结构的引气环管的好处是，环形槽可以缓冲气体进入反应器的速度，并使气体均匀扩散进入反应器内，相比直接将进气管对着筒体内进气，能更好地调控和把握进气速度和均匀度。

在优选的实施例中，所述引气环管的进气管径向地设置在筒体外部；所述进气管为两根，对称地设置在筒体两侧。

更优选的实施例中，所述进气管为可提供一进两出的气体走向的管路结构。

在进一步优选的实施例中，所述进气管为三通管部件，垂直的主管用于进气，两侧支管用于出气。这样设置的好处是：使气体流程尽量短，保证进入反应器的气体的流速与流量均匀。更具体地，所述进气管为三通管件，垂直主管用于进气，两侧支管用于出气。

在另一些实施例中，所述冷激管包括在筒体内轴向设置的立管、在筒体内径向设置且沿所述立管轴向分布的若干盘管。

在具体的实施例中，所述若干盘管之间的分布间距优选设置为200～300mm。

所述冷激管可由立管顶部的入口通入冷媒，立管与盘管内部相连通；盘管上平面均布有若干通孔，所述通孔上设有防止物料颗粒落入孔内但能透过气体的阻挡结构；

具体地，立管采用普通的两头开放、内部中空的直管结构，盘管可以选择本领域常见结构的盘管，例如，呈平面螺旋线盘绕的管道结构等。

优选地，所述通孔的孔径为1-5mm；所述阻挡结构为通孔，或包含通孔的锥面上包裹的多层细丝不锈钢网。也可以是其它形式的阻挡结构，例如，可以是更小孔径(比如孔径小于物料颗粒大小)的细孔，或者孔面设置成网面等，只要能阻挡物料颗粒落入孔内并保证透气即可。

在具体的实施例中，所述测温部件为设置在在套管内部的热电偶；所述套管轴向设置于筒体内部上段。

在更具体的实施例中，所述套管是上端具有开口下端封闭的直管，所述热电偶可从套管上端开口插入套管中。

在优选的实施例中，所述套管内装有若干长度不一的热电偶，用于测量反应器筒体内不同高度的温度；所述套管的上端开口伸出上封头顶面。

在优选的实施例中，所述套管为2根，呈径向对称分布。

在一些实施例中，所述固定床反应器还包括上封头；所述上封头位于筒体顶部，上封头开口可与筒体上段的开口相配合以封闭所述固定床反应器的上部；上封头顶部开设有通向筒体内部的进料管。

在优选的实施例中，所述上封头开口口径大于等于所述引气环管的环形槽的外圆直径。

在更优选的实施例中，所述环形槽外圆边缘顶部设置有一圈法兰环，所述上封头开口通过所述法兰环与所述引气环管的环形槽连接，进而与筒体上段连接，实现所述固定床反应器上部的封闭。除法兰连接外，还可以设置成本领域其它形式的可拆卸连接的方式，比如，螺纹连接等。

在具体的实施例中，所述冷激管的立管的上端伸出上封头外；所述上封头顶部设有密封函件，用于密封所述冷激管的立管的上端，和/或，所述测温部件的套管的上端。

在一些实施例中，所述固定床反应器还包括热交换器；所述热交换器设置在所述筒体内部下段。所述热交换器可以是本领域常见的热交换器，例如，列管换热器等。

在另一些实施例中，所述固定床反应器还包括卸料封料部件；所述卸料封料部件设置在所述筒体内上段与下段之间的过渡段，用于可控地对所述固定床反应器内的物料进行卸料和封料。卸料封料部件可以是反应器领域的常见结构，也可以是如下实施例记载的结构：

所述卸料封料部件包括锥形罩和卸料锥；所述锥形罩为两端皆开口的锥形结构，且其上端开口较大，下端开口较小；所述卸料锥为锥形结构，设置在所述锥形罩内的下端；所述卸料锥的底面直径略大于所述锥形罩较小一端。

