CN111204760A - 一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭及其制备方法，其原料为煤、沥青和少量有机添加剂；各原料的重量份数为：煤100份，沥青8‑14份，有机添加剂4‑7份。其原料为煤质，不用煤焦油做粘结剂，活化方法为物理法，形状为圆柱型，高强度可再生。所述高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭有望替代制糖、制药、饮料脱色所用的木质粉末活性炭。

Description

一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭及其制备方法，属于活性炭制备技术领域。

背景技术

目前，国内外饮料、食品、药品、制糖业的脱色，普遍采用化学法生产的木质粉末活性炭，衡量其脱色效果的主要理化指标是活性炭对糖蜜颜色的去除值，简称糖蜜值（或对焦糖的脱色率）。这种活性炭在生产和使用过程中存在许多问题：

（1）用化学法生产活性炭，必须采用大量的无机化学药剂做原料，如氯化锌、磷酸、氢氧化钠等，会严重污染环境；

（2）用化学法生产的活性炭中，会有残留有害化学物，用这种活性炭进行医药、食品、饮料、糖脱色时，残留的有害物有可能脱落到食品、药品或饮品中，存在非常严重的安全隐患；

（3）这种化学法生产的木质粉末活性炭，原料为木屑，木屑来自于木材的加工，目前国家禁止树木森林砍伐，所以，这种活性炭的原料必定会出现严重短缺；

（4）这种化学法生产的木质粉末活性炭，由于形状为粉末，客户使用时非常麻烦，需要防尘投加、固液混合、固液分离，废固清理，工艺复杂，运行成本高；

（5）这种化学法生产的木质粉末活性炭，由于形状为粉末，国内外还没有产业化的再生设备和再生技术，使用完毕后，只能当废固物扔掉，不能重复循环使用，是对资源的一种极大浪费。

发明内容

本发明旨在提供一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭及其制备方法，具体是一种物理法制备高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的技术。高糖蜜值活性炭主要用于葡萄糖、麦芽糖、果糖、蔗糖等各种制糖过程中的脱色，以及饮料、食品、医药的脱色，应用于药品、食品、饮品、生物技术行业。

本发明选用适宜的煤，采取物理法制备，经过配方研究、工艺摸索、成型试验，研制出了高强度高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，该产品原料来源广，制备过程无污染，产品中无化学残留物，客户脱色使用时，只将有色液体穿过活性炭层，就可得到无色的饮品食品药品或糖液，不需要复杂的防尘投加、固液混合、固液分离、废固清理工序。且脱色效果好，工作效率高，产品收率高，企业成本低，最为重要的是可重复再生使用，实现企业效益和社会效益双丰收，填补了国内外行业空白。

本发明提供的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，其原料为煤质、不用煤焦油做粘结剂、活化方法为物理法、形状为圆柱型、高强度可再生。与传统高糖蜜值活性炭（原料为木质、活化方法为化学法、形状为粉末状、无强度不可再生）相比，性能优异。

本发明提供了一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，其原料为煤、沥青和少量有机添加剂；各原料的重量份数为：

煤100份，

沥青8-14份，

有机添加剂4-7份；

此配方在严格工艺条件下，所得的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭外观为圆柱状黑色小颗粒，直径为1-4mm，糖蜜值为200-290，强度为90%以上，水容量为103%以上，堆积密度为380-430g/l ，比表面积为900-1080平方米/克，碘值为900-1030mg/g，亚甲基兰吸附值为180-230mg/g。

进一步地，所述的煤为挥发分在33%以上，灰分小于6.1%，堆积密度为771-850g/l，焦渣特征小于4的褐煤或烟煤。

进一步地，所述沥青为固体,软化点为105-126℃，灰分小于0.57%，水分小于3.56%，挥发分为38.9-59.7%。

进一步地，所述的有机添加剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、淀粉、聚丙烯酰胺的混合物，混合物中各组分所占质量比为15-35%。

本发明提供了上述高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制粉：取高挥发分煤100份制粉，煤粉的细度为325目通过率大于80%。再取固体沥青8-14份制粉，沥青粉的细度为325目通过率大于80%。

