一种利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，将煤、生物质的混合料压块(质量比为1∶1～5∶1)和金属氧化物源按质量比为2∶1～6∶1的比例在850～1100℃下焙烧1～4h，随后再经分离、筛分制得活性炭，并副产金属化物料。本发明专利技术中，在所述的制备条件下，煤与生物质的混合料一步进行炭化和活化，有助于大大缩减制备工艺过程，副产的金属化物料可循环使用，进而明显减少原料成本和节省能耗，最终显著缩减活性炭制备成本。

Method for preparing activated carbon by using mixture of coal and biomass

The invention discloses a method for using coal and biomass activated carbon mixtures, the mixture of coal and biomass briquette (mass ratio of 1: 1 to 5: 1) and a metal oxide source according to the mass ratio of 2: 1 to 6: 1 in the proportion of 850 to 1100 deg.c roasting 1 ~ 4h, followed by isolation, screening of prepared activated carbon, and the by-product of metal material. In the invention, the preparation conditions of the system, a step of carbonization and activation of mixed coal and biomass material, helps to greatly reduce the preparation process of metal materials, by-products can be recycled, thereby significantly reduce the cost of raw materials and energy saving, eventually significantly reduce the cost of preparation of activated carbon.

【技术实现步骤摘要】
一种利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法
本专利技术属于活性炭制备
及生物质资源高效利用领域，具体涉及一种利用煤与生物质的混合料和金属氧化物共焙烧制备活性炭的方法。
技术介绍
活性炭一般是以优质煤或果壳为原料，经过加工成型、炭化、活化等工艺过程制成的一种多孔性炭素物质。它具有一定的机械强度，很大的比表面积和极强的吸附性能。能脱色、脱臭、脱硫、脱苯，还能选择性地脱除液相或气相中某些化学杂质和机械杂质。也能吸附某些催化剂，使化学反应速度大大加快，是良好的催化剂载体。因此活性炭在国防、化工、石油、纺织、食品、医药、原子能工业、城市建设、环境保护以及人类生活的各个方面都有着广泛的用途。因此，世界活性炭产业发展迅速，我国平均年增长率15％，出口量已超过美国和日本，居世界首位。目前世界活性炭产量为70万吨，我国已达26万吨。但是，活性炭法制备还存在以下缺点：(1)生产工艺流程长，需经过成型、炭化、活化等多个步骤，导致活性炭价格较高；(2)活性炭机械强度低，在吸附、再生、往返使用中损耗大；(3)活性炭挥发分较低，不利于脱硝。以煤为原料制备活性炭时一般选用优质无烟煤，而果壳类属于生物质原料的一种。前者资源紧张、价格贵，后者原料来源紧张，收集困难。多种原因导致活性炭价格昂贵。而且由于炭化、活化温度低，活性炭机械强度低。特别是为了降低活性炭制备原料成本，使用劣质煤时，面临其固定炭低、灰份高及需加入添加剂促进炭化和活化等问题。活性炭制备所用原料来源成为制约该行业快速发展的瓶颈之一。秸秆是众多生物质中的一种。我国每年可生产秸秆7亿多吨，约占全世界秸秆总量的20％～30％，废弃或露天焚烧的部分秸秆约占总量的33％。露天焚烧是目前解决秸秆去向的主要途径，既浪费了宝贵的资源又污染了大气环境，还带来严重的社会问题，引起附近居民呼吸道疾病、高速公路被迫关闭、飞机停飞等问题。因此，秸秆的高效资源化利用也迫在眉睫。以煤和秸秆的混合料为原料制备活性炭是秸秆高效资源化利用的重要发展方向之一，可显著提高秸秆的附加值，改善活性炭质量，推动环保产业健康快速发展。
技术实现思路
为解决现有活性炭制备流程长、工艺复杂、成本高、产品机械强度差及原料来源受限等问题，本专利技术提供了一种可利用劣质煤和秸秆类生物质制备活性炭的方法，旨在简化制备工艺、降低制备成本，提升制得的活性炭的吸附性能及机械强度，扩大原料来源，且同时副产的金属化物料可循环使用，减少原料消耗，提高该工艺的竞争力。以煤为原料制备活性炭时一般选用优质无烟煤，而以生物质为原料制备活性炭时通常选择果壳类。前者资源紧张、价格贵；后者原料分散、收集困难。多种原因导致以这两类原料制备的活性炭价格昂贵。而且由于炭化、活化温度低，活性炭机械强度低，导致后续产品使用中活性炭消耗大。特别是为了降低活性炭制备的原料成本，使用劣质煤时，面临其固定炭低、灰份高及需加入添加剂促进炭化和活化等问题。而秸秆类生物质具有含挥发份高、灰份低(仅5％左右)及含氧化钾高的特点，特别是钾对活性炭制备过程中的炭化和活性具有催化作用，可节省或不使用添加剂。本专利技术中，结合以丰富的劣质煤和秸秆类生物质的混合料为原料制备活性炭的特点，将秸秆类生物质加入劣质烟煤中制备高性能的活性炭，既可解决活性炭制备时的原料限制，降低原料成本，又能明显提高活性炭产品性能。