CN110078073A - 一种活性炭 - Google Patents

Abstract

本申请属于化工生产技术领域，特别是涉及一种活性炭。目前生产活性炭、活性焦使用煤焦油，而造成大气严重污染，同时在生产过程中对人体带来一定的伤害。本申请提供了一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：煤100～120份，高温改性沥青10～35份，淀粉5～20份。通过将煤、高温改性沥青和淀粉按一定比例混合，采用淀粉煤焦油替代产品制备活性炭，改善大气环境，减少污染，使得活性炭的制备更加环保，同时成本更低。

Description

一种活性炭

技术领域

本申请属于化工生产技术领域，特别是涉及一种活性炭。

背景技术

活性炭是含碳的物质经过炭化和活化制成的多孔性人造炭质吸附剂。它具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，可用作吸附剂，催化剂和催化剂载体。活性炭作为人造材料，是在1900年到1901年发明的，其发明者是拉费尔·王·奥斯特莱科，他采用化学活化法和物理活化法制造活性炭而获得专利。1911年，门高德博士在维也纳附近的工厂首次将活性炭工业化生产。当时的产品是粉状活性炭，这是世界上第一家工业化生产工厂。

活性炭是以太西无烟煤为主原料的合格原料煤入厂后，被粉碎到一定细度(一般为200目)，然后配入适量黏结剂(一般为煤焦油)在混捏设备中混合均匀，然后在一定压力下用一定直径模具挤压成炭条，炭条经炭化、活化后，经筛分、包装制成成品活性炭。活性焦是活性炭的一种，以兰炭、烟煤、洗精煤、府谷煤为原料，经过一定比例混合后，进入磨粉机磨粉到一定细度(一般为200目)，然后配入适量黏结剂(一般为煤焦油)在混捏设备中混合均匀，然后在一定压力下用一定直径模具挤压成炭条，炭条经炭化、活化后，经筛分、包装制成成品活性焦。

活性炭生产过程中，因工艺原因要使用煤焦油作为粘合剂，黏合剂的要求如下：

①含碳量高，热解时析焦率高，最后能够构成活性炭本身的一部分，起到骨架作用。

②具有一定的流变性能，对基质颗粒具有良好的浸润性，并与基质混合后具有可塑性，有利于将基质原料加工成型为颗粒状物质。

③具有粘结性，在工艺过程中能使基质结合成整体颗粒，并赋予较高的机械强度。

④有助于形成活性炭颗粒内部的初步孔隙，并对加工过程无不利影响，起造孔作用。以上最重要的是浸润作用和黏结作用。

目前生产活性炭、活性焦使用煤焦油，而造成大气严重污染，同时在生产过程中对人体带来一定的伤害。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于目前生产活性炭、活性焦使用煤焦油，而造成大气严重污染，同时在生产过程中对人体带来一定的伤害的问题，本申请提供了一种活性炭。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤100～120份，高温改性沥青10～35份，淀粉5～20份。

可选地，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤103～110份，高温改性沥青22～30份或者12～15份，淀粉8～15份。

可选地，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤105份，高温改性沥青28份或者15份，淀粉15份。

可选地，所述煤为洗精煤，所述煤包括原料煤和配煤。

可选地，所述淀粉为玉米淀粉。

可选地，所述高温改性沥青水份<4％，灰分<0.8％，沥青含量>75％，软化点>140°。

可选地，还包括树脂胶，所述树脂胶为5～10份。

可选地，所述活性炭质量要求为碘值1000mg/g，四氯化碳60％，亚甲蓝180mg/g，堆重460～530g/L，灰份10％，强度95％。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的活性炭的有益效果在于：

本申请提供的活性炭，通过将煤、高温改性沥青和淀粉按一定比例混合，采用淀粉煤焦油替代产品制备活性炭，改善大气环境，减少污染，使得活性炭的制备更加环保，同时成本更低。

具体实施方式

在下文中，将对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

回顾世界活性炭的发展历史，有两个主要的事件推动了活性炭事业的发展，一是第一次世界大战化学武器的应用；二是1927年发生在美国芝加哥自来水厂的饮用水恶臭事件。

实施例1

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤100份，高温改性沥青10份，淀粉5份。

实施例2

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤103份，高温改性沥青12份，淀粉8份。

实施例3

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤103份，高温改性沥青22份，淀粉8份。

实施例4

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤105份，高温改性沥青15份，淀粉15份。

实施例5

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤105份，高温改性沥青28份，淀粉15份。

实施例6

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤110份，高温改性沥青15份，淀粉15份。

实施例7

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤110份，高温改性沥青30份，淀粉15份。

实施例8

本申请提供一种活性炭，所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤120份，高温改性沥青35份，淀粉20份。

