CN111689495A

CN111689495A - 一种无焦油活性炭制备方法

Info

Publication number: CN111689495A
Application number: CN202010413619.0A
Authority: CN
Inventors: 乔骊竹; 张振; 彭汉忠; 尚永飞; 赵清; 万兴龙; 侯龙飞; 任平; 杨源
Original assignee: Inner Mongolia Puruifen Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Puruifen Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2020-09-22

Abstract

本发明涉及一种无焦油活性炭制备方法，包括：S1.将粉末状的含碳原料与沥青混合为第一物料；S2.向所述第一物料中加入干粉粘结剂混合处理成为第二物料；S3.对所述第二物料，加热处理，生成活性炭。本方案中采用干粉粘结剂取代煤焦油生产活性炭，解决了煤焦油在使用中的环境污染和职业健康危害，消除了安全隐患，减少了管理投资。同时，还解决了因采用煤焦油为粘结剂生产活性炭，导致的炭化尾气处理的难题，降低了尾气处理设备的投资，节约成本。

Description

一种无焦油活性炭制备方法

技术领域

本发明涉及一种活性炭制备方法，尤其涉及一种无焦油活性炭制备方法。

背景技术

传统的活性炭生产采用原料、焦油与水混合形成混合物后，使用成型设备挤压成柱状后，经过炭化、活化工序制得煤基活性炭产品。其中煤焦油在活性炭生产中为活性炭提供产品骨架及在捏合过程中起粘合作用，但在实际使用过程中由于焦油中含有大量有毒有害成分、且存在重大安全隐患及炭化尾气处理难度大等问题，例如，1、煤焦油含有大量易挥发有毒有害物质，严重危害员工健康。2、煤焦油使用工艺复杂，操作难度大。3、煤焦油安全隐患大，管理难度大，投资大。4、使用煤焦油生产活性炭尾气处理难度大，目前工艺不成熟，处理设备投资大。5、煤焦油生产过程污染严重，轻组分处理难度大。6、以煤焦油为粘结剂生产活性炭生产成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无焦油活性炭制备方法，解决使用煤焦油作为粘结剂制备活性炭的污染与危害等问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种无焦油活性炭制备方法，包括：

S1.将粉末状的含碳原料与沥青混合为第一物料；

S2.向所述第一物料中加入干粉粘结剂混合处理成为第二物料；

S3.对所述第二物料，加热处理，生成活性炭。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，所述含碳原料为无烟煤、兰炭、烟煤、木材、植物枝干、活性炭筛下料中的一种或几种混合而成，其中，烟煤包括焦煤及弱粘煤。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，所述第一物料的筛分粒度目数在325目以上。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，所述含碳原料为兰炭、弱粘煤、焦煤混合而成。

根据本发明的一个方面，所述第一物料中，所述兰炭的配制比例为X1、所述弱粘煤的配制比例为X2、所述焦煤的配制比例为X3，所述沥青的配制比例为X4，则满足：X1+X2+X3+X4＝100wt％，其中，55wt％≤X1≤70wt％，10wt％≤X2≤15wt％，10wt％≤X3≤15wt％，10wt％≤X4≤15wt％。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，所述干粉粘结剂向所述第一物料的加入量为所述第一物料的1wt％至5wt％。

根据本发明的一个方面，所述干粉粘结剂的筛分粒度目数为80目以上。

根据本发明的一个方面，所述干粉粘结剂为水溶性粘结剂。

根据本发明的一个方面，所述水溶性粘结剂包括微生物类粘结剂、瓜尔胶、黄原胶、海藻酸钠中的一种或多种的混合物。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，所述第一物料和所述干粉粘结剂的混合时间t1满足：5≤t1≤25min。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，采用捏合机进行物料混合处理，使粉末状的含碳原料与沥青混合均匀。

根据本发明的一个方面，所述捏合机的物料混合处理温度为30至85℃，优选为30至50℃。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，混合处理过程中还包括向所述第一物料和干粉粘结剂的混合物料中加入中性或碱性液体继续混合，中性或碱性液体用于溶解所述干粉粘结剂。

根据本发明的一个方面，向所述第一物料和干粉粘结剂的混合物料中加入中性或碱性液体进行混合的步骤中，其继续混合的时间t2满足：5≤t2≤15min。

根据本发明的一个方面，向所述第一物料和干粉粘结剂的混合物料中加入中性或碱性液体进行混合的步骤中，所述中性液体为水，所述碱性液体为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