第二步，混合：将100份的煤粉及8-14份的沥青粉，移入混合机中，加入4-7份的有机添加剂，再加入33-36份的自来水，搅拌混合20分钟以上；

第三步，成型：将混好的物料移入成型机，在12-16MPa的压力下，物料通过直径为1-4mm的模孔，成型为圆柱状颗粒，要求颗粒无弯曲、无粘结、无裂纹；

第四步，干燥：将成型后的圆柱状物料移入烘干炉，在110-150℃温度下干燥，使其水分控制在7.8%以下；

第五步，氧化：将干燥后的圆柱状物料加入氧化炉内，把温度控制在230-280℃之间，打开空气阀，给炉内通入空气，稳定3小时以上出料；

第六步，炭化：将氧化后的圆柱状物料移入炭化炉内，入炉温度控制在150-180℃，出炉温度控制在380-450℃，低温到高温，缓慢炭化40-60分钟后出料；

第七步，活化：采用水蒸气物理活化法，首先将炭化后的物料移入活化炉内，在850-950℃条件下，通入水蒸气，进行活化反应，会不断产生大量的一氧化炭，并将其点火燃烧，当炉内逸出的一氧化碳浓度很低，不能稳定燃烧时，活化完成；出料冷却后即为高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭。

本发明制备的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，主要用于葡萄糖、麦芽糖、果糖、蔗糖等各种制糖过程中的脱色，以及饮料、食品、医药的脱色。

本发明提供的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，对制糖、饮品、食品、药品行业的脱色是一场脱胎换骨的技术革命，含有色素的液体流经装有本发明提供的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭塔（或池），就可得到合格的无色溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）市面上物理法生产的煤质柱状活性炭，糖蜜值基本为0，不能作液相脱色使用，只可以用于气相净化空气。本发明经过科学选煤，优化配方，探索工艺，煤质柱状活性炭的糖蜜值可达到200以上，完全符合糖厂、药厂、饮料厂的指标要求。

（2）市面上看到的1-4mm煤质柱状活性炭，都是用无烟煤生产的。曾经有人想用烟煤制备，但由于成型开裂，炭化着火，成品强度达不到90%以上，吸附性能低，糖蜜值为0，不能做糖脱色使用。本发明完全解决了这些技术难题，不但糖蜜值达到指标，强度也满足了再生的需要。

（3）市面上的煤质柱状活性炭全部采用煤焦油作为粘结剂，既不环保，又不安全。而本发明制备的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，由于不使用煤焦油，比市面上的煤质柱状活性炭成本会大幅度降低，非常有利于新技术的推广。

（4）用户采用本发明制备的产品,可取消原投放粉末活性炭的防尘投料工序、混合搅拌工序、沉降工序、压滤分离工序、清渣工序；可精减大量人员，缩短生产周期，节约能源，提高产量，且使用过的柱状颗粒活性炭通过再生后，还可以反复多次使用，大大降低材料成本。

具体实施方式

本专利共做28个实施例，下面通过4个实施例来详细说明本发明，其余实施例的实验数据及检测结果见表1、表2。

实施例1：

一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：

1，取陕西省府谷县店湾的煤磨粉后，检测结果为，灰分4.3%、挥发分35.3%，焦渣特征1，堆积密度832g/l， 细度325目通过率95%。

2，取山西焦化厂固体沥青磨粉后，检测结果为灰分0.2%，软化点110℃，挥发分45.3%，水分2.8%，细度325目通过率为89%。

3，取羧甲基纤维素25g、聚乙烯醇35g、淀粉15g、聚丙烯酰胺25g, 移入混合机，混合10分钟后，制得有机添加剂。

4，称取磨制好的煤粉1000g，磨制好的沥青粉140g, 有机添加剂70g,，移入混合器中，在35-40℃的条件下，加入360g自来水，开动搅拌器，混合40分钟。

5，将混合好的料团移入挤压成型机，在12MPa压力下，物料通过直径4mm的模孔，得到圆柱状颗粒物，经110℃烘干后，水分测试结果为7.8%.

