蒸气存在下用电阻加热活化碳的设备与方法技术

适于原料碳在蒸汽下用电阻加热的碳活化设备和方法，原料碳的颗粒在预热器内预热，借重力使颗粒下移进入并通过与预热器连接的立式反应器，在反应器底部引入蒸汽，它逆着下移颗粒向上流动，电流流过反应器内的颗粒，由反应器底部排出活性炭，改进包括由预加热器的一侧加入原料碳，控制电功率输入，使反应器伸入预热器内，用刀闸阀和放料限定装置控制活性炭排放，原料碳含高达２５％有机挥发物，保持预热温度约５５０℃～７５０℃，反应器内径为颗粒平均粒径的７５倍，使电流流过预热器中的部分颗粒。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及由含碳物质在蒸汽存在下用电阻加热制造活性碳，尤其是涉及改进的电阻加热法，该方法降低了活化能量的消耗，提高了产品的物料产率，产品更加均匀，并且与以前描述过的碳电阻活化法相比，减少了排入大气的污染物。碳的活化是一种能以多种途径进行的古老方法。目前，在各种活化方法中，使用的原料碳是一种含碳的物质，其挥发物在缺乏空气的条件下受热后（碳化）基本上被除去，或者在该物质中实质上本生是没有挥发物存在的。类别属于前者的实例为椰子碳、木碳和沥青焦炭。类别属于后者的实例是挥发物量极低的无烟煤。气化法活化是有效的，该法能极大的增大表面积，并使亚微观孔的网状物扩大。最普通的气化法是：这些方法必须在高温（通常约700℃以上）下进行，而且是吸热反应，因此能量是重要的。所需的能量可以由燃烧源提供，再由通过碳的过热蒸汽或二氧化碳将能量传递到碳上，或者使用碳的电阻率将能量直接供给碳。使用电阻加热所具有的优点是可向碳直接提供必需的能量，因此已做出各种努力在实际规模上发展这种方法，例如在US1，634，477;-->1，634，478;1，634，480;1，686，100;1，854，387;1，593，879;1，597，208;1，601，222;1，701，272;2003278和2270245中所述，然而，存在着许多的困难，阻碍了将电阻加热制造活性碳成功的应用于工业化生产。这些难题包括碳的电阻率随着碳的来源，其挥发物的含量，温度及其它因素的变化而变化。另外的难题是蒸汽通过碳粒的分布不均匀。从而使得到的活性碳在各批号之间以及每一批号内的参数都不一样。如果要使一批碳的所有部分都能达到所要求的活化程度，则将导致能耗升高和物料产率降低。围绕这些难题已经采取过各种对策，如碳的流化作用，或利用各部分的移动，在某些情况中包括电极本身，如US1686100;1593879和1601222中所说明的。我们已经发现流化作用会引起颗粒间的电击穿和参数的不一致。机械作用损坏了碳粒或球，因而降低了物料的产率，而且会必然提高对设备的投资费用和维修费用。本专利技术涉及原料碳在蒸汽存在下用电阻加热活化碳的方法，其中活化前要将原料碳予热，由予热器出来的可燃性气体通过引火灯点燃，碳靠重力向下流入反应器，在该反应器内碳将发生活化，电流流过反应器中的碳，蒸汽通入反应器的底部并向上流入所述反应器，已活化的碳产品由反应器底部排出，使用的原料碳含高达约25%的挥发性有机物，要保持原料的予热温度以使碳电阻率达到最小值，在电路内包括安装到予热器上的电极，由此电流流过予热器内的部分碳，使用管式反应器，其内径不超过原料碳颗粒最大粒径平均值的75倍，其中粒径平均值LS＝∑L2/∑L，L是任何给定颗粒的最大值。本专利技术还涉及原料碳在蒸汽存在下用电阻加热活化碳的设备，-->该设备包括一个加料斗，原料碳由加料斗通过加料斜槽进入予热器，予热器包含一个气体燃烧室，由反应器排出的气体在该室燃烧，所述的予热器是由不锈钢制成的，耐火材料的立管式反应器，其顶点与予热器的底部连接，其底部与金属的蒸汽夹套园管形管连接，用于将来自蒸汽夹套管的蒸汽输送到所述反应器内部的装置，所述的蒸汽向上通入管式反应器，予热器外部的电极和蒸汽夹套管外部的电极，所述的电极与电源相连，流过电极间的电流穿过下移的碳粒，位于予热器和气体燃烧室上方的烟道用于排放废气，温度测量装置位于管式反应器的内部，和工艺过程结束时用于排出活性碳的装置，本专利技术的特征在于将原料碳由一侧加入予热器以保持予热器内原料水平恒定的装置，电流限定装置对温度信号装置敏感，管式反应器的顶端伸入到予热器内，用于排出活性碳的刀闸阀装置和排料限定装置。在本专利技术提供的方法中，每1.4-1.8kg的原料碳使用2kg或2kg以下的蒸汽。这个数字对于1kg的成品来说使用了约2kg的蒸汽。作为净化介质使用以除去液体，空气或其它气体中的污染物而基本上是废弃的活性碳，通常含有其干重约25%以下的挥发性有机物，将这种废碳转化成活性碳一般称为再活化作用。因此，原料碳可以是废碳。此外，按照本专利技术，能减少活化工艺释放的污染性气体并且基本上可以消除任何这样的污染性气体向大气排放。附图表明在活化气体存在下用电阻法活化碳的设备。本专利技术改进了工艺和设备，在蒸汽存在下用电阻加热来活化碳。原料碳（包括颗粒状的）可由木材，椰子或其它坚果壳，沥青煤，-->或者其它合适的碳源材料碳化获得。