根据本发明的一个方面，所述第二物料的水分B满足：B≤20wt％。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，所述第二物料的粒径为1.5至10mm。

根据本发明的一个方面，步骤S3中，加热处理包括干燥第二物料。

根据本发明的一个方面，所述第二物料在链板式干燥机进行干燥。

根据本发明的一个方面，所述干燥温度控制在100至150℃。

根据本发明的一个方面，所述第二物料干燥后水分小于或等于13wt％。

根据本发明的一个方面，步骤S3中加热处理还包括炭化和活化加热处理。

根据本发明的一个方面，所述炭化和活化加热处理分别在炭化炉和活化炉中加热处理。

根据本发明的一个方面，所述炭化和活化加热处理在炭活化一体炉内加热处理。

根据本发明的一个方面，所述炭化加热处理的炭化炉的炉尾温度控制在300至350℃，炉中温度控制在400至550℃，炉头温度控制在750至850℃，炭化炉的转速为1.0至2.5转/min，升温速率为5至20℃/min。

根据本发明的一个方面，所述活化加热处理的活化炉活化段温度为850至980℃。

根据本发明的一个方面，还包括筛分所述活性炭。

根据本发明的一个方面，所述干粉粘结剂的含水量在5wt％以下。

根据本发明的一个方面，在步骤S1中，将粉末状的含碳原料与沥青混合的过程中加入固体粉末状的催化剂，和/或者，在步骤S2中，向所述第一物料中加入干粉粘结剂混合处理的过程中加入由固体催化剂配制的催化剂液体。

根据本发明的一个方面，若在步骤S1中加入所述催化剂，则所述催化剂的加入量为所述第一物料的质量的1wt％-5wt％；

若在步骤S2中加入所述催化剂液体，则所述催化剂液体的加入量为所述第一物料的质量的15wt％-25wt％，且所述催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

根据本发明的一个方面，步骤S3中，对所述第二物料加热处理的过程中，即在炭化加热处理后、以及在进行活化加热处理前，所得到的炭化物料进行催化剂液体喷淋，且所述催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

根据本发明的一个方面，进行催化剂液体喷淋的步骤中，喷淋时间为30至60S。

根据本发明的一个方面，在全密封耐酸碱皮带输送机中进行催化剂液体喷淋，其中，在所述全密封耐酸碱皮带输送机机尾部分喷淋15-25S，和/或在所述全密封耐酸碱皮带输送机的皮带中部喷淋10-20S，和/或在所述全密封耐酸碱皮带输送机机头部分喷淋5-15S。

根据本发明的一个方面，在活化热处理过程中，将催化剂液体与活化剂一同加入活化炉中与炭化加热后的物料进行活化反应，且所述催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

根据本发明的一个方面，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙，所述活化剂为水蒸汽。

根据本发明的一种方案，通过采用新型干粉粘结剂取代以煤焦油作为粘结剂生产活性炭，解决了煤焦油在使用中的环境污染和职业健康危害，消除了安全隐患，减少了管理投资。同时，还解决了因采用煤焦油为粘结剂生产活性炭，导致的炭化尾气处理的难题，降低了尾气处理设备的投资，节约成本。

根据本发明的一种方案，提高了成品活性炭的各项指标，且炭化挥发分略有提高，使活化反应效果更好。

根据本发明的一种方案，步骤S2中，所述的干粉粘结剂，可在常温和低温状态下溶解并发挥物料粘结效果，无需再消耗能源加热溶解粘结剂及给捏合机保温，节省了能源，简化工艺操作，同时干粉粘结剂还能提高第二物料的冷强度，而在高温状态下(300℃左右)干粉粘结剂又易于分解、挥发，不仅不会对产品成分产生任何的影响，而且对提高活性炭内部的孔隙率有利，使得成品活性炭内部的孔隙更为发达，提高了成品活性炭的吸附性能。此外，干粉粘结剂本身不具有有害性，其在高温状态下并不会挥发对人体有害的气体，对保证员工的身体健康有利。此外，还解决了生产过程中的环境污染问题，改善了工作环境。

根据本发明的一种方案，本方案的干粉粘结剂以固体形式加入第一物料，可以实现第一物料与干粉粘结剂的充分混合，避免了粘结剂以湿法或液体形式与第一物料混合时出现局部物料粘结成团而混合不均匀的情况发生，干法混合，第二物料水分含量低，还能保证第二物料成型时粘结紧密，更加易于成型、提高产品强度。

