CN114797775B - 一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，其主要加工过程是：（1）低温烘干；（2）中温干馏炭化；（3）制粉捏合；（4）成型造粒；（5）二次干馏炭化；（6）水蒸气高温活化；（7）整粒包装系。以中药药渣为原料生产出的吸附材料具有比表面积发达、苯吸附能力强、灰分低的性能指标，其比表面积可达到1200㎡/g，CTC＞70%，亚甲蓝＞200mg/g，碘值＞1100mg/g，孔隙结构发达、比表面积高、吸附能力强，是一种优良的吸附材料，可广泛应用于化工、食品与制药、催化剂载体和电极材料等领域，也可用于大气污染物VOCs的吸附与净化，可替代煤质活性炭应用于环保行业。
Description
技术领域
本发明属于吸附净化材料制备技术领域，具体为一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，主要用于解决中药药渣固体废弃物的处置问题和传统活性炭生产高能耗、高污染的问题。
背景技术
中药药渣来源于中成药生产原料药生产、中药材加工与炮制、以及含中药的轻化工产品生产等，约占药渣总量的70%。目前，仅山东某制药厂年产出药渣量就达到8万吨/年。
中药药渣一般为湿物料，极易腐坏，其味异臭，在夏季更为严重。所以，药渣应及时运出生产区，否则易导致生产药品和厂区环境污染。运出厂区后的药渣，如处置不当，极易对环境造成污染；目前一般采取堆放、填埋、焚烧处理，该处理方式是对资源的严重浪费，同时造成了及其严重的环境污染。
国内活性炭产业大部分集中在山西、陕西、宁夏、内蒙古及新疆等地，以原煤为主要原料，部分果壳、椰壳和木质活性炭集中河北和海南等地，其中煤质活性炭占国内总产能的90%以上。以原煤为主要原料的煤质活性炭行业属于典型的“两高一低”产业，能源消耗及环境污染非常突出。
传统的煤质颗粒活性炭生产工艺为：原煤破碎、制粉、捏合成型、炭化、活化等主要工序，其存在的问题如下：
1、以原煤制备活性炭在生产过程中，在原煤的储存、制粉、成型和炭化过程中会产生大量飞灰，生产环境恶劣，环境污染和职业病伤害是当前的主要问题。
2、不可再生资源煤炭的消耗量巨大，每产出一吨活性炭成品需消耗3~5吨原煤。
3、在活性炭成型工序需配入大量的煤焦油，配入比例为30~40%，吨产品消耗约为0.6~1.2吨/吨，生产成本高，尤其现在煤焦油价格大幅上涨由原来的3000元/吨，上升到5600元/吨，造成煤质活性炭生产成本居高不下。
4、捏合成型后的煤质活性炭成型料含有大量的挥发分（主要因原煤自身特性和添加粘合剂后产生），因此，在成型后需进行炭化干馏，用以提高活性炭产品的强度，并初步形成大孔和中孔等微量的孔隙结构，降低活性炭的挥发分指标（生产过程中一般无烟煤控制在8~10%，烟煤产品控制在14~17%），确保在活化工序的活化度、防止斯列普活化炉产品道堵塞。但在炭化干馏过程中需要以天然气为外界热源（每生产一吨炭化料需消耗100m³天然气，折合成活性炭成品则需要消耗200~300m³天然气），能源消耗巨大；同时，在此过程中会有大量的黄烟产生（主要成分为芳烃类有机物、氮氧化合物和硫），产生的黄烟经炉尾焚烧炉焚烧后进行脱硫脱硝除尘达标排放，污染物排放总量较高，无形中即增加了环保运行成本又造成了环境污染。
发明内容
本发明目的是提供一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，利用药渣中较高的碳含量，通过中温干馏炭化、制粉捏合、成型造粒、二次干馏炭化以及高温水蒸气活化等工艺制备出新型气相吸附净化材料。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，包括如下步骤：
（1）烘干工序：首先将含水率在50~60%的药渣输送到螺旋桨叶式外热烘干炉，将水分烘干至10%以下；
（2）干馏炭化工序：将物料通过螺旋输送至中温干馏工序，干馏温度控制在200~750℃，将物料中的有机组份提取，干馏尾气通过循环水冷却降温，提取干馏过程中所产生的木醋液，木醋液通过喷射泵喷射到燃烧炉内作为燃料进行焚烧，产生的高温气体通过输送到干馏炭化炉内，充当物料干馏炭化的热源；