其中，实施例2、4和6为活性焦的配制比例，实施例4为最佳实施例；实施例1、3、5、7和8为活性炭的配制比例，实施例5为最佳实施例。实施例5的灰份3的4.7mm炭化料，强度98％左右，挥发分7％左右，堆比重580±20g/L。

进一步地，所述煤为洗精煤，所述煤包括原料煤和配煤。

褐煤、烟煤和无烟煤均可作为活性炭的原料。国内的煤质活性炭原料主要采用山西大同地区的弱粘结性烟煤和宁夏的太西无烟煤。

(1)弱粘结性烟煤：山西大同地区的弱粘结性烟煤由于化学活性好、灰分低(特别是其八层煤和十一层煤)，而广泛被山西的活性炭企业用于加工制造原煤破碎活性炭。

(2)无烟煤：宁夏太西煤低灰、低硫、含碳量高，化学活性好，是生产高档活性炭的优质原料。宁夏的活性炭企业主要采用太西无烟煤作为主原料生产柱状活性炭。

洗精煤包括炼焦用、非炼焦用的洗精煤和加热、动力用的洗混煤、洗块煤、洗末煤等。不包括洗中煤、矸石和煤泥。洗精煤可分为冶炼用炼焦洗精煤和其它用炼焦洗精煤。冶炼用的炼焦洗精煤，其粒度为小于50毫米、80毫米和100毫米三种；灰分小于或等于12.5％，简称冶炼精煤；其它用炼焦洗精煤，粒度也小于50、80、100毫米三种，灰分在12.5％～16％之间,简称其他精煤。

原料煤的要求：①水分煤中的水分对活性炭生产有一定影响，水分含量过高不仅对煤炭的破碎、筛分不利，而且增加能量消耗，提高生产成本。褐煤内在水分最高，其次时是无烟煤，中等变质程度的烟煤内在水分含量最低。目前我们要求无烟煤水分≤5％。

②灰分煤灰分含量高会降低煤的发热量，影响炭化料及活性炭产品的机械强度，影响活性炭的孔隙结构，降低活性炭的吸附能力，使活性炭产品杂质增加，限制了煤基活性炭的应用领域。但是有些矿物质如CaO,MgO,Fe2O3,K2O及Na2O等可以催化煤中碳与水蒸气的反应，加快反应速度，提高活化炉的产量。一般要求灰分≤6％，目前我们要求采用的原煤灰分≤3％。

③挥发分无烟煤挥发分含量最低。挥发分含量过高，挥发出的物质容易结焦，堵塞产品道；过低，不能为活化提供足够的燃料。目前要求挥发份为7～8％。

④煤的反应性反应性高的煤在活化和燃烧过程中，反应速度快、效率高。

配煤是改善活性炭产品孔结构，提高活性炭产品吸附性能的一种好方法。

①单种煤的结焦特性及其在配煤中的作用：

肥煤：肥煤属中等变质程度的煤，挥发分范围较广，胶质层厚度大于25mm,受热时产生大量的胶质体，其流动性大，热稳定性好。肥煤在约260℃时有机质开始分解。肥煤具有很强的粘结能力，能将煤粉颗粒很好低粘结在一起，形成机械强度较好的炭颗粒，是配煤中的重要成分。但挥发分高的肥煤，结焦性较差，因此在选择肥煤作配合煤时，要充分考虑肥煤的粘结能力、挥发分、结焦性等。

弱粘煤：弱粘煤是一种还原程度较弱的低变质程度到中等变质程度的煤。加热时，产生的胶质体较少，结焦性能较好。精选弱粘煤加粘结剂(煤焦油)，在特定的工艺条件下制造柱状活性炭在国内已成为现实，其被用作催化剂载体。

焦煤：焦煤具有中等挥发分与中等胶质层厚度，加热时能形成热稳定性很好的胶质体。结焦性能好，在配煤中焦煤可以起到提高干馏固体物料之机械强度的作用。炼焦工业利用焦煤单独炼焦时能得到块大、裂纹少、机械强度和耐磨强度都高的焦炭。目前尚未有报道利用焦煤制造活性炭。随着活性炭制造研究工作的深入，焦煤作为配合煤会用于活性炭制造工业。

经过研究发现，在生产工艺基本条件相同条件下，煤基活性炭孔结构类型主要由煤本身性质决定：褐煤生产的活性炭碘值不高，但孔容积较高，这说明褐煤生产的活性炭中孔，大孔较多，这种活性炭的脱色能力较强，在某些液相应用领域，实际应用效果较好；由不黏煤、弱黏煤为原料生产的活性炭中孔较发达，适宜生产液相吸附净化用活性炭；以无烟煤为原料生产微孔发达的活性炭，适宜生产优质的气相吸附用活性炭。