在更进一步的实施例中，所述锥形罩的半锥角小于等于55°，且其内锥面均布有通孔，所述通孔上设有防止物料颗粒落入孔内但能透过气体的阻挡结构；

在优选的实施例中，所述通孔的孔径为1-5mm；所述阻挡结构为通孔，或包含通孔的锥面上包裹的多层细丝不锈钢网；所述卸料锥的内部中空，且锥角小于等于40°；卸料锥锥顶朝上、锥底锥底朝下地设置在所述锥形罩内。

卸料锥具体的制造过程如下：所述卸料锥的锥头顶部是用不锈钢棒车削加工的实心锥尖，其锥体是不锈钢板卷制的中空结构，内心用不锈钢圆钢加固，卸料锥的锥面均布直径1－3mm通孔，用以流通工艺气体；卸料锥的锥面上布有通孔，目的是让工艺气体在径向也能交流，从而埋在卸料锥周围的物料不会形成不通气的死角；锥体用多层不锈钢细丝包扎，锥底用圆环形不锈钢板焊制；锥底呈圆环形，中心圆是空心，外圆与卸料锥的底端焊接，目的是增强锥体的强度。所述的位于卸料锥底部的卸料杆用不锈钢圆钢或是不锈钢管制造，上部与锥体加强筋焊接。卸料锥也可以采用其它制作工艺制作。

在进一步的实施例中，所述卸料封料部件还包括设置在卸料锥下部的卸料杆，用于推动所述卸料锥上下移动。

在优选的实施例中，所述卸料杆的顶端即为卸料锥锥尖，与所述带孔的空心卸料锥锥体通过锥体加强筋与卸料杆杆件连接。所述卸料杆可以是实心的或者空心的，优选空心杆；当杆件为空心杆时，可用壁厚4mm以上的不锈钢管制成。

在一些实施例中，所述固定床反应器还包括带出料管的下封头；所述下封头位于筒体底部并带有气体出口管，所述出料管从锥形罩底部延伸而出，轴向依次穿过筒体下段的热交换器、下封头，直通所述固定床反应器之外。

在具体的实施例中，所述出料管的外部端口接有快开法兰。

在优选的实施例中，所述固定床反应器为立式固定床反应器，且所述固定床反应器各部件之间为可拆卸连接。可拆卸连接的方式可以选用机械领域的多种常见方式之一。

本发明关于固定床反应器最具体的1个实施例如图1所示，所述固定床反应器包括1测温热电偶套管，该热电偶套管按180度角分布，可插入长短不同的多根热电偶以测定床层不同平面、不同深度的实时温度；2进料管，用以反应器因体物料的装填；3上封头，用以封闭反应器，固定进料管，其上还布有热电偶套管和冷激盘管的填料密封函，与上筒体以法兰相连；4引气环管，包括环形槽41和进气管42，环形槽41焊接于上筒体上口，环管上表面开口以保证气体均匀地进入反应器；5冷激管，包括立管51和若干个盘管52，该盘管52个数由料层高度决定，一般轴间距每隔200～300mm设一个较适宜，盘管52上平面和下平面的表面开有均布小孔，以保证冷媒均匀分布；6筒体上段，用以固定进气环管，连接上封头和过度段，其与过渡段采用焊接；卸料锥7(筒体的过渡段)，位于锥形罩上部，用来对固体物料的封料和卸料；锥形罩8(在过渡段内)，用来与卸料锥配合，实现封料和卸料，同时其侧表面均布气孔用以导通反应后的热气体进入换热器；9换热器(筒体下段)，10下封头和11反应器支撑腿；12快开法兰；13卸料管；14卸料杆；15膨胀节。a为换热器冷原料气进口，b为换热器气体出口，c为反应器原料气进口，d为反应器气体出口。将石墨化活性碳装于反应器内，实现了反应气氛、反应温度和反应速度可调的目的。

采用如图1所示的固定床反应器，待处理的物料(比如石墨化活性炭)从顶部的进料管2进入反应器内，依次经过一层层的冷激管5、落到锥形罩8并布满上筒体反应区，当反应器需要封料时，卸料锥7下端连接的卸料杆向下运动使卸料锥7底面与锥形罩8下端开口紧密贴合，从而使卸料锥7堵住锥形罩8的下端开口以实现封料；当反应器需要卸料时，卸料杆向上运动将卸料锥7向上顶起，从而使卸料锥7底面与锥形罩8下端开口之间产生一圈空隙，进而使物料从空隙中掉落进入出料管，最终卸出反应器，是这样封料、卸料的过程。

