一种基于外热式回转炉炭化的煤基活性炭制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于外热式回转炉炭化的煤基活性炭制备方法，所述方法包括将原料煤压块、造粒，并依次进行氧化处理、炭化处理和活化处理，以制得活性炭；其中，利用外热式回转炉进行炭化处理。本发明专利技术中的外热式回转炉由于可以实现分段加热，因此有利于对外热式回转炉各段物料温度的准确控制，由于炭化温度对炭化产物品质具有重要影响，因而本发明专利技术的外热式回转炉可以有效保证炭化产物的品质稳定并提高炭化产物挥发性气体的质量；同时，本发明专利技术的抄料板采用分段式的“弯折”设计，使得抄料板所抄起的物料在落下时，可以经倾斜的第二段以一定倾斜角度逐步洒落，形成连续料幕，与传统的直板式的抄料板相比，可以有效减少由于物料破碎所产生的粉料，提高炭化产物和活性炭的品质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于活性炭生产加工领域，特别涉及一种基于外热式回转炉炭化的煤基活性炭制备方法。
技术介绍
由于活性炭具有高度发达的孔隙结构和极大的比表面积，其应用范围从用于食品和医药的脱色与除味、防毒面具，发展到大规模用于溶剂精制与回收、水深度处理、烟气净化、血液净化等，对活性炭的性能也提出了新的、更高的要求。煤基活性炭制备的主要过程包括煤炭成型粒料的预氧化、炭化和活化过程。研究认为炭化是生产高品质活性炭的关键环节，反应物料在该阶段主要发生煤的热解反应，形成胶质并固化，得到一种可以称之为“碳素前驱体”的物质，使得碳素材料基本结构雏形完成，其结构特征决定了进一步加工处理所得的碳素材料的结构(即活性炭)。因此，可以认为炭化形成了初始的孔结构，活化是将炭化料的孔结构在同一方向的发展。然而，在炭化过程中，由于炭化温度难以很好地控制，导致炭化过程得率低、炭化料品质波动大。另外，为了使得到的活性炭在使用时具有较高强度，通常需要在煤进行炭化活化前进行成型处理，以使原料煤成型并进而制备高强度活性炭。现有的煤质成型活性炭主要包括圆柱状颗粒活性炭、压块状颗粒活性炭和破碎状活性炭等。对于高强度的成型粒料，特别是在成型过程中未添加粘结剂和粘结性煤的成型粒料，容易在制备活性炭的过程中影响挥发份的逸出以及活化用气体向内部孔隙的扩散，导致制备的活性炭的产品较差，总体吸附能力偏弱。例如，CN1033262A公开了一种制备活性炭的方法，包括将无
粘结性煤粉碎至10μm以下然后进行压制成型。该专利指出原煤粉碎后的粒径越小，越有利于增加微粒之间单位重量的接触点的数目，以增加颗粒中亚微粒之间的粘合力。然而，煤粉粉碎粒径越小，其团聚可能性越大，考虑到后续压制成型需要水分，因此水分控制难度大，并且粉碎难度也大，对设备要求高，难以推广利用。同时，研究发现，煤粉粒径太细，容易导致压块成型后其内部孔隙过细，在制备活性炭时影响后续炭化挥发份的逸出以及活化用气体向内部孔隙的扩散。如此，传统煤基活性炭的谈话过程不能完全满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于外热式回转炉炭化的煤基活性炭制备方法，以提高煤基压块成型粒料的炭化效果，进而得到高品质活性炭。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于外热式回转炉炭化的煤基活性炭制备方法，所述方法包括将原料煤压块、造粒，并依次进行氧化处理、炭化处理和活化处理，以制得活性炭；其中，利用所述外热式回转炉进行炭化处理，所述外热式回转炉包括内筒体、外筒体、窑头罩和窑尾罩，所述内筒体的两端分别通过密封装置可转动地连接至所述窑头罩和窑尾罩；所述外筒体套在所述内筒体外并固定设置，从而在所述内筒体与外筒体之间形成供热夹套；所述外热式回转炉还包括设在所述供热夹套内的多个隔离环，从而将所述供热夹套沿所述外筒体的轴向分隔成多个分段夹套，每个分段夹套上分别设有进气口和排气口；所述内筒体内壁上设有多个抄料板，所述抄料板包括第一段和第二段，所述第一段包括固定至所述内筒体的第一端和远离所述第一端的第二端，所述第二段连接至第一段的第二端；所述抄料板的第二段与所述第一段的第二端在连接处的夹角为110°～160°。