CN204958410U - 一体化移动式活性炭制备试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及设备技术领域，具体涉及一体化移动式活性炭制备试验装置，包括反应设备模块、蒸汽设备模块和物料存储设备模块；所述反应设备模块设置有加热炉和与之连接的加热炉温度控制器，所述蒸汽设备模块设置有与所述加热炉连通的蒸汽生成炉和与所述蒸汽生成炉连接的蒸汽生成炉温度控制器，所述物料存储设备模块设置有与所述蒸汽生成炉依次连通的蠕动泵和储水器；所述各模块的设备放置于分层布置的框架上，所述框架底部设置有滑轮。所述活性炭制备试验装置采用温度控制器精确控制加热炉和蒸汽生成炉的温度，整体采用一体化设计，避免了装置杂乱、调控不方便的缺点，对空间的需求少，具有广阔的应用前景。

Description

一体化移动式活性炭制备试验装置

技术领域

本实用新型涉及设备技术领域，尤其涉及活性炭设备技术领域，具体涉及一体化移动式活性炭制备试验装置。

背景技术

活性炭具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积，在环境保护、食品加工、化学防护等领域有着越来越广泛的应用前景，对活性炭性能的要求也越来越高，也引发了新型活性炭的开发。其中，实验室规模的活性炭制备试验研究是工业生产技术开发的基础，在概念验证、工艺参数优化等方面有着不可替代的重要作用。

目前，活性炭制备工艺主要分为物理活化法、化学活化法和化学物理法。化学活化法中使用的活化剂成本高、腐蚀设备，污染环境，产品中有一定活化剂残留，需要进行后续处理，目前逐渐在活性炭工业生产、尤其是煤基活性炭的工业生产中淡出；化学物理法工艺较复杂，生产成本较高，主要用于特种活性炭的制备；物理活化法反应条件温和，对设备要求不高，环境污染较小，基本适合于所有含碳原料的活性炭制备，在活性炭技术中占有重要地位。

物理活化法制备活性炭的工艺过程主要包括炭化、活化两个环节，分别需要对炭化的气氛(隔绝空气、惰性气体保护、弱氧化气氛等)、炭化热工制度(升温速度、炭化温度、炭化时间等)、活化条件(水蒸汽或混合活化剂及流量；升降温速度、活化温度、活化时间等)进行调节和控制；需要加热炉、温度控制、气氛调控、惰性气体供给、蒸馏水输送、水蒸汽产生等用的多种装置。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：现有活性炭制备实验研究时采用的试验装置由多种设备或部件零散组配，不成一体，占地面积大，需要人员多、调节不方便。

本实用新型的目的是提供一种活性炭制备试验研究用的一体化移动式试验装置，方便操作和移动。

具体来说，针对现有技术的不足，本实用新型提供了如下技术方案：

一种一体化移动式活性炭制备试验装置，其特征在于，包括反应设备模块、蒸汽设备模块和物料存储设备模块；所述反应设备模块设置有加热炉2和与之连接的加热炉温度控制器3，所述蒸汽设备模块设置有与所述加热炉2连通的蒸汽生成炉5和与所述蒸汽生成炉5连接的蒸汽生成炉温度控制器4，所述物料存储设备模块设置有与所述蒸汽生成炉5依次连通的蠕动泵7和储水器8；所述各模块的设备放置于分层布置的框架上，所述框架底部设置有滑轮。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述加热炉2包括炉体和贯穿炉体的炉管，所述炉管与蒸汽生成炉5连通的一端为入口，另一端为出口。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述炉体内部设置有保温层。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述物料存储设备模块还设置有空气压缩机6，所述空气压缩机6与所述加热炉2炉管的入口连通。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述活性炭制备试验装置还包括尾气净化设备模块；所述尾气处理设备模块设置有内含有机溶剂或水溶液的反应瓶13，所述反应瓶13与加热炉2炉管的出口连通。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述框架包括横向梁和纵向梁，在靠近加热炉2的横向梁或纵向梁处安装有第一流量计。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述框架在靠近所述蒸汽生成炉5的横向梁或纵向梁处安装有第二流量计。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述框架包括并排设置的第一框架9和第二框架10，所述反应设备模块和蒸汽设备模块依次按顺序设置于第一框架9，所述物料存储设备模块设置于第二框架10。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述第一框架9为四层，所述第二框架10为两层；

