一种用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置及方法，将混合均匀的碱炭混合物依次经过预活化反应器、连续活化炉、活化产物收集器分别进行预活化、活化及钾单质转化处理，得到活化产物；活化产物再经酸洗、水洗、干燥得到最终活性炭产品。在连续立式活化炉内，碱炭混合物与载气连续逆向流动接触，经历升温、恒温和降温段，使在活化过程生成的单质钾最大限度地在活化炉内循环，从而强化钾对炭中石墨微晶的插层作用，促进炭的活化，提高碱的活化效果及利用效率，提高活性炭产品质量和生产效率，降低碱耗和生产成本，减少环境污染。同时，连续活化装置中还设置了活化产物收集器以进行K单质的安全转化，有利于消除活化产物中残留的K带来的安全隐患。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种由石油焦、浙青焦、无烟煤等原料炭，通过连续碱活化方式制备高比表面积活性炭的装置及方法。
技术介绍
高比表面积活性炭因其发达的微孔结构和大吸附容量而在燃料气存储、气体分离、催化反应、超级电容器等方面具有巨大的应用潜力。目前，制备高比表面积活性炭的主要路线之一是由石油焦、浙青焦、无烟煤等原料炭，以碱即KOH为活化剂，通过化学活化法制备活性炭。中国专利ZL200610086149.1将混合好的碱即KOH或NaOH和炭的混合物放于真空反应器内，在真空环境下(-0.03MPa -0.09 MPa)升温活化，最后进行水洗干燥得到高比表面积活性炭；中国专利ZL200610038065.0将酚醛树脂与KOH或NaOH的混合物放入管式活化炉中，在氮气气氛中，先在50(T65(TC进行预活化，再在75(T850°C进行活化，最后进行酸洗水洗制备出高比表面积活性炭。日本专利JP297414A将椰子壳炭和石油焦与数倍量的KOH混合后，在氮气气氛中400°C脱水，再在较高温度下活化，最后进行水洗，得到高比表面积活性炭，其采用的活化反应装置为带有搅拌机、加热装置和氮气导管的釜式反应炉。上述高比表面积活性炭的生产方法均为间歇式，存在如下主要问题:原料碱和炭的质量比(以下简称碱炭比)高，通常大于3:1 ;污染大；生产效率及单元设备产能低；能耗闻；由于反应体系内单质钟K聚集,存在安全隐患。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术中的不足，提供一种采用连续碱活化方式制备高比表面积活性炭的方法，尤其是一种通过控制活化反应器体系的固体和载气的流动方式以及载气的辅助活化作用，实现在比现有技术较低的碱炭比条件下，连续制备优质高比表面积活性炭的方法和装置。本专利技术的技术方案是:一种高比表面积活性炭的制备装置及方法，该装置由预活化反应器、立式连续活化炉及其外置多段加热炉、活化产物收集器和出料机构；所述的预活化反应器为螺杆挤出式反应器，优选双螺杆挤出式反应器，包括进料仓、螺杆挤出室和气固分离室三部分；螺杆挤出室水平设置，其出料端与垂直设置的气固分离室相连，在气固分离室外和靠近气固分离室的螺杆挤出室筒体外设有外部电加热套，其中螺杆挤出筒体加热段的长度约为其总长度的1/2 ;气固分离室下部和上部分别设有惰性载气进出口，通过引入惰性气体将预活化过程产生的包括水蒸气在内的气态产物导出；气固分离室底端通过螺旋出料机与立式活化炉顶端相连，用于将预活化的固体产物送入活化炉； 所述的活化炉为立式圆筒形连续活化炉；活化炉内由上至下设多层等距水平平行排列的料板，料板上开有多个下料孔，且呈扇形排列，其中扇形圆心角a介于30° 160°之间，下料孔的总开孔率为料板面积的59^40% ;相邻两层料板的扇形排列的下料孔的位置错开角度P，其中P大于a但不超过180° ;活化炉中心有一转轴，由设于活化炉上部或下部的调速电机驱动；相邻两层料板之间有一与料板垂直的刮板，刮板一端固定在中心转轴上，另一端与炭化炉内筒壁留有微小间隙，刮板下沿贴近料板表面，刮板高度为相邻两层料板间距的1/3 2/3 ;相邻两层料板间的两刮板的位置错开成P角排列；所有刮板随中心转轴以相同的角速度旋转；活化炉顶端设有固体物料进料口，通过进料管与上部的预活化反应器的螺旋出料机相联；活化炉底端设固体下料口，通过下料管和螺旋出料机与活化产物收集器相联；在活化炉下部设有载气入口 ；活化炉中上部设气态产品出口，在该气体出口之上的活化炉内，气体与固体物料为并流模式，在该气体出口之下的活化炉内，气体与固体物料为逆流模式；所述的炭化炉外置多段加热炉包括至少2段可独立控制的环形加热炉；所述的加热炉优选电加热炉；所述的活化产物收集器为圆筒形，下端为锥形筒，其下部设有入水口，其底端与气密式出料机相连；活化产物收集器上部设有气体出口，用于导出钾单质转化过程产生的H2和水蒸气。