（3）制粉捏合工序：将炭化后的物料输送至立式磨机中进行粉化，粉状料细度要求200目97%以上通过率；然后通过螺旋输送至捏合工序与酒糟液按照30~50%的比例进行混合制备成膏状；
（4）成型造粒工序：利用立式液压造粒机将物料制备成1.5~6.0mm范围内柱状粒料，成型压力100~300kgf/cm2；
（5）二次炭化干馏工序：进行二次炭化，将物料挥发分控制在10~25%之间，并在高温炭化干馏的条件下形成初步孔隙结构和强度；
（6）活化工序：将二次炭化后的炭化料输送到高温水蒸气活化工序，在800~1000℃的工艺温度控制下进行活化；
（7）整粒包装：将活化工序的成品毛料输送至筛分工序，按照需求筛分出不同粒度成品。
本发明工艺方法具有如下优点：
1、以中药药渣为原料制备的新型气相吸附材料，可有效解决中成药生产原料药生产、中药材加工与炮制、以及含中药的轻化工产品生产等副产固废药渣的处置问题，彻底实现固体废弃物的资源化循环再利用。
2、以中药药渣固体废弃物为原料替代传统活性炭吸附材料所需要的原煤的消耗，每产出1吨新型吸附材料，可替代5吨原煤，节约不可再生资源，实现碳中和、碳达峰的治理目标。
3、以药渣为原料生产新型吸附材料，其比表面积可达到1200㎡/g，糖蜜值＞200mg/g，亚甲蓝＞200mg/g，碘值＞1100mg/g，孔隙结构发达、比表面积高、吸附能力强，达到甚至超出了现有煤质活性炭的吸附性能指标。
4、在一次干馏炭化的过程中提取副产物木醋液，产生的有机挥发物可作为干馏过程中所需的热源使用，可作为副产品销售或作为干馏过程中所需的热源，替代干馏过程中所需的天然气，降低生产运行成本。
5、以中药药渣为原料制备的新型吸附材料可替代传统的煤质颗粒活性炭，用以吸附净化vocs等大气污染物，可广泛应用于化工、环保、食品与制药、催化剂载体和电极材料等领域，同时经鉴定后亦可作为饮用水净化用吸附材料。
6、以酒糟液为粘合剂替代传统煤焦油在煤质颗粒活性炭生产过程中的使用，实现新型吸附材料清洁无害化生产，降低环境污染和生产成本，提高产品附加值。
7、政策方面，以中药药渣为原料生产活性炭可替代原煤，实现中成药生产过程中固体废弃物循环再利用的目的，减少碳排放，符合国家相关政策法规的要求。
8、经济方面，中药药渣在现行环保政策管控下属危废管理，吨处理费用在4000~8000元，无形中增加了新型气相吸附材料的产品附加值。
本发明设计合理，以中药药渣为原料制备新型吸附材料，不仅可实现废弃资源的资源化和无害化处置，更可将其作为一种新型的环保材料用于环保治理。
附图说明
图1表示本发明工艺方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明所述的以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，以中成药提炼过程中产生危险固体废弃物药渣（生物质锅炉产出）为原料，制备高吸附性能液相吸附净化材料。因干基药渣主要成分为碳、氢、氧和氮（基碳50%~60%、氧30%~35%、氢5%~10%、氮2%~3%），有机挥发物含量约为60%，热值3500~4000KJ/Kg，是一种制备高性能气相吸附净化产品的良好材料。其主要加工过程是：（1）低温烘干；（2）中温干馏炭化；（3）制粉捏合；（4）成型造粒；（5）二次干馏炭化；（6）水蒸气高温活化；（7）整粒包装。
实施例1
一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，包括如下步骤：（1）烘干工序：
首先将含水率在50~60%的药渣输送到螺旋桨叶式外热烘干炉，将水分烘干至10%以下；热源采用低压蒸汽或干馏过程中所产生的高温烟气进行换热。
（2）干馏炭化工序：
将物料通过螺旋输送至中温干馏工序，干馏温度控制在550~750℃，将物料中的有机组份提取，干馏尾气通过循环水冷却降温，提取干馏过程中所产生的木醋液（可作为副产物进行回收），木醋液通过喷射泵喷射到燃烧炉内作为燃料进行焚烧，产生的高温气体通过输送到干馏炭化炉内，充当物料干馏炭化的热源。干馏炭化过程中，控制炭化料挥发分在10~25%之间。