所述加热炉2、加热炉温度控制器3、蒸汽生成炉温度控制器4和蒸汽生成炉5依次按顺序设置于第一框架9；

所述蠕动泵7和储水器8设置于第二框架中靠近蒸汽生成炉5的底层，所述空气压缩机6设置于第二框架的顶层。

优选的，上述一体化移动式活性炭制备试验装置中，所述框架包括并排设置的第一框架9和第二框架10，所述反应设备模块和蒸汽设备模块依次按顺序设置于第一框架9，所述尾气设备模块和物料存储设备模块依次顺序设置于第二框架10。

优选的，上述一体化移动式活性炭试验装置中，所述第一框架9为四层，所述第二框架10为三层；

所述加热炉2、加热炉温度控制器3、蒸汽生成炉温度控制器4和蒸汽生成炉5依次按顺序设置于第一框架9；

所述蠕动泵7和储水器8设置于第二框架中靠近蒸汽生成炉5的底层，所述反应瓶13设置于第二框架的顶层，所述空气压缩机6设置于第二框架的中间层。

本实用新型的有益效果是：(1)加热炉和蒸汽生成炉都有专用的温度控制器，实现两个炉子温度精确控制。(2)采用蒸汽生成炉，通过蠕动泵精确控制通水量，实现水蒸汽准确均匀地与活性炭制备过程中的炭化料接触。(3)本实用新型所述试验装置的加热炉可与设有减压阀的二氧化碳钢瓶连通，通过钢瓶供应二氧化碳气体，利用减压阀和气体流量计调节气体流量，实现二氧化碳活化，或与水蒸汽混合进行混合气体活化。(4)利用干式空气压缩机，通过气体流量计控制通空气量，对活性炭制备原料进行预氧化或对活性炭产品进行氧化。(5)整体采用一体化设计，避免了装置杂乱、调控不方便的缺点，对空间的需求少，灵活性好。(6)尾气净化，对环境无污染。

附图说明

图1为本实用新型实施例一所述一体化移动式活性炭制备试验装置的结构图。

图2为本实用新型实施例二所述一体化移动式活性炭制备试验装置的结构图。

图3为本实用新型实施例三所述一体化移动式活性炭制备试验装置的结构图。

图中：11为第一流量计，12为第二流量计，2为加热炉，3为加热炉温度控制器，4为蒸汽生成炉温度控制器，5为蒸汽生成炉，6为空气压缩机，7为蠕动泵，8为储水器，9为第一框架，10为第二框架，13为反应瓶。

具体实施方式

鉴于现有活性炭制备试验装置占地面积大，不成一体的问题，本实用新型提供了一种一体化移动式活性炭制备试验装置。

在一种优选的实施方式中，所述装置具有物理活化法制备活性炭、程序升温、气氛调控、水蒸汽预热、流体介质流量调控、尾气净化的功能。

上述装置具备利用各种含碳原料、物理法制备活性炭的实验研究功能。

上述装置通过温度控制器将炭化和活化用加热炉的温度控制在室温～1200℃的范围内，升温速度控制在1℃/min～20℃/min；将蒸汽生成炉的温度控制在室温～600℃。