一种用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化方法，包括如下步骤:在常压下，将·原料炭与碱KOH按1: 1^4的质量比在混捏机中混合均匀；将混捏得到的碱炭固体混合物连续加入预活化反应器中在惰性载气保护下进行预活化，得到预活化的固体物料；将预活化的固体物料连续送入立式活化炉上部，在立式活化炉内置刮板推动和固体物料自身重力作用下，所述固体物料由上至下以螺旋形或Z字形下降的运行轨迹依次经过在垂直方向上平行排列的多层水平布置的料板，经历升温、恒温和降温三个阶段，完成活化过程，所得到的活化产物从活化炉下部的连续送入活化产物收集器；活化过程的载气从活化炉底部通入，与固体物料逆流接触，与活化过程产生的气体产物一起，从活化炉上部气体出口引出；在活化产物收集器下部通入水，与活化产物逆流接触，使残留在活化产物中的K转化为K0H，同时产生H2气，并使活化产物冷却，所产生的H2气和水蒸气从活化产物收集器上部引出；冷却后的活化产物从活化产物收集器排出，用水洗涤至滤液呈中性后，在10(Tl2(rC之间干燥f3h，得到高比表面积活性炭产品；所述的原料炭是石油焦、浙青焦、中间相炭微球、无烟煤、煤的炭化物、坚果壳及核的炭化物、高分子有机物的炭化物等；所述的混合过程可根据需要可加入不超过原料炭和KOH总质量的15%的水或乙醇水溶液作为混捏助剂，混捏温度控制为10(T250°C，混捏时间控制在0.5^1.5h ；所述的预活化在螺杆挤出式连续预活化反应器中进行；碱炭混合物在被螺杆推进过程中被逐渐加热到40(T55(TC，在此过程中发生反应，所产生的气态产物在惰性载气携带下与预活化后的固体物料快速分离后外送；所述的活化过程中固体物料的升温和恒温是通过立式活化炉的外置多段加热炉控制加热实现的，其中固体物料在恒温段的温度控制在76(T860°C之间，固体物料在恒温段的停留时间控制在0.2^2.5h;固体物料的降温主要是由立式活化炉下部引入的载气与固体物料的热交换以及通过活化炉炉体的散热而实现的；活化炉上部的气体出口设置在固体物料升温段，该部位的气体的温度控制在43(T550°C之间；在气体出口和载气入口之间，固体物料和载气之间是逆流接触；所述的活化过程的载气是H2与惰性气体的混合气体，惰性气体是N2或Ar，其中，混合气体中H2的体积含量控制在低于75%。原料炭和碱的混合操作在混捏机中进行。为保证原料炭与碱的充分均匀混合和原料炭的充分活化，宜采用较高的碱/炭质量比和尽量细的原料炭，通常原料炭的粒度控制在0.25mm以下。添加水或乙醇水溶液作为助剂有助于碱炭的混合，助剂添加量上限为15%。采用的混捏温度控制在10(T15(TC，混捏时间足够长，以保证经加热混合处理后助剂完全挥发，得到呈粉状或小颗粒的固体碱炭混合物料。所得到的混合物料应密封保存，防止其吸水。碱炭混合物的预活化在螺杆挤出式连续预活化反应器中进行。预活化的主要目的是将碱KOH转变为不熔融碱的形态，避免在后续连续活化过程中由于碱熔融造成物料的粘壁。碱炭混合物螺杆挤出筒体中前行过程中进入加热段而被加热，当物料温度升高到360°C以上时，KOH发生熔融，同时，原料炭和碱发生反应。在物料升温过程中，析出大量水蒸气、氢气和少量甲烷等气态产物，预活化后的固体中碱的形态主要转变为碳酸钾和氧化钾。