根据本发明的一种方案，本方案生产的活性炭中大孔比例更高，空隙更加发达，中大孔比例大，对烟气的脱硫及脱硝效果提升显著，可以达到活性炭快速吸附及脱附再生的效果且活性炭可以循环使用。

根据本发明的一种方案，本方案中造粒机配有液压系统，在挤压过程中施加高压，使第二物料密实度和强度提高，水分降低。

根据本发明的一种方案，通过对第二物料进行烘干将第二物料的水分控制在13wt％以内，烘干后的第二物料，粒度均匀，得率高，强度高，便于炭化炉温度控制，不易出现堵料或断料的情况。炭化炉尾气处理量将大大减少。

根据本发明的一个方案，通过(1)在粉末状的含碳原料与沥青中添加由粉末状固体催化剂混合形成第一物料，或(2)混合处理过程中向第一物料和干粉粘结剂的混合物料中加入中性或碱性液体继续混合，或(3)在炭化加热处理后、进行活化处理前，将炭化后的物料输送至全密封的耐酸碱皮带输送机上，对炭化后的物料进行含有催化剂的碱性液体喷淋，或(4)在活化热处理过程中，将含有催化剂的碱性液体与活化剂一同加入活化炉中与炭化料进行反应。这样采取多次、间隔添加或喷淋含有催化剂的碱性固体或液体，都能使碱性物质附着在炭颗粒表面，在炭化和活化加热处理中碱性液体中的碱金属氧化物能扩散到炭颗粒的空隙，在碱金属催化剂的作用下，增强炭颗粒间相互作用，炭颗粒更充分与活化剂发生活化反应，增加反应速度，从而促进活性炭内部空隙结构的发育、让空隙结构分布得到优化，保证产品指标。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的一种无焦油活性炭制备方法的步骤框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种无焦油活性炭制备方法，包括：

S1.将粉末状的含碳原料与沥青混合为第一物料；

S3.对所述第二物料，加热处理，生成活性炭。

根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，含碳原料为无烟煤、兰炭、烟煤、木材、植物枝干、活性炭筛下料中的一种或几种混合而成。在本实施方式中，含碳原料是通过选择的几种含碳原料按照一定比例混合而成，其中，烟煤包括焦煤及弱粘煤。当然，本实施方式中的含碳原料还可采用其它的含碳原料材料，并不局限于上述几种。

根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，第一物料的筛分粒度目数在325目以上。

根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，粉末状的含碳原料是由三种含碳原料混合而成。在本实施方式中，含碳原料为兰炭、弱粘煤、焦煤混合而成。该含碳原料与沥青进行混合后成为粉末状的第一物料。在本实施方式中，在该第一物料中，兰炭的配制比例为X1、弱粘煤的配制比例为X2、焦煤的配制比例为X3，沥青的配制比例为X4，各组分之间配制比例满足：X1+X2+X3+X4＝100wt％，其中，55wt％≤X1≤70wt％，10wt％≤X2≤15wt％，10wt％≤X3≤15wt％，10wt％≤X4≤15wt％。通过上述设置，以上述比例配制的兰炭、弱粘煤、焦煤为原料生成的活性炭质量更好，强度、孔隙率和活性更高。此外，在第一物料中添加沥青，对提高成品活性炭的强度有利。

根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，干粉粘结剂为水溶性粘结剂。在本实施方式中，干粉粘结剂向第一物料的加入量为第一物料的1wt％至5wt％。在本实施方式中，干粉粘结剂的筛分粒度目数为80目以上。

根据本发明的一种实施方式，干粉粘结剂可在中性或碱性液体中溶解，并且该干粉粘结剂的水分在5wt％以下。

通过上述设置，保证粘结剂的粒度和水分后，粘结剂与第一物料混合均匀，进而在后续混合过程中能够与加入的中性或碱性液体更均匀结合，进而提高第一物料与干粉粘结剂混合成型的效果，使得成品活性炭的表面质量更好，强度更高。

根据本发明的一种实施方式，干粉粘结剂为水溶性粘结剂，包括微生物类粘结剂、瓜尔胶、黄原胶、海藻酸钠中的一种或多种的混合物。

根据本发明一种实施方式，步骤S2中，所述的干粉粘结剂，在常温状态下发挥了物料粘结及提高第二物料的冷强度的作用，而在高温状态下(300℃左右)则易于分解、挥发，不仅不会对产品成分产生任何的影响，而且对提高活性炭内部的孔隙率有利，使得成品活性炭内部的孔隙更为发达，提高了成品活性炭的吸附性能。此外，干粉粘结剂本身不具有有害性，其在高温状态下并不会挥发对人体有害的气体，对保证员工的身体健康有利。此外，还解决了生产过程中的环境污染问题，改善了工作环境。