6，将此烘干的物料加入氧化炉内，启动氧化炉，开始升温，当温度升到230℃时，往炉中通入一定量的空气，在230度下稳定3小时后出料。

7，将氧化后的圆柱状物料移入炭化炉内，入炉温度为150℃，逐渐开始缓慢升温炭化，60分钟后，炭化炉出口温度为380℃，开始出料，并密闭冷却。

8，将炭化后的物料移入活化炉内，启动活化炉，当温度升到950℃时，以每分钟80g的流量，给炉内通入水蒸气，进行活化反应，3小时05分钟后，炉内逸出的一氧化碳火苗熄灭，活化完毕，出料冷却后，即为高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，检测物料的水容量为148%。

实施例2：

一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：

1，取陕西省神木县老高川煤磨粉后，检测结果为，灰分5.6%、挥发分36.1%，焦渣特征4，堆积密度793g/l， 细度325目通过率91%。

2，取太原不锈钢股份有限公司焦化厂固体沥青磨粉后，检测结果为，软化点105℃，灰分0.36，挥发分38.9% 水分1.9%，细度325目通过率为93%。

3，取羧甲基纤维素15g、聚乙烯醇25g、淀粉25g、聚丙烯酰胺35g, 移入混合机，混合10分钟后，制得有机添加剂。

4，称取磨制好的煤粉1000g，磨制好的沥青粉120g, 有机添加剂60g, 移入混合器中，在35-40℃的条件下，加入355g自来水，开动搅拌器，混合30分钟出料。

5，将混合好的料团移入挤压成型机，在13MPa的压力下，物料通过直径3mm的模孔，得到圆柱状颗粒物料，经150℃烘干后，水分测试结果为4.3%.

6，将此烘干的物料加入氧化炉内，启动氧化炉，开始升温，当温度升到280℃时，往炉中通入空气，在280℃下稳定3小时后出料。

7，将氧化后的圆柱状物料移入炭化炉内，入炉时温度为180℃，逐渐开始缓慢升温炭化，50分钟后，炭化炉出口温度为410℃，开始出料，并密闭冷却。

8，将炭化后的物料移入活化炉内，启动活化炉，当温度升到850℃时，以每分钟100g的流量，给炉内通入水蒸气，进行活化反应，4个小时后，炉内逸出的一氧化碳火苗熄灭，活化完毕，出料冷却后即为高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，检测物料的水容量为103%。

实施例3：

一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：

1，取陕西省神木县郭家湾的煤磨粉后，检测结果为，灰分4.1%、挥发分33%，焦渣特征2,堆积密度850g/l， 细度325目通过率80.1%。

2，取山西潞宝集团焦化有限公司固体沥青磨粉后，检测结果为，软化点126℃，灰分0.57%，挥发分59.67%，水分3.56%，细度325目通过率为82%。

3，取羧甲基纤维素35g、聚乙烯醇15g、淀粉25g、聚丙烯酰胺25g, 移入混合机，混合10分钟后，制得有机添加剂。

4，称取磨制好的煤粉1000g，磨制好的沥青粉100g, 有机添加剂50g,，移入混合器中，在35-40℃的条件下，加入345g自来水，开动搅拌器，混合25分钟。

5，将混合好的料团移入挤压成型机，在14MPa的压力下，物料通过直径2mm的模孔，得到圆柱状颗粒物料，经130℃烘干后，水分测试结果为5.6%.

6，将此烘干的物料加入氧化炉内，启动氧化炉，开始升温，当温度升到255℃时，往炉中通入空气，在255℃下稳定3小时后出料。

7，将氧化后的圆柱状物料移入炭化炉内，入炉时温度为165℃，逐渐开始缓慢升温炭化，40分钟后，炭化炉出口温度为450℃，开始出料，并密闭冷却。

8，将炭化后的物料移入活化炉内，启动活化炉，当温度升到900℃时，以每分钟90g的流量，给炉内通入水蒸气，进行活化反应，3个小时32分钟后，炉内逸出的一氧化碳火苗熄灭，活化完毕，出料冷却后即为高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，检测物料的水容量为121%。