本发明另一个具体的有关“固定床反应器”的实施例与上述具体实施例基本相同，只是将装料筒适加长，不装器内热交换器，把下封头10通过法兰与过渡段8相连。工作时，反应后的气体直接导向气体加热器，预热到反应温度后再循环到反应器进口入反应床层进行反应。反应气组分通过冷激盘管和气体预热器进口支管补充需要物质种类和数量的反应组分进行调节。将石墨化活性碳装于本例反应器内，同样实现了反应气氛、反应温度和反应速度可调的目的。该实施例的结构图同样可以参考图1，只是将换热器9移出反应器外，是图1不含换热器9的结构。

为了卸料便捷，本发明所述的固定床反应器优选为立式固定床反应器,包括上封头，筒体和下封头。上封头的轴心处设有加料管、按径向180°对称分布的两根热电偶套管和数量依反应器高度而定的三至五个均布的冷激管密封函,筒体内分为上段、下段和过渡段三部分，上段为活性炭扩孔床，固体物料装于该床中，床内布有多根冷激管，筒体上段外部设有进(引)气环管，反应气体按180℃径向对称分两路进入进气环管，这样设置的好处在于减小入反应器气流的路程和阻力，从结构上保证气体入床的均匀性，在筒体上下段之间设一装有可均匀通气的锥形罩过渡段，筒体下段装有带有膨胀节的热交换器，换热器中心设一出料管，该出料管上口与锥形罩下切口相接，出料管下口穿过封头直通反应器外，出料管内装一根锥形卸料杆(也可称为卸料杆)，用于封料和卸料。冷的工艺气体经过换热器预热后，再经过外加热器升至规定的工艺温度后从反应器上部进入，流经活性炭层和热交换器后从设在筒体底部封头的放空管引出。

第2组实施例、本发明的扩孔方法

本组实施例提供一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，采用第1组实施例任一项所述的固定床反应器，将待处理的石墨化活性炭置于所述固定床反应器内，并使所述石墨化活性炭经过所述固定床反应器的扩孔床。

以可用作钌基氨合成催化剂载体的石墨化活性炭的扩孔处理为例，使用本发明设备进行石墨化椰壳活性炭扩孔处理，通入由氧气、CO₂、氮气、水蒸汽等气体组成的混合气，并将设备调至450℃处理12h后,即可获得符合要求的石墨化活性炭。

针对不同的待处理物料，反应参数不局限于上述条件，本领域技术人员可根据不同产品的不同反应条件要求，采用本发明的设备进行反应参数上的调整。

实验例、本发明的设备和方法的扩孔效果验证

采用本发明的设备对物料进行扩孔处理,扩孔处理后的物料的比表面积等扩孔指标与处理前的对比如下表所示：

采用本发明的设备和扩孔方法对“石墨化炭”或“石墨化活性炭”进行扩孔处理，都能获得如上表所示的扩孔效果。

Claims (25)

1.一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，采用固定床反应器，将待处理的石墨化活性炭置于所述固定床反应器内，并使所述石墨化活性炭经过所述固定床反应器的扩孔床；所述固定床反应器，包括筒体和卸料封料部件；其特征在于，筒体内部上段设有扩孔床；所述扩孔床内设置有若干根冷激管；筒体内部轴向设有贯穿整个筒体上段的测温部件；筒体外部上段设有具备使工艺气体通向所述固定床反应器内部的气体通道且减缓气体流速的引气环管；所述卸料封料部件包括锥形罩和卸料锥；所述锥形罩为两端皆开口的锥形结构，且其上端开口较大，下端开口较小；所述卸料锥为锥形结构，设置在所述锥形罩内的下端；所述卸料锥的底面直径略大于所述锥形罩较小一端；所述引气环管包括环形槽和进气管；所述环形槽周向设置在所述筒体外部上段的上部，槽口朝上；所述进气管与环形槽的槽壁相通；所述工艺气体通过进气管进入所述环形槽并经由所述环形槽槽口扩散至所述固定床反应器内，形成所述气体通道；所述环形槽槽壁高度大于所述进气管管径；所述进气管与环形槽外圆槽壁相通；所述卸料封料部件还包括设置在卸料锥下部的卸料杆，用于推动所述卸料锥上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述引气环管的进气管为两根，对称地径向设置在筒体两侧。

