CN205575656U - 一种天然气炭黑制备活性炭的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种天然气炭黑制备活性炭的系统，所述系统包括反应室，热量回收单元，气固分离器、气体分离器、活化单元和二氧化碳再生单元；所述反应室、热量回收单元和气固分离器顺次相连；所述气固分离器的固体出口与所述活化单元相连，气体出口与所述气体分离器相连；所述气体分离器的二氧化碳出口与所述活化单元相连；所述活化单元的出气口与所述二氧化碳再生单元相连，所述二氧化碳再生单元的二氧化碳出口与所述活化单元相连。本实用新型所述的系统综合利用天然气部分氧化制备乙炔和合成气过程中产生的炭黑和二氧化碳，提高了系统的能源利用率，活化过程可控，能制得高比表面积的活性炭。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天然气炭黑，尤其涉及一种用天然气炭黑制备活性炭的系统，属于化工生产领域。
背景技术
天然气部分氧化生产乙炔和合成气是目前除电石法外的主要乙炔生产工艺，其中乙炔是一种基础化工原料，其系列产品制造的最终产品几乎涉及所有的应用领域，包括合成材料、涂料、农药、燃料、医药、助剂、溶剂、香料等各个行业；合成气主要成分包括一氧化碳、二氧化碳、氢气等，另外还含有少量的甲烷，可用于生产合成氨、甲醇、尿素等或用作气基竖炉直接还原铁等的还原气(一氧化碳和氢气)。天然气部分氧化生产乙炔和合成气过程中，会产生大量的炭黑。
活性炭是一种具有发达的微孔结构和超高比表面积的特殊多孔性炭材料。作为一种传统而又新颖的炭材料，具有比表面积大、导电性能好、化学稳定性好、再生性能较好、吸附容量大以及不溶于大多数的溶剂等特点，因此早已广泛应用于化学工业、气体的富集和分离、食品加工、超级电容器的电极材料、药物精制、催化剂及催化剂载体、军事化学保护等领域。活性炭的孔隙结构大小差别很大，不同的孔隙结构具有不同的机能，可将孔分成三类：孔隙的直径小于2nm为微孔；孔隙的直径介于2～50nm的为中孔；孔隙直径大于50nm的为大孔。
活性炭制备方法主要包括物理活化法和化学活化法，物理活化法一般是指在一定温度下，将炭化料与水蒸气、二氧化碳、氧气或它们的混合气等活化气体进行反应，使炭化料活化的一类活化方法。化学活化法是指利用化学试剂对活化对象进行活化的一类方法。化学活化法活化温度比物理活化法低，容易形成细的孔隙结构，但化学活化对设备腐蚀性大，污染环境，其制得的活性炭中残留有化学药品活化剂，应用方面受到限制。与化学活化相比，物理活化制备活性炭的生产工艺简单、清洁，不存在设备腐蚀和环境污染的问题，制得的活性炭不需要清洗，可直接使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种利用天然气炭黑制备活性炭的系统，包括反应室，热量回收单元，气固分离器、气体分离器、活化单元和二氧化碳再生单元；
所述反应室、热量回收单元和气固分离器顺次相连；
所述气固分离器的固体出口与所述活化单元相连，气体出口与所述气体分离器相连；
所述气体分离器的二氧化碳出口与所述活化单元相连；
所述活化单元的出气口与所述二氧化碳再生单元相连，所述二氧化碳再生单元的二氧化碳出口与所述活化单元相连。
本实用新型中，所述活化单元包括活化室和成品室，所述成品室上设有二氧化碳预热装置；
所述气固分离器的固体出口与所述活化室固体入口相连，所述活化到的固体出口与所述成品室的固体入口相连，所述气体分离器的二氧化碳出口连接至所述二氧化碳预热装置，所述二氧化碳预热装置的出气口连接至所述活化室的进气口。
本实用新型中，所述二氧化碳再生单元包括依次相连的反应室和烟气净化装置，在所述反应室的顶部设有弛放气出口，所述活化室的出气口与所述反应室相连，所述烟气净化装置的出气口与所述二氧化碳预热装置相连。
本实用新型中，所述气体分离器为变压吸附塔。
本实用新型中，所述反应室包括气化炉，所述气化炉的外壁上设有天然气预热通道，所述预热通道的出气口连接至所述气化炉的原料入口。
本实用新型中，所述反应室还包括设于所述气化炉底部的急冷室，所述气化炉底部的下降管插入所述急冷室的冷却腔中，所述急冷室的气体出口连接至所述热量回收单元.