实施例4：

一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：

1，取陕西省神木县文源煤磨粉后，检测结果为，灰分6.1%、挥发分37.5%，焦渣特征3,堆积密度771g/l 细度325目通过率86%。

2，取镇江新光新材料科技有限公司固体沥青磨粉后，检测结果为，软化点115℃，灰分0.21%，挥发分53% 水分0.93%，细度325目通过率为85%。

3，取羧甲基纤维素25g、聚乙烯醇25g、淀粉35g、聚丙烯酰胺15g, 移入混合机，混合10分钟后，制得有机添加剂。

4，称取磨制好的煤粉1000g，磨制好的沥青粉80g, 有机添加剂40g，移入混合器中，在35-40℃的条件下，加入335g自来水，开动搅拌器，混合20分钟。

5，将混合好的料团移入挤压成型机，在16MPa的压力下，物料通过直径1mm的模孔，得到圆柱状颗粒物料，经120℃烘干后，水分测试结果为6.1%。

6，将此烘干的物料加入氧化炉内，启动氧化炉，开始升温，当温度升到240℃时，往炉中通入空气，在240℃下稳定3小时后出料。

7，将氧化后的圆柱状物料移入炭化炉内，入炉温度为170℃，逐渐开始缓慢升温炭化，45分钟后，炭化炉出口温度为420℃，开始出料，并密闭冷却。

8，将炭化后的物料移入活化炉内，启动活化炉，当温度升到920℃时，以每分钟85g的流量，给炉内通入水蒸气，进行活化反应，3个小时20分钟后，炉内逸出的一氧化碳火苗熄灭，活化完毕，出料冷却后，检测物料的水容量为133%。

表1、28个实施例实验数据

表1续 28个实施例实验数据

表2、28次实施例试验制品分析结果：

以上试验数据表明，本发明用物理法制备的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，对糖蜜的脱色值为200以上, 达到和超过了国内外制糖厂、制药厂、饮料厂使用的指标要求。其强度都在90%以上，也满足了活性炭再生设备及再生工艺的要求。所以，本专利制品在制糖、制药、饮料行业完全可以替代化学法生产的木质粉末活性炭脱色，且完全可以多次重复再生使用，可为用户简化工艺过程、缩短生产周期、减员增效、实现自动化智能化提供技术支撑，是制糖、制药、饮料行业的技术革命。

Claims (8)

1.一种高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，其特征在于：其原料为煤、沥青和少量有机添加剂；各原料的重量份数为：

煤100份，

沥青8-14份，

有机添加剂4-7份。

2.根据权利要求1所述的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，其特征在于：高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的外观为圆柱状黑色小颗粒，直径为1-4mm，糖蜜值为200-290，强度为90%以上，水容量为103%以上，堆积密度为380-430g/l ，比表面积为900-1080平方米/克，碘值为900-1030mg/g，亚甲基兰吸附值为180-230mg/g。

3.根据权利要求1所述的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，其特征在于：所述煤的挥发分为33%以上，灰分小于6.1%，堆积密度为771-850g/l，焦渣特征小于4的褐煤或烟煤。

4.根据权利要求1所述的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，其特征在于：所述沥青为固体,软化点为105-126℃，灰分小于0.57%，水分小于3.56%，挥发分为38.9-59.7%。

5.根据权利要求1所述的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭，其特征在于：所述的有机添加剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、淀粉、聚丙烯酰胺的混合物，各物质所占比例为15-35%。

6.一种权利要求1~5任一项所述的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，制粉：取煤100份制粉，细度为325目通过率大于80%，再取沥青8-14份制粉，细度为325目通过率大于80%；

第二步，混合：将100份的煤粉及8-14份的沥青粉，移入混合机中，加入4-7份的有机添加剂，再加入33－36份的自来水，搅拌混合20分钟以上；

第三步，成型：将混好的物料移入成型机，在12-16MPa的压力下，物料通过直径为1-4mm的模孔，成型为圆柱状颗粒，要求颗粒无弯曲、无粘结、无裂纹；

第四步，干燥：将成型后的圆柱状物料移入烘干炉，在110-150℃温度下干燥，使其水分控制在7.8%以下；

第五步，氧化：将干燥后的圆柱状物料加入氧化炉内，把温度控制在230-280℃之间，打开空气阀，给炉内通入空气，稳定3小时以上出料；

第六步，炭化：将氧化后的圆柱状物料移入炭化炉内，入炉温度控制在150-180℃，出炉温度控制在380-450℃，低温到高温，缓慢炭化40-60分钟后出料；

第七步，活化：采用水蒸气物理活化法，首先将炭化后的物料移入活化炉内，在850-950℃条件下，通入水蒸气，进行活化反应，会不断产生大量的一氧化炭，并将其点火燃烧，当炉内逸出的一氧化碳浓度很低，不能稳定燃烧时，活化完成；出料冷却后即为高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭。

7.根据权利要求6所述的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的制备方法，其特征在于：煤粉的细度为325目通过率大于80%，沥青粉的细度为325目通过率大于80%。

8.一种权利要求1~5任一项所述的高糖蜜值煤质柱状颗粒活性炭的应用，其特征在于用于葡萄糖、麦芽糖、果糖、蔗糖各种制糖过程中的脱色，以及饮料、食品、医药的脱色。