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述夹角为120°～150°，所述第一段沿所述内筒体的径向固定至所述内筒体的内壁；进一步优选地，所述第二段的长度d1为所述第一段长度d2的1/4～2/3；所述第二段与所述内
筒体之间的距离d3为所述内筒体内径1/4～1/3。在本专利技术中，步骤c中，炭化处理条件优选为：从窑头至窑尾，所述的多个分段夹套(例如4～8个分段夹套)，依次称为第一、第二….和最末分段夹套；控制第一分段夹套所对应内筒体内温度为300～320℃，控制最末分段夹套所对应内筒体内温度分别为440～460℃，其中内筒体内离开第一分段夹套区段(即第一分段夹套所对应的内筒体区段)后的物料升温速率为0.5～2℃/min，例如1℃/min；炭化时间2～3小时。其炭化气氛可以氧含量低于4vol％的惰性气氛，为本领域所熟知，例如氮气气氛。炭化工艺是气体活化法生产活性炭中的重要工序，在该阶段主要发生煤的热分解，解聚为主，形成胶质并固化成半焦。升温速率过快，对过程强度的提升不利，过慢则能耗较高。合适的炭化温度及升温速度可显著提高最终产品的强度和活化速度。根据本专利技术的煤基活性炭制备方法，优选地，所述原料煤为无粘结性煤，其压块成型过程包括：a、将原料煤进行粉碎以得到煤粉的步骤，所述煤粉的平均粒径不小于20μm，其中，粒径不大于80μm的煤粉含量不小于90wt％；粒径为40μm～80μm的煤粉含量不小于10wt％；b、将步骤a得到的煤粉送入压块成型设备的给料仓内，并对所述给料仓内的物料进行脱气处理的步骤；c、使所述给料仓内物料的温度为50℃～100℃、水分含量为2wt％～8wt％的调节步骤；和d、将所述给料仓内的物料送入成型设备进行压块成型的步骤。所述无粘结性煤为本领域所熟知，即，按粘结指数G分类，0～5为无粘结性煤，5～20为弱粘结性煤，20～50为中等偏弱粘结性煤，50～65为中等偏强粘结性煤，大于65为强粘结性煤。本领域技术人员理解，原料煤的粘结指数越高，越有利于成型制备强度较高的型煤，而原料煤的粘结指数越低，则成型制备强度较高的型煤的难度越大。本专利技术的成型方法特别适用于以无粘结性煤或以无粘结
性煤为主的原料煤的成型，例如，所述原料煤全部为无粘结性煤，或者所述原料煤中无粘结性煤的含量大于50wt％，比如为60wt％、70wt％、80wt％或90wt％，其余部分可以是弱粘结性煤等。在本专利技术中，优选地，所述无粘结性煤的粘结指数为≤2，例如为0、1或2。在上述成型过程中，步骤a为对原料煤进行粉碎以得到具有特定粒度分布的煤粉。研究发现，当所述煤粉具有上述力度分布时，在成型过程中可以实现不同粒径煤粉的合理级配，提高成型强度。优选地，步骤a所得的煤粉中，粒径不大于80μm的煤粉含量不小于95wt％；粒径不大于40μm的煤粉含量不小于70wt％；进一步优选地，所述煤粉的平均粒径为20μm～40μm，例如30μm；更优选地，所述煤粉的粒径不大于200μm，例如不大于150μm，或者不大于100μm。本领域技术人员理解，可以通过选用相应的标准筛对粉碎后的原料煤进行筛分，从而得到具有上述粒度分布的煤粉。当然，本领域人员理解，本专利技术的原料煤在使用前最好经过脱除矸石和/或降低灰分等处理，例如使灰分含量不大于6wt％，例如3wt％。在上述成型过程中，步骤b为将所述煤粉送入压块成型设备的给料仓内，并对所述给料仓内的物料进行脱气处理，以减少煤粉颗粒间及表面吸附的空气，从而有利于提高成型强度。