上述装置采用干式空气压缩机将空气通入炭化炉中，对活性炭制备原料进行预氧化或对活性炭产品进行氧化处理。

上述装置中所述加热炉可与惰性气体钢瓶连通，采用钢瓶供应惰性气体(氮气、氩气等)，用减压阀及气体流量计调节气体流量，将气体通入炭化炉以调节炭化的气氛。

上述装置利用蠕动泵控制水流量，蒸汽生成炉加热水形成水蒸汽通入活化炉中，以达到均匀活化的目的。

上述装置中所述加热炉可与二氧化碳钢瓶连通，所述采用钢瓶供应二氧化碳气体、减压阀及气体流量计调节气体流量，单独进行二氧化碳活化，或与水蒸汽混合进行混合气体活化。

上述装置可用于炭化、活化气体的净化排放。采用水洗或活性炭对炭化、活化过程中产生的逸出气体进行净化，净化后的气体进入实验室废气系统排放。

一种优选的实施方式中，本实用新型所述活性炭制备试验装置的使用过程如下：

上述活性炭制备试验装置的加热炉2既作为炭化阶段的炭化炉，也作为活化阶段的活化炉，所述加热炉2与设置有减压阀的惰性气体钢瓶和二氧化碳钢瓶连接，活性炭制备原料加入加热炉2配套的炉管中；钢瓶中的惰性气体(氮气、氩气等)通过气体流量计11进入钢管中，起到调节钢管内气氛的作用；通过加热炉温度控制器3控制加热炉的温度和升温速率，可以实现原料的炭化制备炭化料。蠕动泵7取储水器8中去离子水进入蒸汽生成炉5，利用蒸汽生成炉温度控制器4控制蒸汽生成炉5的升温速度和温度，产生的水蒸汽单独或与钢瓶供应的二氧化碳一起通过炉管(炉管也可作为氮气、氩气等惰性气体的通道)作为活化剂加入到加热炉2中进行炭化料的活化制备活性炭。炭化、活化过程中产生的逸出气体采用水洗或活性炭(可利用实验室试制并分析测试后的废弃活性炭)吸附净化，净化后的气体进入实验室废气系统排放。采用干式空气压缩机6将空气通入加热炉2中，对活性炭制备原料进行预氧化操作或对活性炭产品进行氧化操作。

下面结合附图和各个实施例，对本实用新型所述一体化移动式活性炭制备试验装置及其有益技术效果进行详细说明。

实施例一

本实用新型的一种优选实施方式中，所述活性炭制备试验装置的结构如图1所示，包括反应设备模块、蒸汽设备模块和物料存储设备模块，所述装置中各设备置于框架上，框架底部设置有滑轮，所述框架由横向梁将其分为四层。

反应设备模块设置有加热炉2和与之连接的加热炉温度控制器3，且所述加热炉2和加热炉温度控制器3由上到下依次设置于框架的第一层和第二层；所述加热炉2包括炉体和贯穿炉体的炉管，且所述炉体内部设置有保温层。

蒸汽设备模块设置有蒸汽生成炉5和与之连接的蒸汽生成炉温度控制器4，且所述蒸汽生成炉温度控制器4和蒸汽生成炉5从上到下依次设置于框架的第三层和第四层；所述蒸汽生成炉5的蒸汽出口与反应炉2的炉管入口连通。

物料存储设备模块设置有蠕动泵7和储水器8，所述蠕动泵7与蒸汽生成炉5连通，所述储水器8与蠕动泵7连通，且所述蠕动泵7和储水器8设置于框架的第四层，所述储水器8为装有去离子水的烧杯。

在靠近加热炉2的纵向梁安装有第一流量计11，在靠近蒸汽生成炉5的纵向梁安装有第二流量计12，所述第一流量计为气体流量计，用于控制加热炉2入口气体的流量，所述第二流量计为流体流量计，用于控制加热炉2入口流体的流量，所述加热炉2既作为炭化过程的炭化炉，也作为活化过程的活化炉。

本实施例所述活性炭制备试验装置的使用过程如下：

取核桃壳破碎到粒径3mm～8mm作为活性炭制备原料，将50g原料加入反应炉配套的炉管中，通过加热炉温度控制器控制升温速率20℃/min升温到600℃后炭化1h，进行炭化操作；炭化操作结束后进入活化操作，利用加热炉炉温度控制器控制活化温度980℃，利用蒸汽生成炉往加热炉中以0.58mL/(gc·h)的速率通水进行炭化料的活化，活化时间3.5h。在整个炭化、活化操作过程中，所述加热炉的炉管与装有氮气的钢瓶连通，以氮气为惰性保护气。

分别按照国标GB/T7702.7-2008和国标GB/T7702.6-2008检测活性炭的碘值和亚甲蓝值。结果表明：本实施例制备好的活性炭样品碘值为1205mg/g，亚甲蓝值为191mg/g。

实施例二

本实用新型的一种优选实施方式中，所述活性炭制备试验装置的结构如图2所示，包括反应设备模块、蒸汽设备模块和物料存储设备模块，所述装置中各设备置于框架上，框架底部设置有滑轮。