本实用新型中，所述热量回收单元为管式换热装置，在所述管式换热装置的外壁设有氧气预热通道，所述氧气预热通道的出口连接至所述气化炉的原料入口。
本实用新型所述系统的操作方法，包括如下步骤：
1)将天然气和氧气预热至500～700℃后，通往反应室，反应得到1200～1500℃的高温产物；
2)所述高温产物经热量回收装置降温后通入气固分离器，得到气体产物和炭黑，所述气体产物通向气体分离器，所述炭黑进入活化单元；
3)所述气体产物中的二氧化碳经气体分离器分离后通入活化单元，在800～950℃下，与其中的炭黑反应生成活性炭。
4)生成活性炭过程中剩余的气体通入所述二氧化碳再生单元，其中的一氧化碳反应产生二氧化碳，再次通入所述活化单元，与炭黑生成活性炭。
本实用新型所述的装置具有如下有益效果：
(1)综合利用天然气部分氧化制备乙炔和合成气过程中产生的炭黑和二氧化碳，提高了系统的能源利用率；
(2)利用二氧化碳作为活化剂制备活性炭，活化过程可控，能制得高比表面积的活性炭；
(3)相较于化学活化法来说，利用二氧化碳作为活化剂，活化过程对设备腐蚀小，对环境无污染；
(4)回收利用活化过程中产生的碳氧化合物(一氧化碳)，以及产物高温活性炭的热量，提高系统的能源和热量利用率；
(5)通过对二氧化碳的再生利用，减少了物料的浪费，加大了二氧化碳的来源；
(6)本实用新型利用天然气部分氧化过程中产生的炭黑制备活性炭，原料中不含各种氧化物(硅、铝等灰分)存在，且原料粒度为超细粉末，原料与活化剂二氧化碳接触充分，更有益于得到微孔发达的活性炭。
附图说明
图1为天然气炭黑制备活性炭系统示意图；
图中：1、气化炉；2、急冷室；3、热量回收装置a；4、氧气预热通道；5、气固分离器；6、天然气预热通道；7、气体分离器；8、活化室；9、成品室；10、烟气净化装置；11、二氧化碳预热装置；12、反应室。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
本实施例涉及一种利用天然气炭黑制备活性炭的系统，其示意图如图1，包括反应室，热量回收单元，气固分离器5、气体分离器7和活化单元；
所述反应室、热量回收单元和气固分离器顺次相连；
所述气固分离器5的固体出口与所述活化单元相连，气体出口与所述气体分离器7相连；
所述气体分离器7的二氧化碳出口与所述活化单元相连；
所述活化单元的出气口与所述二氧化碳再生单元相连，所述二氧化碳再生单元的二氧化碳出口与所述活化单元相连；
所述活化单元包括依次连接的活化室8和成品室9，所述成品室9上设有二氧化碳预热装置11；
所述气固分离器5的固体出口与所述活化室8相连，所述气体分离器7的二氧化碳出口连接至所述二氧化碳预热装置11，所述二氧化碳预热装置11的出气口连接至活化室8的进气口。
所述二氧化碳再生单元包括依次相连的反应室12和烟气净化装置10，在所述反应室的顶部设有弛放气出口，所述活化室的出气口与所述反应室12相连，所述烟气净化装置的出气口与所述二氧化碳预热装置11相连。
实施例2
本实施例涉及一种利用天然气炭黑制备活性炭的系统，同实施例1相比，共区别在于：
所述气体分离器7为变压吸附塔。
所述反应室包括气化炉1，所述气化炉的外壁上设有天然气预热通道6，所述预热通道的出气口连接至所述气化炉1的原料入口。
所述反应室还包括设于所述气化炉1底部的急冷室2，所述气化炉1底部的下降管插入所述急冷室2的冷却腔中，所述急冷室2的气体出口连接至所述热量回收单元。
所述热量回收单元为管式换热装置3，在所述管式换热装置3的外壁设有氧气预热通道4，所述氧气预热通道4的出口连接至所述反应室1的原料入口。
实施例3
本实施例涉及利用实施例2所述的系统制备活性炭的方法，包括如下步骤：
1)将天然气和氧气在天然气预热通道和氧气预热通道中预热至500～700℃后，通往气化炉，反应得到1200～1500℃的高温产物；
2)所述高温产物经急冷室降温后停止反应，经热量回收装置回收热量后通入气固分离器，得到气体产物和炭黑，所述气体产物通向气体分离器，所述炭黑进入活化室；
3)对所述气体产物中的乙炔、一氧化碳和氢气等还原气进行收集，二氧化碳分离后通入成品室上的二氧化预热装置，再经加热器加热至930℃后，与活化室中的炭黑反应生成比表面积为3480m2/g的活性炭。
4)活化过程中所产生的烟气经过反应室再次生成二氧化碳，经过烟气净化装置除尘后，再次通入二氧化碳预热装置，参与活化反应，为缓解活化单元和二氧化碳再生单元的压力，定期打开弛放气出口进行放气。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种天然气炭黑制备活性炭的系统，其特征在于，所述系统包括反应室，热量回收单元，气固分离器、气体分离器、活化单元和二氧化碳再生单元；
所述反应室、热量回收单元和气固分离器顺次相连；
所述气固分离器的固体出口与所述活化单元相连，气体出口与所述气体分离器相连；
所述气体分离器的二氧化碳出口与所述活化单元相连；
所述活化单元的出气口与所述二氧化碳再生单元相连，所述二氧化碳再生单元的二氧化碳出口与所述活化单元相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活化单元包括活化室和成品室，所述成品室上设有二氧化碳预热装置；
所述气固分离器的固体出口与所述活化室固体入口相连，所述活化到的固体出口与所述成品室的固体入口相连，所述气体分离器的二氧化碳出口连接至所述二氧化碳预热装置，所述二氧化碳预热装置的出气口连接至所述活化室的进气口。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳再生单元包括依次相连的反应室和烟气净化装置，在所述反应室的顶部设有弛放气出口，所述活化室的出气口与所述反应室相连，所述烟气净化装置的出气口与所述二氧化碳预热装置相连。
4.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述气体分离器为变压吸附塔。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述反应室包括气化炉，所述气化炉的外壁上设有天然气预热通道，所述预热通道的出气口连接至所述气化炉的原料入口。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述反应室还包括设于所述气化炉底部的急冷室，所述气化炉底部的下降管插入所述急冷室的冷却腔中，所述急冷室的气体出口连接至所述热量回收单元。
7.根据权利要求1或6所述的系统，其特征在于，所述热量回收单元为管式换热装置，在所述管式换热装置的外壁设有氧气预热通道，所述氧气预热通道的出口连接至所述气化炉的原料入口。
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| CN112745700A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-05-04 | 无锡东恒新能源科技有限公司 | 一种生产碳黑的方法和设备 |
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