它可含有从零高至约25%或更高的挥发性有机物。假如碳原料村料，如无烟煤，最初的挥发性有机物的含量低于约25%，那么就可以省去予先的碳化步骤。单个颗粒的最大尺寸（尽管没有严格的限制）可处于约1-7mm范围内。我们发现当颗粒小于约1mm时，易于限制蒸汽流过该物料床，当颗粒大于7mm时，其活化程度通常比上述最佳尺寸范围的颗粒活化的差。原料碳从一侧加入予热器以保持予热器内的原料水平恒定。这一控制有效的保持了通过该系统的蒸汽压力降恒定，而且由此控制了蒸汽的流速和活化的速度，还能防止过量的蒸汽在原料上聚集，这种情况在气体通过加料斗时会出现。予热器作为一个电极使电流流过碳。原料碳的予热温度最好为约600℃-约700℃，该温度对于降低其电阻率是最佳的。换句话说，温度可低至550℃或高至750℃，仍可维持一个可接受的低的电阻率。予热的部分能量来自活化过程排出的热气，另一部分来自碳刚好进入活化区前流经部分碳的电异。在本专利技术的另一实施例中，另外的热源可由活化工艺排出的热气燃烧来供给。该燃烧是自燃的而且可通过控制进入气体燃烧室的空气来调节以达到最佳温度，如果需要的话，可除去原料碳的水分。这种予热特点的一个重要好处（不管是否具有配备气体燃烧室的改进方案）是从予热过的碳的下层部分释放出来的挥发性物质，没有从该系统中排出，而是上升并且与下移的碳相遇时，冷凝在较冷的一部分碳上。本专利技术的方法有能力活化最高含约25%的挥发性有机物原料碳，并且能使许多这类物质转化成产品，我们的专利技术在这方面是有贡献的。-->碳靠着重力向下通过反应器，反应器的温度保持在活化过程所必须的温度上，该温度最好是在约800-900℃的范围内。温度的维持是靠电源功率输入的精确控制实现的，该电源功率输入可通过半导体整流器装置（如硅可控整流器）依次调节，所述整流器对置于反应器中合适位置的温度计发出的信号是敏感的。反应器下边设置了蒸汽分布器，蒸汽加热器和电极。这一特点为蒸汽通过碳提供了均匀的分布，同时作为热交换器允许来自热蒸汽加热器和活化过的碳的热量传递到输入的蒸汽中。在这种情况下，蒸汽加热器应保持低于将发生物料损害的温度以下，而将蒸汽予热至必须的反应温度。每公斤干原料所用蒸汽量约为2-3kg，每公斤产品则为约1.4-1.8kg。同时，碳被冷到低于其引燃温度（例如，对于沥青烟基活性碳约为460℃），以致于排出暴露于大气时不存在燃烧的危险。活化过的部分冷却的碳，通过装有排料限制设备的刀闸阀间歇地放出。这种布置使碳靠重力排出不会使大量的蒸汽逸出。本专利技术由于节省了能量并减少了设备的磨损，因此增加了整个效益。例如，旋转阀会使较多的蒸汽泄漏并具有快速磨损的缺点。基于原料碳的活性碳产品的产率取决于其水分，有机挥发物的含量和其它性质，以及所需的活性程度。按干原料质量百分比计，典型的产率为65本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由原料碳在蒸汽存在下用电阻加热活化碳的方法，其中（ａ）活化前将原料碳予热；（ｂ）来自予热器的可燃性气体由引火灯点燃；（ｃ）碳靠重力向下流入碳发生活化的反应器内；（ｄ）电流流过反应器内的碳；（ｅ）蒸汽通入反应器的底部并向上流过所述反应器；和（ｆ）活化过的碳产品由反应器底部排出；其特征在于（ａ）使用的原料碳含有高达约２５％的挥发性有机物；（ｂ）保持原料的予热温度以使碳的电阻率达到最低值；（ｃ）电路中包括的电极安装于予热器上，从而电流流经予热器中的部分碳；和（ｄ）使用管式反应器，其内径不大于原料碳颗粒最大直径平均值的７５倍，其中平均值，Ｌ↓［ｓ］＝ΣＬ／ΣＬ↑［－］，Ｌ是任何给定颗粒的最大直径。

【技术特征摘要】
US 1991-1-4 637,5491、一种由原料碳在蒸汽存在下用电阻加热活化碳的方法，其中(a)活化前将原料碳予热；(b)来自予热器的可燃性气体由引火灯点燃；(c)碳靠重力向下流入碳发生活化的反应器内；(d)电流流过反应器内的碳；(e)蒸汽通入反应器的底部并向上流过所述反应器；和(f)活化过的碳产品由反应器底部排出；其特征在于(a)使用的原料碳含有高达约25%的挥发性有机物；(b)保持原料的予热温度以使碳的电阻率达到最低值；(c)电路中包括的电极安装于予热器上，从而电流流经予热器中的部分碳；和(d)使用管式反应器，其内径不大于原料碳颗粒最大直径平均值的75倍，其中平均值，Ls=∑L/∑L-，L是任何给定颗粒的最大直径。2、按照权利要求1的一种方法，其中反应器最突出的部分伸入予热器中。3、按照权利要求1或2的一种方法，其中电路包括的电极允许电流流过反应器底部的碳。4、按照权利要求1或2的一种方法，其中反应器的温度约为800℃-约900℃。5、按照权利要求或2的一种方法，其中碳粒的最大直径约为1mm-约7mm。6、按照权利要求1或2的一种方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：EMJ盖拉德，C杜普莱西，
申请(专利权)人：碳活化美国有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]