（3）制粉捏合工序：
将炭化后的物料输送至立式磨机中进行粉化，粉状料细度要求200目97%以上通过率；然后通过螺旋输送至捏合工序与酒糟液按照30~35%的比例（即：酒糟液用量是粉状料重量的30~35%）进行混合制备成膏状。
（4）成型造粒工序：
利用立式液压造粒机将物料制备成3.0~4.5mm范围内柱状粒料，成型压力200~300kgf/cm2。
（5）二次炭化干馏工序：
经成型造粒后的粒状料有机挥发组份含量在30~45%之间，在进行高温水蒸气活化之前，需进行二次炭化，将物料挥发分控制在10~25%之间，并在高温炭化干馏的条件下形成初步孔隙结构（大孔和过渡孔）和强度。
（6）活化工序：
将二次炭化后的炭化料输送到高温水蒸气活化工序，在800~900℃的工艺温度控制下进行活化，活化工序可采用斯列普活化炉、多段耙式炉和回转式活化炉等设备。
（7）整粒包装：
将活化工序的将活化工序的成品毛料输送至筛分工序，按照用户需求筛分出不同粒度成品外销。
实施例2
一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，包括如下步骤：（1）烘干工序：
首先将含水率在50~60%的药渣输送到螺旋桨叶式外热烘干炉，将水分烘干至10%以下；热源采用低压蒸汽或干馏过程中所产生的高温烟气进行换热。
（2）干馏炭化工序：
将物料通过螺旋输送至中温干馏工序，干馏温度控制在200~400℃，将物料中的有机组份提取，干馏尾气通过循环水冷却降温，提取干馏过程中所产生的木醋液（可作为副产物进行回收），木醋液通过喷射泵喷射到燃烧炉内作为燃料进行焚烧，产生的高温气体通过输送到干馏炭化炉内，充当物料干馏炭化的热源。干馏炭化过程中，控制炭化料挥发分在10~25%之间。
（3）制粉捏合工序：
将炭化后的物料输送至立式磨机中进行粉化，粉状料细度要求200目97%以上通过率；然后通过螺旋输送至捏合工序与酒糟液按照35~40%的比例（即：酒糟液用量是粉状料重量的35~40%）进行混合制备成膏状。
（4）成型造粒工序：
利用立式液压造粒机将物料制备成1.5~3.5mm范围内柱状粒料，成型压力150~250kgf/cm2。
（5）二次炭化干馏工序：
经成型造粒后的粒状料有机挥发组份含量在30~45%之间，在进行高温水蒸气活化之前，需进行二次炭化，将物料挥发分控制在10~25%之间，并在高温炭化干馏的条件下形成初步孔隙结构（大孔和过渡孔）和强度。
（6）活化工序：
将二次炭化后的炭化料输送到高温水蒸气活化工序，在850~950℃的工艺温度控制下进行活化，活化工序可采用斯列普活化炉、多段耙式炉和回转式活化炉等设备。
（7）整粒包装：
将活化工序的将活化工序的成品毛料输送至筛分工序，按照用户需求筛分出不同粒度成品外销。
实施例3
一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，包括如下步骤：（1）烘干工序：
首先将含水率在50~60%的药渣输送到螺旋桨叶式外热烘干炉，将水分烘干至10%以下；热源采用低压蒸汽或干馏过程中所产生的高温烟气进行换热。
（2）干馏炭化工序：
将物料通过螺旋输送至中温干馏工序，干馏温度控制在400~550℃，将物料中的有机组份提取，干馏尾气通过循环水冷却降温，提取干馏过程中所产生的木醋液（可作为副产物进行回收），木醋液通过喷射泵喷射到燃烧炉内作为燃料进行焚烧，产生的高温气体通过输送到干馏炭化炉内，充当物料干馏炭化的热源。干馏炭化过程中，控制炭化料挥发分在10~25%之间。
（3）制粉捏合工序：
将炭化后的物料输送至立式磨机中进行粉化，粉状料细度要求200目97%以上通过率；然后通过螺旋输送至捏合工序与酒糟液按照40~50%的比例（即：酒糟液用量是粉状料重量的40~50%）进行混合制备成膏状。
（4）成型造粒工序：
利用立式液压造粒机将物料制备成4.5~6.0mm范围内柱状粒料，成型压力100~150kgf/cm2。
（5）二次炭化干馏工序：
经成型造粒后的粒状料有机挥发组份含量在30~45%之间，在进行高温水蒸气活化之前，需进行二次炭化，将物料挥发分控制在10~25%之间，并在高温炭化干馏的条件下形成初步孔隙结构（大孔和过渡孔）和强度。