根据本发明的一种实施方式，步骤S2中，第一物料和所述干粉粘结剂的混合时间t1满足：5≤t1≤25min。在本实施方式中，步骤S2中，将步骤S1中制得的符合要求的第一物料送入捏合机，并且按照前述比例放入干粉粘结剂与第一物料混合。

在本实施方式中，第一物料和干粉粘结剂首先在捏合机混合5-25min，使得粉末状的含碳原料与沥青、干粉粘结剂均能混合均匀。在本实施方式中，捏合机在运行状态下，物料混合处理温度为30至85℃。通过将捏合机的物料混合处理温度设置在上述范围内，使得粘结剂能够更有效的与第一物料相混合，使得干粉粘结剂与物料的结合更加充分。

根据本发明的一种实施方式，在捏合机混合处理的过程中还包括向所述第一物料和干粉粘结剂的混合物料中加入中性或碱性液体继续混合。在加入中性或碱性液体后，再混合5-15min后，打开捏合机出料门观察物料的混合情况，物料具有可塑性后，打开捏合机出料门，将捏合好的物料通过叶片输送机送入造粒机内。通过将混合时间设置在上述范围内，能够保证第一物料与干粉粘结剂充分混合，使得形成的第二物料的可塑性更高。

根据本发明的一种实施方式，步骤S2中生成的第二物料的水分B满足：B≤20wt％。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S3中加热处理包括干燥第二物料。在本实施方式中，第二物料在链板式干燥机内进行干燥，干燥温度控制在100至150℃。通过上述设置，保证了后续生产过程中第二物料的强度。此外，烘干后的第二物料，粒度均匀，得率高，强度高，便于炭化炉温度控制，不易出现堵料或断料的情况。

根据本发明的一种实施方式，第二物料干燥后水分在13wt％以下。通过上述设置，保证本发明的第二物料在后续加热处理中具有足够的强度。

根据本发明的一种实施方式，将捏合好的物料通过叶片输送机送入造粒机内挤压成1.5至10mm粒径的圆柱状成型料，即第二物料。在本实施方式中，造粒机采用加压设计，在挤压过程中施加高压，使第二物料密实度和强度提高，水分降低。

根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，对第二物料的加热处理还包括炭化和活化加热处理。其中，炭化和活化加热处理分别在炭化炉和活化炉中加热处理，即炭化炉进行炭化加热处理，活化炉进行活化加热处理。

根据本发明的另一种实施方式，炭化和活化加热处理还可在炭活化一体炉内加热处理。

根据本发明的一种实施方式，第二物料经输送设备送入炭化炉进行炭化加热处理。在本实施方式中，经过炭化加热处理后变为炭化料。炭化炉的炉尾温度控制在300至350℃，炉中温度控制在400至550℃，炉头温度控制在750至850℃，炭化炉的转速为1.0至2.5转/min，升温速率5至20℃/min。通过上述设置，在本步骤中能够更好的使第二物料进行干馏炭化，并初步形成一些孔隙，炭化尾气经焚烧炉焚烧后经除尘器及脱硫塔净化后达标排放。

在本实施方式中，对炭化加热处理后的物料(即炭化料)进行活化加热处理，在活化加热处理过程中炭化料与活化剂(如水蒸汽、烟气)进行反应生成活性炭。在本实施方式中，活化炉活化段的温度为850至980℃。

在本实施方式中，若活化剂为水蒸汽，则在进行活化处理的过程中，蒸汽压力0.35-0.5MPa，蒸汽流量1500-3000m³/h，空气流量600-1500m³/h，炉压30-120Pa。

通过上述设置，活性炭的中大孔比例提高，孔隙的形态和数量能决定活性炭在使用过程中的吸附和脱附效果；活化加热处理后的物料即为活性炭，进而通过筛分后成为成品活性炭。

根据本发明的一种实施方式，在步骤S1中，在粉末状的含碳原料与沥青混合的过程中加入固体催化剂，或者，在步骤S2中，在第一物料中加入干粉粘结剂混合处理的过程中加入由固体催化剂配制的催化剂液体。在本实施方式中，若在步骤S1中加入催化剂，则催化剂的加入量为第一物料的质量的1wt％-5wt％；若在步骤S2中加入催化剂液体，则催化剂液体的加入量为第一物料的质量的15wt％-25wt％，且催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