在螺杆挤出筒体后的气固分离室中，利用抽吸作用或惰性载气携本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置，其特征在于，该装置包括预活化反应器、立式连续活化炉及其外置多段加热炉、活化产物收集器和出料机构；所述的预活化反应器包括进料仓、螺杆挤出室和气固分离室三部分；螺杆挤出室水平设置，其出料端与垂直设置的气固分离室相连，在气固分离室外和靠近气固分离室的螺杆挤出室筒体外设有外部电加热套，其中螺杆挤出筒体加热段的长度约为其总长度的1/2；气固分离室下部和上部分别设有惰性载气进、出口；气固分离室底端通过螺旋出料机与立式活化炉顶端相连；所述的活化炉为立式圆筒形连续活化炉；活化炉内由上至下设多层等距水平平行排列的料板，料板上开有多个下料孔，多个下料孔呈扇形排列，其中扇形圆心角α介于30~160%；下料孔的总开孔率为料板面积的5%~40%；相邻两层料板的扇形下料口的位置错开角度β，其中β大于扇形圆心角α但不超过180o；活化炉中心有一转轴，由设于活化炉上部或下部的调速电机驱动；相邻两层料板之间有一与料板垂直的刮板，刮板一端固定在中心转轴上，另一端与炭化炉内筒壁留有间隙，刮板下沿贴近料板表面，刮板高度为相邻两层料板间距的1/3~2/3；相邻两层料板间的两刮板的位置错开角度与上述扇形下料孔的位置错开角度β相同；活化炉顶端设有固体物料进料口，通过进料管与上部的预活化反应器的螺旋出料机相联；活化炉底端设固体下料口，通过下料管和螺旋出料机与活化产物收集器相联；在活化炉下部设有载气入口；活化炉中上部设气态产物出口；?活化炉外置多段加热炉由至少2段可独立控制的环形加热炉组成；活化产物收集器为圆筒形，下端为锥形筒，其下部设有入水口，其底端与气密式出料机相连；活化产物收集器上部设有气体和水蒸气出口；出料机构采用一级气密型固体出料阀或两级气密型固体料阀，在两级固体料阀之间设有一料仓。...
【技术特征摘要】
1.一种用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置，其特征在于，该装置包括预活化反应器、立式连续活化炉及其外置多段加热炉、活化产物收集器和出料机构； 所述的预活化反应器包括进料仓、螺杆挤出室和气固分离室三部分；螺杆挤出室水平设置，其出料端与垂直设置的气固分离室相连，在气固分离室外和靠近气固分离室的螺杆挤出室筒体外设有外部电加热套，其中螺杆挤出筒体加热段的长度约为其总长度的1/2 ；气固分离室下部和上部分别设有惰性载气进、出口 ；气固分离室底端通过螺旋出料机与立式活化炉顶端相连； 所述的活化炉为立式圆筒形连续活化炉；活化炉内由上至下设多层等距水平平行排列的料板，料板上开有多个下料孔，多个下料孔呈扇形排列，其中扇形圆心角a介于3(T160% ;下料孔的总开孔率为料板面积的59^40% ;相邻两层料板的扇形下料口的位置错开角度P，其中P大于扇形圆心角ct但不超过180° ; 活化炉中心有一转轴，由设于活化炉上部或下部的调速电机驱动；相邻两层料板之间有一与料板垂直的刮板，刮板一端固定在中心转轴上，另一端与炭化炉内筒壁留有间隙，刮板下沿贴近料板表面，刮板高度为相邻两层料板间距的1/3 2/3 ;相邻两层料板间的两刮板的位置错开角度与上述扇形下料孔的位置错开角度P相同； 活化炉顶端设有固体物料进料口，通过进料管与上部的预活化反应器的螺旋出料机相联；活化炉底端设固体下料口，通过下料管和螺旋出料机与活化产物收集器相联；在活化炉下部设有载气入口 ；活化炉中上部设气态产物出口 ； 活化炉外置多段加热炉由至少2段可独立控制的环形加热炉组成； 活化产物收集器为圆筒形，下端为锥形筒，其下部设有入水口，其底端与气密式出料机相连；活化产物收集器上部设有气体和水蒸气出口 ； 出料机构采用一级气密型固体出料阀或两级气密型固体料阀，在两级固体料阀之间设有一料仓。2.根据权利要求1所述的连续碱活化装置，其特征在于，预活化反应器为螺杆挤出式反应器，其中螺杆挤出式为单螺杆挤出式或双螺杆挤出式。3.根据权利要求1或2所述的连续碱活化装置，所述的加热炉为电加热炉。4.使用权利要求1或2所述的连续碱活化装置制备高比表面积活性炭的方法，其特征包括如下步骤:在常压下，将原料炭与碱KOH按1: f 4的质量比在混捏机中混合均匀；将混捏得到的碱炭固体混合物连续加入预活化反应器中在惰性载气保护下进行预活化，得到...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐绍平，肖荣林，李庆学，欧阳少波，张如君，全翠，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。