本专利技术技术方案如下：一种利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，将煤、生物质的混合料压块和金属氧化物源按质量比为2∶1～6∶1的比例在850～1100℃下焙烧，随后再经分离、筛分制得活性炭。本专利技术人发现，在所述的焙烧温度、所述的混合料压块(指煤、生物质的混合料压制成的块体，也称为炭质压块)/金属氧化物源质量比的协同下，有助于制备得到具有良好吸附性能和机械性能的活性炭；且所述的活性炭的产率高。本专利技术中，在所述的制备条件下，煤与生物质的混合料同步进行炭化和活化，有助于大大缩减制备工艺过程，同时副产的金属化物料可循环使用，例如返回预热工序，其中金属再氧化为金属氧化物，循环用于催化和促进煤和生物质的炭化和活化，进而明显缩减制备成本。本专利技术人发现，对炭质混合料中煤和生物质的质量比、炭质混合料压块与金属氧化物源的质量比及焙烧温度进行调控，均有助于进一步调控活性炭中的微孔数量及孔径大小；进而进一步提升活性炭的产率、改善制得的活性炭的吸附性能和机械强度。本专利技术人发现，在所述的混合料压块和金属氧化物源的质量比范围内，配合所述的焙烧温度，制得的活性炭产率、吸附性能最佳。通过研究还发现，所述的质量比过低，例如低于所述的优选范围的下限，活性炭产率低、吸附性能和机械强度下降，活性炭及副产物金属化物料质量均下降。然而，质量比过高，例如高于所述优选范围的上限，活性效果变差、吸附性能也下降，活性炭质量也会随之下降。本专利技术中，焙烧过程优选在回转窑内进行，可使所述的混合料压块与金属氧化物源充分接触，促进炭化和活化。本专利技术人发现，在该优选的温度范围内，炭化和活化反应速度更快，炭化和活化程度更高，活性炭产率和产率、吸附性能更佳，活性炭强度更高。若温度偏低，炭化和活化反应速度慢，炭化和活化程度低，活性炭产率和产率、吸附性能差，机械强度下降。若温度过高，微孔兼并，吸附性能反而变差。本专利技术中，将所述的混合料压制成团块使用，制备过程为：将煤和生物质分别破碎后混合得混合料、随后再和粘结剂混合、挤压成型而得。煤特别是烟煤灰份高、固定炭低；而生物质(例如秸秆类)固定炭高、灰份低，且含具有催化作用的氧化钾；本专利技术中，可通过煤和生物质物料特性进行优化配料，从而使本专利技术适用于各类煤及生物质的回收利用。例如，可针对灰份高、固定炭低的烟煤，或挥发份低、固定碳高的无烟煤，配入较高比例的秸秆类生物质；对灰份低、固定炭高的烟煤，配入的秸秆类生物质比例就降低。本专利技术中，作为优选，所述的混合料压块中，煤和生物质的质量比为1∶1～5∶1。本专利技术中，所述的生物质优选为秸秆类生物质。本专利技术中，所述的秸秆类生物质优选为棉花秸秆和/或甘蔗秸秆。作为优选，本专利技术中，将煤和生物质分别破碎至-0.1mm后混合，随后与粘结剂混合后压制成Φ8～12mm的团块，即为所述的混合料压块。作为优选，所述的粘结剂为沥青。作为优选，所述的沥青占所述的混合料的质量百分数为3％。本专利技术中，一种优选的混合料压块的制备过程，将煤和生物质粉碎到-0.1mm并按1∶1～5∶1的质量比混合得混合料，随后再投加2～4％沥青(以混合料的质量为基准)，混匀后压制成Φ8～12mm的混合料压块；所述的生物质为棉花秸秆或甘蔗秸秆。作为优选，所述的金属氧化物源为可与CO和/或C进行还原反应生成CO2的金属氧化物和/或包含金属氧化物的矿石。反应生成的CO2又可通过与炭反应生成CO而加速炭的活化和金属氧化物的还原。作为优选，所述的金属氧化物源为铁、铬、锰、钴、镍、钒、钛中至少一种金属的氧化物，和/或包含所述氧化物中至少一种的矿石。本专利技术中，所述的金属氧化物源为铁的氧化物、铬的氧化物、锰的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、钒的氧化物、钛的氧化物中的至少一种；和/或包含铁的氧化物、铬的氧化物、锰的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、钒的氧化物、钛的氧化物中的至少一种的矿石。作为优选，所述的金属氧化物源为含Fe2O3、Fe3O4、氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，其特征在于，将煤、生物质的混合料压块和金属氧化物源按质量比为2∶1～6∶1的比例在850～1100℃下焙烧，随后再经分离、筛分制得活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，其特征在于，将煤、生物质的混合料压块和金属氧化物源按质量比为2∶1～6∶1的比例在850～1100℃下焙烧，随后再经分离、筛分制得活性炭。2.如权利要求1所述的利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，其特征在于，所述的混合料压块中，煤和生物质的质量比为1∶1～5∶1。3.如权利要求1～2任一项所述的利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，其特征在于，所述的金属氧化物源为铁、铬、锰、钴、镍、钒、钛中至少一种金属的氧化物，和/或包含所述氧化物中至少一种的矿石。4.如权利要求3所述的利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，其特征在于，所述的金属氧化物源为含Fe2O3、Fe3O4、氧化锰、氧化钒、氧化钛、氧化镍、氧化钴、氧化铬中的至少一种的矿石。5.如权利要求4所述的利用煤与生物质的混合料制备活性炭的方法，其特征在于，所述的金属氧化物源为铁的氧化物和/或包含铁的氧化物的矿石。6.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘建，朱德庆，李启厚，杨聪聪，李紫云，梁钟仁，张峰，王颖钰，姚维杰，石玥，严欣程，王硕，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43