配煤原理

活性炭制造主要是依据挥发份—粘结性指标的配煤基本概念进行配煤，一般要求配合煤的挥发份在25％～30％这个范围内，特征指数为3～5，根据活性炭特性要求改变单种煤在配合煤中的配合比例。

总之，配煤是改善活性炭产品孔结构，提高活性炭产品吸附性能的一种好方法。但如何配煤，应因地制宜，应根据活性炭产品孔结构及吸附性能的要求，确定配煤的煤种和配煤的比例，切不可盲目照搬，否则不会达到提高活性炭性能，降低生产成本的目的。

需要指出的是配煤技术难以大幅度提高活性炭的吸附性能，只能在一定范围内改善活性炭的吸附性能，降低生产成本。如果生产高吸附性能的活性炭产品，应采用催化活化，煤岩分析等先进的新技术。

进一步地，所述淀粉为玉米淀粉。

使用玉米淀粉作为配料，效果更佳。

进一步地，所述高温改性沥青水份<4％，灰分<0.8％，沥青含量>75％，软化点>140°。

进一步地，还包括树脂胶，所述树脂胶为5～10份。

本申请中的活性炭制备方法与传统步骤相同，在细节方面的区分如下：

活性炭、活性焦生产中，在生产原料不变的情况下，在磨粉工序再加入高温改性沥青(活性炭生产加入量22～28份；活性焦生产加入量12～15份)，高温改性沥青要求：水份<4％，灰分<0.8％，沥青含量>75％，软化点>140°。混合后的料进入磨粉机，磨粉细度200目，经过磨粉达到要求的物料进入搅拌锅，然后加入预制糊淀粉15份，加入树脂胶5～10份，搅拌混合，保持搅拌锅搅拌温度>60°，经充分搅拌后进入成型压条机，挤压成型的压型条进入烘干机进行烘干，要求烘干后的压型条水份<5％，达到烘干要求的压型条进入炭化炉进行炭化，物料首先经过温度为200℃的预热干燥阶段，再进入350～550℃的炭化阶段，在这个过程中，炭粒与热气流接触而进行炭化，排出水分及挥发分，最后经卸料口卸出。炭化后的物料再进入活化炉，经过水蒸气作为活化剂进一步活化，最终达到成品活性炭或活性焦。

在压型条水份低于5％的前提下，炭化炉班产需增加30％～40％，保证焚烧炉温度。

煤焦油或煤焦油替代产品，在活性炭和活性焦生产过程中，只起到粘结剂的作业使其物料成型利于挤压成条，再经过炭化阶段已将其高温挥发完，也即完成了其粘结剂作业。

预制糊淀粉相比较其他淀粉，其黏结度高于其他淀粉，同时加入树脂胶更进一步增加黏结度，使其物料在成型压条工序不易碎裂，达到骨架的作业。

进一步地，所述活性炭质量要求为碘值1000mg/g，四氯化碳60％，亚甲蓝180mg/g，堆重460～530g/L，灰份10％，强度95％。

活性炭产品一般质量要求如下：

1.成品炭(Φ1.5mm、Φ3.0mm、Φ3.8mm、Φ4.0mm)：碘值1000mg/g，四氯化碳60％，亚甲蓝180mg/g，堆重460～530g/L，灰份10％，强度95％。

2.筛下成品炭：碘值1000mg/g，灰份10％。

3.破碎炭：碘值1000mg/g，破筛率70％，亚甲蓝180mg/g。

本申请提供的活性炭，通过将煤、高温改性沥青和淀粉按一定比例混合，采用淀粉煤焦油替代产品制备活性炭，改善大气环境，减少污染，使得活性炭的制备更加环保，同时成本更低。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的或范围所包含的全部修改。

Claims (8)

1.一种活性炭，其特征在于：所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤100～120份，高温改性沥青10～35份，淀粉5～20份。

2.如权利要求1所述的活性炭，其特征在于：所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤103～110份，高温改性沥青22～30份或者12～15份，淀粉8～15份。

3.如权利要求1所述的活性炭，其特征在于：所述活性炭包括如下重量份的组份：

煤105份，高温改性沥青28份或者15份，淀粉15份。

4.如权利要求1所述的活性炭，其特征在于：所述煤为洗精煤，所述煤包括原料煤和配煤。

5.如权利要求1所述的活性炭，其特征在于：所述高温改性沥青水份<4％，灰分<0.8％，沥青含量>75％，软化点>140°。

6.如权利要求1所述的活性炭，其特征在于：所述淀粉为玉米淀粉。

7.如权利要求1～6中任一项所述的活性炭，其特征在于：还包括树脂胶，所述树脂胶为5～10份。

8.如权利要求7所述的活性炭，其特征在于：所述活性炭质量要求为碘值1000mg/g，四氯化碳60％，亚甲蓝180mg/g，堆重460～530g/L，灰份10％，强度95％。