利用兰炭小料和煤焦油制备活性炭的方法及获得的活性炭技术

本发明专利技术涉及一种利用兰炭小料和煤焦油制备活性炭的方法及获得的活性炭。本发明专利技术的方法包括下列步骤：(1)预处理：将兰炭小料破碎，直至颗粒的D95≤0.15mm；(2)成型：将步骤(1)获得的颗粒与中低温煤焦油和水混合均匀，并将混合物挤出成型为活性炭前驱体，其中所述颗粒与所述中低温煤焦油的重量比在1.5‑3.0∶1范围内；(3)炭化：将所述活性炭前驱体在150‑200℃温度下进行空气预氧化，然后在780‑920℃下进行炭化，冷却后得到活性炭。本发明专利技术的方法特点是：简化生产工艺，提高生产效率，降低生产成本。而且，制得的活性炭具有非常好的机械强度和吸附性能。

Method of preparing activated carbon from coal and coal tar for small material and activated carbon obtained

The invention relates to a method for preparing activated carbon from coal and coal tar for small material and activated carbon obtained. The method of the invention comprises the following steps: (1) pretreatment: Lantan small material crushing, until the particles of D95 is less than or equal to 0.15mm; (2) forming the step (1) mixed low temperature coal tar and water to obtain the particles and uniform, and the mixture is extruded for activated carbon in the precursor. The particles with the medium and low temperature coal tar and the weight ratio of 3: 1 in the 1.5 range; (3): the carbonization of the activated carbon precursor of air pre oxidation in 150 at a temperature of 200 DEG C, and then carbonized in 780 under 920 DEG C, cooling after activated carbon. The method is characterized by simplifying the production process, improving the production efficiency and reducing the production cost. Moreover, the prepared activated carbon has very good mechanical strength and adsorption properties.

