CN113816376B

CN113816376B - 一种煤基活性炭专用的粘结剂及其制备方法

Info

Publication number: CN113816376B
Application number: CN202111159850.2A
Authority: CN
Inventors: 杨光明; 李学振; 李静伟
Original assignee: National Energy Group Ningxia Coal Industry Co Ltd
Current assignee: National Energy Group Ningxia Coal Industry Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: CN113816376A

Abstract

本发明公开了一种煤基活性炭专用的粘结剂及其制备方法，所述粘结剂包括高温沥青45‑65重量份；蒽油15‑45重量份；酚油8‑15重量份；和洗油2‑5重量份，并且通过本发明研发的制备工艺制备得到。本发明的粘结剂制备工艺简单，生产的活性炭产品强度好、表明光滑浮灰少，适合规模化生产。

Description

一种煤基活性炭专用的粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及煤基活性炭技术领域，具体涉及一种煤基活性炭专用的粘结剂及其制备方法。

背景技术

煤质颗粒活性炭制备工艺过程中，混捏成型工段对颗粒活性炭最终产品的强度、外观及产品的得率都有很大的影响，其过程是将煤粉与一定比例的粘结剂、水在设定的温度下进行充分混合，使加入的粘结剂、水与煤粉经过充分的浸润、渗透和分散均匀，煤粉在粘结剂和水的存在下产生界面化学凝聚成松散装物料，具有挤压变形的可塑性，易于成型和提高产品强度。

在混捏成型工段加入粘结剂的作用一是黏结煤粉，使煤粉与粘结剂均匀混合后在压力作用下易于成型；二是制备的炭条容易在炭化过程中形成活性炭使用所要求的强度。粘结剂的种类有很多，如煤焦油、淀粉、羟甲基苯磺酸钠、木质素等。目前煤质颗粒活性炭工业化生产时所采用的粘结剂依然是煤焦油，但是采用的煤焦油均为煤焦油深加工后产物，产品指标变化较大，品质良莠不齐。主要原因是一下两点，一是焦化企业炼焦副产物煤焦油中的沥青含量为40％左右，达不到活性炭所需煤焦油沥青含量50-65％的指标需求，掺配其它产物，达到沥青含量为50-65％的要求。二是大型焦化企业实施产业技术改造，将原生煤焦油中轻油、洗油、蒽油、萘、酚等通过精馏分离出高附加值组分，剩余组分当做次生焦油供给下游用户。下游用户掺杂了苯渣或油渣等物质，虽然煤焦油的沥青含量都能达到采购技术需求，但是煤焦油中的主要产物含量发生了很大变化，现在还没有有效手段进行检测分析。在使用过程中其流动性极差，生产过程中成型条易碎，而且生产出的活性炭外观浮灰大，表面光洁度差。

目前，实验室研究了很多种树脂类粘结剂，而且多处于实验室研究阶段，并没有进行工业化的应用。如专利CN111849100提供活性炭粘结剂及其制备方法，将聚乙烯醇、水和乳化硅油按照质量百分比为10-40％、40-60％和5-15％的比例混合后，在搅拌状态下加热至60-100℃，待全部溶解后，在保温状态下搅拌5-15min备用；将氢氧化钾缓慢加入备好的水中，并不停搅拌降温，按质量百分比为水40-60％、氢氧化钾10-30％的比例混合，全部溶解；将配置好的氢氧化钾溶液缓慢加入聚乙烯醇溶液中，待形成均匀溶液，一次加入改性剂、增韧剂和交联剂、冷却至室温后即为成品粘结剂。然而，其需要原料种类较多，而且配制复杂，规模化应用较为困难。

CN108298537提供了一种环保型活性炭粘结剂及其制备方法，原料沥青准备：将中间相油10-15％、35-50沥青、0.1-0.2％乳化剂Ⅰ按比例混合后，在搅拌状态下加热至80-100℃，待全部溶解后，在保温状态下搅拌5-10min后，备用；皂液配制：将水、乳化剂Ⅱ0.2-0.5％、氢氧化钠0.1-0.5％按上述比例混合后，在搅拌状态下全部溶解后备用。将制备好的原料沥青缓慢加入皂液中，待形成均匀的黑色溶液，冷却至室温后即为成品。然而，其由沥青、乳化油、乳化剂等原料进行配掺搅拌而成，应用后产品强度低，制备工艺繁琐，规模化应用不可控。

CN102533375A公开了一种用煤焦油加工产品配置活性炭粘结剂的方法。该粘结剂是采用脱除了工业萘的煤焦油，加入洗油、蒽油等稀料，调节焦油的粘度和沥青含量等指标，达到活性炭用粘结剂原料的使用要求。然而，其以脱除萘原料的煤焦油为基料，添加洗油、蒽油萘组分，基料煤焦油质量变化较大，造成调配后产品粘结剂的质量波动大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤基活性炭专用的粘结剂及其制备方法，本发明工艺简单，产品质量好且稳定，适合规模化生产。

为实现上述发明其目的一个方面，本发明的煤基活性炭专用的粘结剂采用的技术方案如下：

一种煤基活性炭专用的粘结剂，包括如下重量份组分：

根据本发明的粘结剂，优选地，所述粘结剂中沥青含量为50％-65％，比如51％、57％或62％。

根据本发明的粘结剂，优选地，所述高温沥青为煤焦油经过蒸馏去除液体馏分以后的残余物，软化点为95-100℃。

为实现上述发明目的另一方面，本发明还提供了制备上述粘结剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将蒽油输送到反应釜中，控制反应釜温度为160±5℃(即155℃-165℃)；