根据本发明的一种实施方式，催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。

根据本发明的一种实施方式，若在步骤S1或步骤S2中，向物料中加入了催化剂，则步骤S3中，对第二物料加热处理的过程中，即炭化加热处理后、以及在进行活化加热处理前，所得到的炭化物料进行催化剂液体喷淋，且催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

根据本发明的一种实施方式，进行催化剂液体喷淋的步骤中，喷淋时间为30至60S。在本实施方式中，在全密封耐酸碱皮带输送机中进行催化剂液体喷淋，其中，在所述全密封耐酸碱皮带输送机机尾部分喷淋15-25S，在所述全密封耐酸碱皮带输送机的皮带中部喷淋10-20S，在所述全密封耐酸碱皮带输送机机头部分喷淋5-15S。最终在步骤S3中，采用前述的活化方法将经过催化剂液体喷淋后的炭化料进行活化加热处理得到活性炭,且催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

通过在上述物料混合过程中加入固体催化剂或催化剂液体、分段喷淋催化剂液体，有利于催化剂与物料充分混合，确保催化剂在后续的活化阶段对炭颗粒与活化剂的活化反应起到充分催化作用，加速活化反应的速度，同时，活性炭内部空隙结构得到优化。

为进一步说明本发明，通过列举多个实施例对本发明进行对比说明。其中，为充分说明本发明的优点，将采用煤焦油制备活性炭的方案作为实施例1。此外，还进一步说明本发明采用干粉粘结剂相比于采用粘结剂溶液即湿法粘结剂作为物料粘结剂制备活性炭的优势，将采用粘结剂溶液制备活性炭的方案作为实施例2。实施例3-8为根据本发明的方案制备活性炭的实施例。

实施例1

将7wt％的弱粘煤、23wt％的焦煤及70wt％兰炭制成粒度为325目的煤粉放入温度80℃以上的捏合机内，加入18wt％的煤焦油混合15-20min，再加入水继续混合10-15min，通过造粒机所制得成型料，将成型料投入炉尾温度在300至350℃，炉中温度在400至500℃，炉头温度在700至800℃的炭化炉中加热处理，并将炭化炉的转速控制在1.0-2.5转/min，升温速率控制在5-20℃/min，物料炭化后再投入活化炉，在850-980℃下与活化剂(水蒸汽)进行活化反应生成活性炭，最后进行筛分得到产品活性炭。

实施例2

将12wt％的弱粘煤、15wt％的焦煤、10wt％沥青及63wt％兰炭制成粒度为325目的煤粉(即第一物料)放入温度30-50℃的捏合机内混合15-20min，配制质量比例为3wt％粘结剂(包括瓜尔胶、黄原胶、海藻酸钠的一种或多种混合物)的水溶液，再取该粘结剂水溶液按照第一物料质量的10-35wt％，与第一物料在捏合机中继续混合10-15min，通过造粒机所制得成型料(即第二物料)后，将成型料投入炉尾温度在300至350℃，炉中温度在400至500℃，炉头温度在700至800℃的炭化炉中加热处理，并将炭化炉的转速控制在1.0-2.5转/min，升温速率控制在5-20℃/min，成型料炭化后再投入活化炉，在850-980℃下与活化剂(水蒸汽)进行活化反应生成活性炭，最后进行筛分得到产品活性炭。

实施例3

与实施例2相比，采用同样配方和细度的煤粉，不同之处在于在实施例3中，向煤粉中加入按照煤粉质量的1.5wt％的比例的干粉粘结剂混合5-25min，再加入水混合5-15min，进一步采用与实施例2相同的成型条件和成型设备制得成型料(即第二物料)，然后通过相同的炭化和活化工艺制得成品活性炭。

实施例4

与实施例3不同之处仅在于将干粉粘结剂的加入量提高至煤粉比例的3wt％，其余与实施例3保持一致。

实施例5

与实施例3不同之处仅在于将干粉粘结剂的加入量提高至煤粉比例的5wt％，其余与实施例3保持一致。

实施例6

与实施例4不同之处在于原料煤的煤粉先与干粉粘结剂混合5-25min，再加入碱性液体(如NaOH或KOH)混合5-15min，其余均与实施例4保持一致。

实施例7

与实施例4不同之处在于将制得成型料(即第二物料)送入干燥机干燥至水分≤13wt％后再进行炭化，其余均与实施例4保持一致。

实施例8

与实施例4不同之处在于原料煤的煤粉细度为200目。

为充分说明本发明的效果，将通过上述实施例方案制备的活性炭的性能进行汇总，并以下表1展示。

上表1中所列检测项目以GB/T7702-2008《煤质颗粒活性炭实验方法》中所列检测方法为依据。

在本实施方式中，为使得对各实施例所制成的活性炭的性能的判断标准统一，在本发明中采用GB/T30201-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭》一级品的要求的技术指标标准进行判断，该技术指标标准如下表2所示。