本领域技术人员了解，可以通过对所述给料仓进行抽气(或抽真空)以达到脱气的目的，例如可以在所述给料仓的顶部和/或侧壁上设置滤板(确保气体能逸出而煤粉不会逸出)，在所述滤板背面连接抽真空设备，以使煤粉中吸附的气体通过滤板及真空系统排出。优选地，步骤b中，所述给料仓内的压力为负压，其负压为0～3kPa(本领域技术人员理解，由于是负压，其中0这一端点值不可包含在内)，例如0.6kPa、1kPa或2kPa进一步优选地调节所述给料仓的负压为2.5kPa～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外热式回转炉炭化的煤基活性炭制备方法，所述方法包括将原料煤压块、造粒，并依次进行氧化处理、炭化处理和活化处理，以制得活性炭；其特征在于，利用所述外热式回转炉进行炭化处理，所述外热式回转炉包括内筒体、外筒体、窑头罩和窑尾罩，所述内筒体的两端分别通过密封装置可转动地连接至所述窑头罩和窑尾罩；所述外筒体套在所述内筒体外并固定设置，从而在所述内筒体与外筒体之间形成供热夹套；所述外热式回转炉还包括设在所述供热夹套内的多个隔离环，从而将所述供热夹套沿所述外筒体的轴向分隔成多个分段夹套，每个分段夹套上分别设有进气口和排气口；所述内筒体内壁上设有多个抄料板，所述抄料板包括第一段和第二段，所述第一段包括固定至所述内筒体的第一端和远离所述第一端的第二端，所述第二段连接至第一段的第二端；所述抄料板的第二段与所述第一段的第二端在连接处的夹角为110°～160°。

【技术特征摘要】
1.一种基于外热式回转炉炭化的煤基活性炭制备方法，所述方法包括将原料煤压块、造粒，并依次进行氧化处理、炭化处理和活化处理，以制得活性炭；其特征在于，利用所述外热式回转炉进行炭化处理，所述外热式回转炉包括内筒体、外筒体、窑头罩和窑尾罩，所述内筒体的两端分别通过密封装置可转动地连接至所述窑头罩和窑尾罩；所述外筒体套在所述内筒体外并固定设置，从而在所述内筒体与外筒体之间形成供热夹套；所述外热式回转炉还包括设在所述供热夹套内的多个隔离环，从而将所述供热夹套沿所述外筒体的轴向分隔成多个分段夹套，每个分段夹套上分别设有进气口和排气口；所述内筒体内壁上设有多个抄料板，所述抄料板包括第一段和第二段，所述第一段包括固定至所述内筒体的第一端和远离所述第一端的第二端，所述第二段连接至第一段的第二端；所述抄料板的第二段与所述第一段的第二端在连接处的夹角为110°～160°。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述夹角为120°～150°，所述第一段沿所述内筒体的径向固定至所述内筒体的内壁；优选地，所述第二段的长度d1为所述第一段长度d2的1/4～2/3；所述第二段与所述内筒体之间的距离d3为所述内筒体内径1/4～1/3。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述炭化处理的过程中，分别向各分段夹套内送入热风，以从窑头至窑尾，控制第一分段夹套所对应内筒体内温度为300～320℃，控制最末分段夹套所对应内筒体内温度分别为440～460℃，其中内筒体内离开第一分段夹套区段后的物料升温速率为0.5～2℃/min，炭化时间2～3小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料煤为无粘结性煤，其压块成型过程包括：a、将原料煤进行粉碎以得到煤粉的步骤，所述煤粉的平均粒径不小于20μm，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆晓东，王洪强，韩晓林，赵龙，冀占成，常博，张雁江，鲁宗虎，赵荣善，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，神华新疆能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11