框架由第一框架9和第二框架10并排设置，所述第一框架9的高度高于第二框架，第一框架9由横向梁将其分为四层，所述第二框架10由横向梁将其分为两层。

反应设备模块设置有加热炉2和与之连接的加热炉温度控制器3，且所述加热炉2和加热炉温度控制器3由上到下依次设置于第一框架9的第一层和第二层。

蒸汽设备模块设置有蒸汽生成炉5和与之连接的蒸汽生成炉温度控制器4，且所述蒸汽生成炉温度控制器4和蒸汽生成炉5从上到下依次设置于第一框架的第三层和第四层。

物料存储设备模块设置有蠕动泵7、储水器8和空气压缩机6，空气压缩机6设置于第二框架的顶层；所述蠕动泵7与蒸汽生成炉5连通，所述储水器8与蠕动泵7连通，且所述蠕动泵7和储水器8设置于第二框架的底层，所述储水器8为装有去离子水的烧杯。

在靠近加热炉2的纵向梁安装有第一流量计11，在靠近蒸汽生成炉5的纵向梁安装有第二流量计12，所述第一流量计为气体流量计，用于控制加热炉2入口气体的流量，所述第二流量计为流体流量计，用于控制加热炉2入口流体的流量，所述加热炉2既作为炭化过程的炭化炉，也作为活化过程的活化炉。

本实施例所述活性炭制备试验装置的使用过程如下：

取大同煤制成粒径5mm～10mm的活性炭制备原料，将50g原料加入加热炉配套的炉管中，通过加热炉温度控制器控制升温速率为2℃/min到达600℃后炭化45min；其中在180℃～250℃阶段，启动干式空气压缩机，调节气体流量计、以250ml/min的风量鼓风通过装有原料的炉管。炭化操作结束后进入活化操作，利用加热炉温度控制器控制活化温度900℃，利用蒸汽生成炉往加热炉中以0.77mL/(gc·h)的速率通水进行炭化料的活化，活化时间2h。在整个炭化、活化操作过程中，所述加热炉的炉管与装有氩气的钢瓶连通，以氩气为惰性保护气。

按照实施例一所述方法检测活性炭的碘值和亚甲蓝值。结果表明：本实施例制备好的活性炭样品碘值为1080mg/g，亚甲蓝值为171mg/g。

实施例三

本实用新型的一种优选实施方式中，所述活性炭制备试验装置的结构如图3所示，包括反应设备模块、蒸汽设备模块、物料存储设备模块和尾气净化设备模块，所述装置中各设备置于框架上，框架底部设置有滑轮。

框架由高度相等的第一框架9和第二框架10并排设置，第一框架9由横向梁将其分为四层，所述第二框架10由横向梁将其分为三层。

反应设备模块设置有加热炉2和与之连接的加热炉温度控制器3，且所述加热炉2和加热炉温度控制器3由上到下依次设置于第一框架9的第一层和第二层。

蒸汽设备模块设置有蒸汽生成炉5和与之连接的蒸汽生成炉温度控制器4，且所述蒸汽生成炉温度控制器4和蒸汽生成炉5从上到下依次设置于第一框架的第三层和第四层。

尾气净化设备模块设置有与加热炉炉管尾气出口连通的反应瓶13，所述反应瓶13设置于第二框架的顶层。

物料存储设备模块设置有蠕动泵7、储水器8和空气压缩机6，空气压缩机6设置于第二框架的中间层；所述蠕动泵7与蒸汽生成炉5连通，所述储水器8与蠕动泵7连通，且所述蠕动泵7和储水器8设置于第二框架的底层，所述储水器8为装有去离子水的烧杯。

在靠近加热炉2的纵向梁安装有第一流量计11，在靠近蒸汽生成炉5的纵向梁安装有第二流量计12，所述第一流量计为气体流量计，用于控制加热炉2入口气体的流量，所述第二流量计为流体流量计，用于控制加热炉2入口流体的流量，所述加热炉2既作为炭化过程的炭化炉，也作为活化过程的活化炉。