表2GB/T30201-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭》一级品指标

GB/T 30201-2013

通过表1可看出，通过本发明制备的活性炭(实施例3-实施例7)的指标中碘值≧350mg/g，耐磨强度≧97％，耐压强度≧37kgf，脱硫值≧18mg/g，吸附硫容≧10％，脱硝率≧35％，均满足行业一级品的要求(见表2)。此外，尤其是实施例3、实施例4、在粘结剂加入量为1-3wt％时，按照本发明所制备的活性炭强度、碘值、耐压强度、耐磨强度、脱硫、脱硝、吸附硫容均比采用焦油为粘结剂的工艺生产的活性炭有显著提升。同时，按照本发明的制备方法，在炭化工序前增加第二物料烘干处理，所制备的活性炭耐磨强度也更高，进一步保证了活性炭的产量、质量。本发明中未采用焦油作为粘结剂，因此在炭化过程中挥发分中有毒有害成分更少，对保护环境以及人员身体健康更有利。

进一步的，结合表1和表2可知，根据实施例1与实施例3中方案所获得的活性炭的指标均符合GB/T30201-2013《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭》一级品的要求，但实施例1缺点较多，安全隐患巨大，环保及职业健康无法保证(参照背景技术中提及的焦油作为粘结剂制备活性炭的缺点)。实施例3为以干粉粘结剂作为粘结剂制成的活性炭，其效果完全可以取代焦油作为粘结剂制备的活性炭。

如前所述，实施例2与实施例3区别在于干粉粘结剂添加方式不同，实施例2中的干粉粘结剂先制成溶液后再与第一物料混合，实施例3中是将干粉粘结剂先与第一物料混合，混合均匀后再加入水进行混合处理，这样煤粉先与干粉粘结剂充分混合，煤粉颗粒与干粉粘结剂颗粒分布均匀，加入水后，溶解效果更好，而实施例2的实施方式中由于加入粘结剂溶液与煤粉混合过程中第一物料局部粘结成团，导致粘结剂无法充分与物料混合均匀，结果成型料组分混合不均匀而生成的炭化料质量下降，最终造成产品活性炭的各项指标偏低，通过表中数据显示可知实施例2的产品耐压强度等性能指标不如实施例3。

如前所述，实施例4和实施例5是干粉粘结剂添加量的不同实验，根据表内数据可知干粉粘结剂添加量为1-5wt％是效果较好，3wt％是最优。

如前所述，实施例6中将水溶解替换为碱性液体，所制备的活性炭各项指标提升较大，可见粘结剂在碱性溶液中具有稳定性，另外碱性液体中所含有的Na、K等碱性金属具有催化作用，能起到加快炭化料与活化剂反应深度的作用，使活性炭产品的各项指标提升较大。

如前所述，实施例7中在炭化工序前增加干燥程序，有利于成型料中水分的挥发，提高了成型料的强度，这样就能减轻在成型料进入高温的炭化炉时因环境温度急剧升高导致成型料外层物料快速脱水干燥、干馏炭化，内层物料滞后脱水、干馏炭化的影响，避免了成型料水分内外炭化不均匀而影响最终的产品质量。因此，经过干燥程序处理的实施例7的活性炭产品筛上得率提升较大，产品效果稳定，产量大幅提升，增加收益。

如前所述，实施例8与其它实施例相比，降低了煤粉细度，进而由于煤粉细度低，导致各项指标均不理想，可见煤粉细度在活性炭制作过程中起一定作用，特别是强度方面及空隙分布结构，这与高目数的煤粉组分之间、煤粉与粘结剂之间更容易混合均匀、能得到组分更均匀、强度更好的炭化料的原料即成型料有关直接关系。