3.根据权利要求2所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述进气管为提供一进两出的气体走向的管路结构。

4.根据权利要求3所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述进气管为三通管部件，垂直的主管用于进气，两侧支管用于出气。

5.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述冷激管包括在筒体内轴向设置的立管、在筒体内径向设置且沿所述立管轴向分布的若干盘管。

6.根据权利要求5所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述若干盘管之间的分布间距为200～300mm。

7.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述冷激管由立管顶部的入口通入冷媒，立管与盘管内部相连通；盘管上平面均布有若干通孔，所述通孔上设有防止物料颗粒落入孔内但能透过气体的阻挡结构。

8.根据权利要求5所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述冷激管由立管顶部的入口通入冷媒，立管与盘管内部相连通；盘管上平面均布有若干通孔，所述通孔上设有防止物料颗粒落入孔内但能透过气体的阻挡结构。

9.根据权利要求7或8所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述通孔的孔径为1-5mm；所述阻挡结构为通孔或包含通孔的锥面上包裹的多层细丝不锈钢网。

10.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述测温部件为设置在套管内部的热电偶；所述套管轴向设置于筒体内部上段。

11.根据权利要求10所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述套管是上端具有开口下端封闭的直管，所述热电偶从套管上端开口插入套管中。

12.根据权利要求11所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述套管内装有若干长度不一的热电偶，用于测量反应器筒体内不同高度的温度；所述套管的上端开口伸出上封头顶面。

13.根据权利要求10-12任一所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述套管为2根，呈径向对称分布。

14.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，固定床反应器还包括上封头；所述上封头位于筒体顶部，上封头开口与筒体上段的开口相配合以封闭所述固定床反应器的上部；上封头顶部开设有通向筒体内部的进料管。

15.根据权利要求14所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述上封头开口口径大于等于所述引气环管的环形槽的外圆直径。

16.根据权利要求15所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述环形槽外圆边缘顶部设置有一圈法兰环，所述上封头开口通过所述法兰环与所述引气环管的环形槽连接，进而与筒体上段连接，实现所述固定床反应器上部的封闭。

17.根据权利要求15所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述冷激管的立管的上端伸出上封头外；所述上封头顶部设有密封函件，用于密封所述冷激管的立管的上端，和/或，测温部件的套管上端。

18.根据权利要求1或14所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，固定床反应器还包括热交换器；所述热交换器设置在所述筒体内部下段。

19.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述卸料封料部件设置在所述筒体内上段与下段之间的过渡段，用于可控地对所述固定床反应器内的物料进行卸料和封料。

20.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述锥形罩的半锥角小于等于55°，且其内锥面均布有通孔，所述通孔上设有防止物料颗粒落入孔内但能透过气体的阻挡结构。

21.根据权利要求20所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述通孔的孔径为1-5mm；所述阻挡结构为通孔或包含通孔的锥面上包裹的多层细丝不锈钢网；所述卸料锥的内部中空，且锥角小于等于40°；卸料锥锥顶朝上、锥底锥底朝下地设置在所述锥形罩内。

22.根据权利要求1所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述卸料杆的顶端即为卸料锥锥尖，与所述带孔的空心卸料锥锥体通过锥体加强筋与卸料杆杆件连接；所述的卸料杆杆件是实心的或是空心的。

23.根据权利要求1、14、16、19任一所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，固定床反应器还包括带出料管的下封头；所述下封头位于筒体底部并带有气体出口管，所述出料管从锥形罩底部延伸而出，轴向依次穿过筒体下段的热交换器、下封头，直通所述固定床反应器之外。

24.根据权利要求23所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述出料管的外部端口接有快开法兰。

25.根据权利要求23所述的一种用于石墨化活性炭氧化扩孔的方法，其特征在于，所述固定床反应器为立式固定床反应器，且所述固定床反应器各部件之间为可拆卸连接。