本实施例所述活性炭制备试验装置的使用过程如下：

本实施例所述装置的加热炉与装有二氧化碳的钢瓶连通，取太西无烟煤经破碎、粉磨，使90％煤粉通过200目筛(0.074mm)；将煤粉与水、煤焦油按照90g：10ml：38ml充分混合，再将混合物压制成3mm×10mm的原料料条；将50g原料料条加入加热炉配套的炉管中，通过加热炉温度控制器控制升温速率10℃/min升温到650℃后炭化1h，进行炭化操作，炭化操作结束后进入活化操作，利用加热炉温度控制器控制活化条件为活化温度1040℃，利用钢瓶中二氧化碳经气体流量计控制流量为100mL/min往炭化(活化)管式炉通入二氧化碳、并利用蒸汽生成炉往加热炉中以0.77mL/(gc·h)的速率通水蒸气进行炭化料的混合气体活化、活化时间3h。将反应瓶13中装有水，炭化、活化过程中产生的逸出气体采用水洗进行净化，净化后的气体进入实验室废气系统排放。

分别按照国标GB/T7702.7-2008和国标GB/T7702.6-2008检测压块活性炭的碘值和亚甲蓝值。结果表明：本实施例制备好的活性炭样品碘值为1220mg/g，亚甲蓝值为210mg/g。

综上所述，本实用新型所述活性炭制备试验装置集反应设备模块、蒸汽设备模块、物料存储模块于一体，利用温度控制器精确控制加热炉和蒸汽生成炉的温度，操作简单，占地面积小，方便移动，在实验阶段的操作应用中都具有广阔的前景。

Claims (10)

1.一种一体化移动式活性炭制备试验装置，其特征在于，包括反应设备模块、蒸汽设备模块和物料存储设备模块；所述反应设备模块设置有加热炉(2)和与之连接的加热炉温度控制器(3)，所述蒸汽设备模块设置有与所述加热炉(2)连通的蒸汽生成炉(5)和与所述蒸汽生成炉(5)连接的蒸汽生成炉温度控制器(4)，所述物料存储设备模块设置有与所述蒸汽生成炉(5)依次连通的蠕动泵(7)和储水器(8)；所述各模块的设备放置于分层布置的框架上，所述框架底部设置有滑轮。

2.根据权利要求1所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述加热炉(2)包括炉体和贯穿炉体的炉管，所述炉管与蒸汽生成炉(5)连通的一端为入口，另一端为出口。

3.根据权利要求2所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述物料存储设备模块还设置有空气压缩机(6)，所述空气压缩机(6)与所述加热炉(2)炉管的入口连通。

4.根据权利要求3所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述活性炭制备试验装置还包括尾气净化设备模块；所述尾气处理设备模块设置有内含有机溶剂或水溶液的反应瓶(13)，所述反应瓶(13)与加热炉(2)炉管的出口连通。

5.根据权利要求2所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述框架包括横向梁和纵向梁，在靠近加热炉(2)的横向梁或纵向梁处安装有第一流量计。

6.根据权利要求5所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述框架在靠近所述蒸汽生成炉(5)的横向梁或纵向梁处安装有第二流量计。

7.根据权利要求3所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述框架包括并排设置的第一框架(9)和第二框架(10)，所述反应设备模块和蒸汽设备模块依次按顺序设置于第一框架(9)，所述物料存储设备模块设置于第二框架(10)。

8.根据权利要求7所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述第一框架(9)为四层，所述第二框架(10)为两层；

所述加热炉(2)、加热炉温度控制器(3)、蒸汽生成炉温度控制器(4)和蒸汽生成炉(5)依次按顺序设置于第一框架(9)；

所述蠕动泵(7)和储水器(8)设置于第二框架中靠近蒸汽生成炉(5)的底层，所述空气压缩机(6)设置于第二框架的顶层。

9.根据权利要求4所述的一体化移动式活性炭制备试验装置，其中，所述框架包括并排设置的第一框架(9)和第二框架(10)，所述反应设备模块和蒸汽设备模块依次按顺序设置于第一框架(9)，所述尾气设备模块和物料存储设备模块依次顺序设置于第二框架(10)。

10.根据权利要求9所述的一体化移动式活性炭试验装置，其中，所述第一框架(9)为四层，所述第二框架(10)为三层；

所述加热炉(2)、加热炉温度控制器(3)、蒸汽生成炉温度控制器(4)和蒸汽生成炉(5)依次按顺序设置于第一框架(9)；

所述蠕动泵(7)和储水器(8)设置于第二框架中靠近蒸汽生成炉(5)的底层，所述反应瓶(13)设置于第二框架的顶层，所述空气压缩机(6)设置于第二框架的中间层。