实施例9

将12wt％的弱粘煤、15wt％的焦煤、10wt％沥青及63wt％兰炭制成粒度为325目的煤粉(即第一物料，筛分过筛率为80％)，和按照煤粉质量的3wt％加入干粉粘结剂(包括瓜尔胶、黄原胶、海藻酸钠的一种或多种混合物)，放入温度30-50℃的捏合机内混合5-25min，再加入质量比为1wt％、添加量为煤粉质量的15wt％-25wt％的氢氧化钠催化剂溶液混合5-15min后形成捏合物料送至造粒机内挤压为成型物料(即第二物料)后，控制成型物料的强度和水分，控制成型物料的水分不超过20wt％。将成型物料经链板式干燥机进行干燥，干燥温度控制在100℃-150℃，经烘干处理后的成型物料的水分小于或等于13wt％。将成型料投入炉尾温度在300至350℃，炉中温度在500至550℃，炉头温度在750至850℃的炭化炉中加热处理，并将炭化炉的转速控制在1.0-2.5转/min，升温速率控制在5-20℃/min，成型料炭化后将炭化物料输送至全密封的耐酸碱皮带输送机上喷淋质量比例为1wt％氢氧化钠催化剂溶液，其中，机尾部分喷淋15-25S，皮带中部喷淋10-20S，机头部分喷淋5-15S。

将经过催化剂喷淋后炭化物料再送至活化炉，在850-980℃的高温下与蒸汽活化剂进行反应，蒸汽压力0.35-0.5MPa，蒸汽流量1500-3000m³/h，空气流量600-1500m³/h，炉压30-120Pa，活化后便可得到活性炭成品。

实施例10

与实施例9不同之处在于催化剂比例为2wt％，其它均与实施例9相同。

实施例11

与实施例9不同之处在于催化剂比例在混合成型阶段为3wt％，在炭化阶段喷淋过程为2wt％，其它均与实施例9相同。

以下表3为根据本发明的实施例9～11所进行的三个实施例制备的活性炭性能指标对比。

根据表3，通过本发明制备的活性炭(实施例9～实施例11)的指标中碘值≧350mg/g，耐磨强度≧97％，脱硫值≧18mg/g，吸附硫容≧10％，脱硝率≧35％，均满足行业一级品的要求(见表2)，而且与实施例3～实施例7所制备的活性炭相比，碘值≧390mg/g，性能指标进一步提高。

根据表3，通过在成型阶段和炭化加热处理阶段多次、间隔添加催化剂，实施例10效果较好，在活化加热处理后活性炭指标得到提高，产量得到提高，活性炭活化更加均匀，活化效果突出，这是因为添加催化剂均匀分散在成型料中，更有利于活性炭内部空隙结构在炭化和活化阶段的发育、让空隙结构分布得到优化。采用干粉粘结剂与煤粉先混合，再加入氢氧化钠等碱性液体，这样可以使原料与干粉粘结剂充分混合后，粘结剂溶于碱性液体能借助液体中的水分溶解、更均匀分散在成型料中炭颗粒周围，充分发挥粘结剂的粘结作用，炭颗粒之间粘结更加紧密，成型料强度会更高，最终的产品质量更好。此混合方式较将粘结剂溶解后再与原料混合，优势在于干粉状态下物料更容易混合均匀，因而，制备高质量的成型料的控制难度较小，只需计量准确干粉粘结剂重量再混合即可，无需新增其它升温等设备，且可在短时间内混合均匀。

另外，加入的碱性液体在活性炭制备过程还具有催化剂作用。无论是添加步骤为物料成型阶段使用碱性液体溶解粘结剂再进行成型料炭化，还是在炭化加热处理后的活化阶段采用碱性液体多段喷淋炭化料，都能使碱性物质附着在炭颗粒表面，在炭化和活化加热处理中碱性液体中的碱金属氧化物能扩散到炭颗粒的空隙，更好的发挥催化作用，在碱金属催化剂的作用下，增强炭颗粒间相互作用，增加炭化和活化的反应速度，从而促进活性炭内部空隙结构的发育、让空隙结构分布得到优化。

根据本发明的方法，本发明所采用的干粉粘结剂可在30-50℃较低温度下溶解，相比于使用焦油作为粘结剂需要在80℃以上的较高温度下使用相比，本发明无需加热升温，可节约能源和降低成本，而且在此温度下粘结效果最优。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无焦油活性炭制备方法，包括：

S1.将粉末状的含碳原料与沥青混合为第一物料；

S3.对所述第二物料，加热处理，生成活性炭。

2.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含碳原料为无烟煤、兰炭、烟煤、木材、植物枝干、活性炭筛下料中的一种或几种混合而成，其中，烟煤包括焦煤及弱粘煤。