（6）活化工序：
将二次炭化后的炭化料输送到高温水蒸气活化工序，在900~1000℃的工艺温度控制下进行活化，活化工序可采用斯列普活化炉、多段耙式炉和回转式活化炉等设备。
（7）整粒包装：
将活化工序的将活化工序的成品毛料输送至筛分工序，按照用户需求筛分出不同粒度成品外销。
本发明的关键点在于：（1）以螺旋桨叶式外热烘干炉将含水率在50~60%的药渣烘干至水分10%以下。（2）在200~750℃的条件下将药渣进行一次和二次干馏炭化，提取副产物木醋液（可做产品销售）作为干馏炭化的主要热源。（3）以酒糟液为粘合剂替代煤焦油进行造粒成型。（4）在800~1000℃的温度下进行高温水蒸气活化，通过水煤气反应制造出发达的孔隙结构。
本发明所述的以中成药药渣制备新型气相吸附材料工艺技术的研发，实现了中成药药渣固体废弃物的处置问题，达到了固废资源化利用的目标，实现了碳中和碳达峰的治理目标。实现了以中药药渣为原料替代煤质颗粒活性炭在工业、环保等领域的不可替代地位。药渣制备新型气相吸附净化材料的生产工艺过程（烘干、一次和二次干馏炭化、活化），以酒糟液为粘合剂替代煤焦油进行成型造粒。
以中药药渣为原料生产出的吸附材料具有比表面积发达、苯吸附能力强、灰分低的性能指标，其比表面积可达到1200㎡/g，CTC＞70%，亚甲蓝＞200mg/g，碘值＞1100mg/g，孔隙结构发达、比表面积高、吸附能力强，是一种优良的吸附材料，可广泛应用于化工、食品与制药、催化剂载体和电极材料等领域，也可用于大气污染物VOCs的吸附与净化，可替代煤质活性炭应用于环保行业。每产出1吨新型吸附材料，可替代5吨原煤，节约不可再生资源，实现碳中和、碳达峰的治理目标。每吨含水药渣处置费用在4000~8000元/吨，以其为原料制备出的新型气相吸附净化材料与同规格煤质活性炭进行对标，其市场受价可达到14000元/吨以上，其生产成本约为6000元/吨，因此，产品净利润可达到10000元以上，市场经济价值巨大。
以上所述仅为本发明的实施例，并不因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）烘干工序：首先将含水率在50~60%的药渣输送到螺旋桨叶式外热烘干炉，将水分烘干至10%以下；
（2）干馏炭化工序：将物料通过螺旋输送至中温干馏工序，干馏温度控制在200~750℃，将物料中的有机组份提取，干馏尾气通过循环水冷却降温，提取干馏过程中所产生的木醋液，木醋液通过喷射泵喷射到燃烧炉内作为燃料进行焚烧，产生的高温气体通过输送到干馏炭化炉内，充当物料干馏炭化的热源；其中，干馏炭化过程中，控制炭化料挥发分在10~25%之间；
（3）制粉捏合工序：将炭化后的物料输送至立式磨机中进行粉化，粉状料细度要求200目97%以上通过率；然后通过螺旋输送至捏合工序与酒糟液按照比例进行混合制备成膏状；酒糟液用量是粉状料重量的30~50%；
（4）成型造粒工序：利用立式液压造粒机将物料制备成1.5~6.0mm范围内柱状粒料，成型压力100~300kgf/cm2；
（5）二次炭化干馏工序：进行二次炭化，将物料挥发分控制在10~25%之间，并在高温炭化干馏的条件下形成初步孔隙结构和强度；
（6）活化工序：将二次炭化后的炭化料输送到高温水蒸气活化工序，在800~1000℃的工艺温度控制下进行活化；
（7）整粒包装：将活化工序的成品毛料输送至筛分工序，按照需求筛分出不同粒度成品；
以药渣为原料生产的吸附材料，其比表面积达到1200m2/g，糖蜜值＞200mg/g，亚甲蓝＞200mg/g，碘值＞1100mg/g。
2.根据权利要求1所述的一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，其特征在于：步骤（1）中，热源采用低压蒸汽或干馏过程中所产生的高温烟气进行换热。
3.根据权利要求1所述的一种以中成药药渣制备气相吸附材料的工艺方法，其特征在于：步骤（6）中，活化工序采用斯列普活化炉、多段耙式炉和回转式活化炉。
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