(2)向所述反应釜中加入第一部分高温沥青并搅拌均匀；

(3)向步骤(2)所得产物中加入洗油，搅拌后加入第二部分高温沥青，然后搅拌均匀；

(4)向步骤(3)所得产物中加入酚油并搅拌混合均匀，得到粘结剂；

其中，所述第一部分高温沥青与第二部分高温沥青的用量为1:1-5:3，温度为200±10℃。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(2)和(3)中，在加入高温沥青前，先将高温沥青原料在储罐中静置至少48小时除杂，以便杂质沉底便于去除，储罐温度控制在200±10℃。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(2)中，将第一部分高温沥青总计均分为4-6次加入，比如5次。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(3)中，将第二部分高温沥青总计均分为2-4次加入，比如3次。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(2)和(3)中，每次加入高温沥青后搅拌时间为15-20min，搅拌速度控制在5-10r/min。

根据本发明的制备方法，优选地，将步骤(4)所得粘结剂输送到产品罐中备用，所述产品罐保温温度为100±10℃。

根据本发明的制备方法，优选地，所述粘结剂中，以所述粘结剂的重量计，加入的蒽油占20％-40％，比如30％、洗油占8％-15％比如12％、酚油占2％-5％比如3％、高温沥青占50％-60％比如55％。

本发明以高温沥青为基料，研发出添加适当比例蒽油、洗油和酚油的粘结剂配方，并进一步通过控制活性炭专用粘结剂加工工艺参数，实现制备高效的煤基活性炭专用粘结剂，该粘结剂制备工艺简单，生产的活性炭产品强度好、表明光滑浮灰少，适合规模化生产。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明予以进一步的说明，但本发明并不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所附权利要求书定义的技术方案的等效改进和变形。在本发明中，如无明确说明，百分含量均为质量百分含量。

实施例1

将质量比(即占总原料量的质量比，下同)为20％蒽油加入到160℃的反应釜中，开启搅拌桨，转速控制在10r/min，将质量比7.5％的高温沥青加入到反应釜中，搅拌15min后，依次再加入4次等量的高温沥青重复上述步骤；

然后加入质量比为15％的洗油继续搅拌，转速控制在5r/min，搅拌10min后，将质量比7.5％的高温沥青(软化点95-100℃，下同)加入到反应釜中，转速控制在10r/min，搅拌15min后，依次再加入2次等量的高温沥青重复上述步骤；

然后加入质量比为5％的酚油，转速控制在5r/min，继续搅拌2h后，将均化后的活性炭专用粘结剂输送至储罐。检测粘结剂1#的沥青含量为62wt％。

实施例2

将质量比为30％蒽油加入到160℃的反应釜中，开启搅拌桨，转速控制在8r/min，将质量比6.88％的高温沥青加入到反应釜中，搅拌15min后，依次再加入4次等量的高温沥青重复上述步骤；

然后加入质量比为12％的洗油继续搅拌，转速控制在4r/min，搅拌10min后，将质量比6.88％的高温沥青加入到反应釜中，转速控制在8r/min，搅拌15min后，依次再加入2次等量的高温沥青重复上述步骤；

然后加入质量比为3％的酚油，转速控制在5r/min，继续搅拌2h后，将均化后的活性炭专用粘结剂输送至储罐。检测粘结剂2#的沥青含量为57wt％。

实施例3

将质量比为40％蒽油加入到160℃的反应釜中，开启搅拌桨，转速控制在8r/min，将质量比6.25％的高温沥青加入到反应釜中，搅拌15min后，依次再加入4次等量的高温沥青重复上述步骤；

然后加入质量比为8％的洗油继续搅拌，转速控制在4r/min，搅拌10min后，将质量比6.25％的高温沥青加入到反应釜中，转速控制在10r/min，搅拌15min后，依次再加入2次等量的高温沥青重复上述步骤；

然后加入质量比为2％的酚油，转速控制在5r/min，继续搅拌2h后，将均化后的活性炭专用粘结剂输送至储罐。检测粘结剂3#的沥青含量为51wt％。

实施例4

将上述制备的三种粘结剂1#-3#和市场采购沥青含量为56％的粘结剂(西来峰焦化厂购买的高温煤焦油)以及煤粉(来自神华宁夏煤业集团太西洗煤厂，其灰分为2.5-2.8％，粉碎至泰勒标准筛200-330目)，按照煤粉:粘结剂:水为100:35:10的比例加入捏合机中，搅拌15分钟，然后放入到63T试验用液压机中，制备成4.8mm炭条。阴干48h，进行炭化、活化试验。炭化温度650℃，时间20min。活化温度900℃，活化120min。样品指标经分析检测后，结果如表1所示。

表1

由表1可以看出，采用本发明的粘结剂制备的活性炭强度更好，且表面浮灰少，吸附性能指标如四氯化碳和碘吸附值与采用市售粘结剂的活性炭基本相当。同时，在成型过程中，采用本发明的粘结剂制备的成型条表面光滑。

Claims

1.一种煤基活性炭专用的粘结剂，包括如下重量百分比组分：

2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述高温沥青为煤焦油经过蒸馏去除液体馏分以后的残余物，软化点为95-100℃。

3.根据权利要求1-2中任一项所述粘结剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将蒽油输送到反应釜中，控制反应釜温度为160±5℃；

(2)向所述反应釜中加入第一部分高温沥青并搅拌均匀；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中，在加入高温沥青前，先将高温沥青原料在储罐中静置至少48小时除杂，储罐温度控制在200±10℃。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将第一部分高温沥青总计均分为4-6次加入。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将第二部分高温沥青总计均分为2-4次加入。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中，每次加入高温沥青后搅拌时间为15-20min，搅拌速度控制在5-10r/min。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将步骤(4)所得粘结剂输送到产品罐中备用，所述产品罐保温温度为100±10℃。