3.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一物料的筛分粒度目数在325目以上。

4.根据权利要求2所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含碳原料为兰炭、弱粘煤、焦煤混合而成。

5.根据权利要求4所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述第一物料中，所述兰炭的配制比例为X1、所述弱粘煤的配制比例为X2、所述焦煤的配制比例为X3，所述沥青的配制比例为X4，则满足：X1+X2+X3+X4＝100wt％，其中，55wt％≤X1≤70wt％，10wt％≤X2≤15wt％，10wt％≤X3≤15wt％，10wt％≤X4≤15wt％。

6.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述干粉粘结剂向所述第一物料的加入量为所述第一物料的1wt％至5wt％。

7.根据权利要求6所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述干粉粘结剂的筛分粒度目数为80目以上。

8.根据权利要求7所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述干粉粘结剂为水溶性粘结剂。

9.根据权利要求8所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述水溶性粘结剂包括微生物类粘结剂、瓜尔胶、黄原胶、海藻酸钠中的一种或多种的混合物。

10.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一物料和所述干粉粘结剂的混合时间t1满足：5≤t1≤25min。

11.根据权利要求10所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S2中，采用捏合机进行物料混合处理，使粉末状的含碳原料与沥青混合均匀。

12.根据权利要求11所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述捏合机的物料混合处理温度为30至85℃。

13.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S2中，混合处理过程中还包括向所述第一物料和干粉粘结剂的混合物料中加入中性或碱性液体继续混合，中性或碱性液体用于溶解所述干粉粘结剂。

14.根据权利要求13所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，向所述第一物料和干粉粘结剂的混合物料中加入中性或碱性液体进行混合的步骤中，其继续混合的时间t2满足：5≤t2≤15min。

15.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述第二物料的水分B满足：B≤20wt％。

16.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第二物料的粒径为1.5至10mm。

17.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S3中，加热处理包括干燥第二物料。

18.根据权利要求17所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述第二物料在链板式干燥机进行干燥。

19.根据权利要求17所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述干燥温度控制在100至150℃。

20.根据权利要求17所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述第二物料干燥后水分小于或等于13wt％。

21.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S3中加热处理还包括炭化和活化加热处理。

22.根据权利要求21所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述炭化和活化加热处理分别在炭化炉和活化炉中加热处理。

23.根据权利要求21所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述炭化和活化加热处理在炭活化一体炉内加热处理。

24.根据权利要求22所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述炭化加热处理的炭化炉的炉尾温度控制在300至350℃，炉中温度控制在400至550℃，炉头温度控制在750至850℃，炭化炉的转速为1.0至2.5转/min，升温速率为5至20℃/min。

25.根据权利要求22所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述活化加热处理的活化炉活化段温度为850至980℃。

26.根据权利要求1所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，还包括筛分所述活性炭。

27.根据权利要求7所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述干粉粘结剂的含水量在5wt％以下。

28.根据权利要求1至27任一项所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将粉末状的含碳原料与沥青混合的过程中加入固体粉末状的催化剂，和/或者，在步骤S2中，向所述第一物料中加入干粉粘结剂混合处理的过程中加入由固体催化剂配制的催化剂液体。

29.根据权利要求28所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，若在步骤S1中加入所述催化剂，则所述催化剂的加入量为所述第一物料的质量的1wt％-5wt％；

30.根据权利要求1至27任一项所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，步骤S3中，对所述第二物料加热处理的过程中，即在炭化加热处理后、以及在进行活化加热处理前，所得到的炭化物料进行催化剂液体喷淋，且所述催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

31.根据权利要求30所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，进行催化剂液体喷淋的步骤中，喷淋时间为30至60S。

32.根据权利要求31所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，在全密封耐酸碱皮带输送机中进行催化剂液体喷淋，其中，在所述全密封耐酸碱皮带输送机机尾部分喷淋15-25S，和/或在所述全密封耐酸碱皮带输送机的皮带中部喷淋10-20S，和/或在所述全密封耐酸碱皮带输送机机头部分喷淋5-15S。

33.根据权利要求1至27任一项所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，在活化热处理过程中，将催化剂液体与活化剂一同加入活化炉中与炭化加热后的物料进行活化反应，且所述催化剂液体中催化剂的含量为1wt％-3wt％。

34.根据权利要求28、30、33所述的无焦油活性炭制备方法，其特征在于，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙，所述活化剂为水蒸汽。