【技术实现步骤摘要】
利用兰炭小料和煤焦油制备活性炭的方法及获得的活性炭
本专利技术涉及活性炭制备技术，具体涉及一种利用兰炭小料和煤焦油制备活性炭的方法，以及通过该方法获得的活性炭。
技术介绍
兰炭(bluecoke)，是无黏结性或弱黏结性的高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解得到的较低挥发分的固体炭质产品。兰炭广泛应用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产中，外观为浅黑色块状半焦。根据颗粒尺寸，兰炭可以大致分为大块兰炭、中块兰炭、小块兰炭(或兰炭小料)、兰炭末(焦粉或焦面)。在兰炭的生产中，会伴随着副产品煤焦油的产生。借助陕北地区的煤炭资源优势以及当地众多的焦化厂，兰炭小料和煤焦油具有产量大、容易购买、质量好、价格低廉等优点。活性炭是一种具有复杂孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料。活性炭具有比表面积高、吸附能力强、化学稳定性好、力学强度高，且可方便再生等特点，因而被广泛应用于工业、农业、国防、交通、医药卫生、环境保护等领域，尤其应用于水处理和食品饮料应用领域。随着社会发展和人民生活水平提高，活性炭需求量呈逐年上升的趋势，尤其是近年来随着环境保护要求的日益提高，使得国内外活性炭的需求量越来越大，逐年增长。通常，活性炭是以优质煤、半焦或果壳为原料，经过加工成型、炭化、活化、漂洗、烘干等一系列步骤来制成。中国专利公开CN105271223A公开了一种净水用颗粒活性炭的制备方法，其包括磨粉、混合、造粒、干燥、炭化、破碎、活化步骤。该专利的方法包括多个不同的设备单元，加工过程较复杂。未公开活性炭的具体性能参数。中国专利公开CN104383876A公开了一种污水处理用颗粒活性炭的制备方法，其中采用焦粉、焦煤和沥青以一定比例混合，以过磨粉、混合、造粒、干燥、在STK炉中进行炭活化。该专利的方法要求采用特定比例的原料混合物，并且要求进行至少8个小时的炭活化步骤。未公开活性炭的具体性能参数。中国专利公开CN106587056A公开了一种利用半焦制备活性炭的方法，其中采用预热的金属氧化物球团与半焦进行混合。在该方法中，需要金属氧化物，来促进和强化炭化反应和活化反应。所产生的活性炭的碘吸附量仅为520-630mg/g。中国专利公开CN103395783A公开了活性炭的制备方法及其设备。在该方法中，将焦炭或兰炭磨细、筛分、干燥，然后加入KOH溶液中者沸1-2小时。将KOH粉末与经KOH溶液处理的焦炭混合，在氮气中微波加热活化，然后用酸液中和。在该方法中，采用氮气作为还原性气体，选用KOH作为活化剂，因而需要采用耐高温耐酸碱腐蚀的气密性反应装置。而且，该方法中采用微波来加热活化，需要采用较复杂的反应装置。可见，在传统的活性炭制备工艺中，当采用半焦为原料时，需要对半焦进行酸浸或者碱浸预处理，来提高原料活性，再加入粘结剂成型，然后进行炭化、活化、漂洗、烘干等。这种传统的活性炭制备工艺存在以下缺点：(1)活性炭生产过程中需要使用多种化学试剂(包括酸、碱和活化剂、漂洗剂等)；(2)生产工艺流程长，需经过酸浸或者碱浸预处理、活化、漂洗、烘干等多个步骤，工序繁琐，生产效率低，周期长；(3)对装置的要求较高(例如，用于气体保护的密封性要求，耐酸腐蚀，耐碱腐蚀)，使其生产成本大大提高。因此，需要一种简化的制备活性炭的方法，其生产效率高、工艺简单、周期较短且成本低，并且生产的活性炭具有良好的机械强度和吸附性能。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供了一种利用兰炭小料和煤焦油制备活性炭的方法，其包括下列步骤：(1)预处理：将兰炭小料破碎，直至颗粒的D95≤0.15mm；(2)成型：将步骤(1)获得的颗粒与中低温煤焦油和水混合均匀，并挤出成型为活性炭前驱体；(3)炭化：将所述活性炭前驱体在150-200℃温度下采用空气预氧化90分钟，然后在780-920℃下进行炭化，冷却后得到活性炭。根据本专利技术的方法可以不包含采用活化剂的活化步骤。根据本专利技术的方法可生产具有优异的机械强度的活性炭。具体地，本专利技术的方法生产的活性炭具有至少90％、优选至少95％、更优选至少97％的颗粒强度。根据本专利技术的方法还可生产具有优异的吸附性能的活性炭。具体地，本专利技术的方法生产的活性炭具有至少700mg/g、优选至少800mg/g、更优选优选至少900mg/g的碘吸附值的活性炭。本专利技术的方法可实现如下的优点：生产效率高、工艺简单、周期较短且成本低。本专利技术的第二方面提供了一种可由本专利技术的方法获得的活性炭，其中所述活性炭具有至少90％、优选地92％、更优选至少95％、甚至更优选至少97％的颗粒强度，和至少700mg/g、优选至少800mg/g、更优选优选至少900mg/g的碘吸附值。有利的是，所述活性炭可以以高的生产效率和低的成本来获得。附图说明图1中示出了本专利技术的方法的示意图。具体实施方式在本文中，术语“兰炭”是指根据中华人民共和图国家标准GB/T25212-2010《兰炭产品品种及等级划分》的产品，即无黏结性或弱黏结性的高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解得到的较低挥发分的固体炭质产品。在本文中，术语“兰炭小料”又被称为“小块兰炭”，指颗粒尺寸介于6mm至13mm的兰炭产品。在本领域中，煤焦油是煤炭在干馏、气化或热解过程中的液体产品，其含有脂肪烃、烯烃、酚属烃、环烷烃和芳香烃等价值很高的有机物。煤焦油按干馏温度可分为低温煤焦油、中温煤焦油和高温煤焦油。在本专利技术的方法中，术语“中低温煤焦油”是指在450-900℃以下的干馏温度下获得的焦油。根据本专利技术的方法包含如下的预处理步骤(1)：将兰炭小料破碎，直至颗粒的D95≤0.15mm。在本专利技术的方法中，采用兰炭小料及煤焦油作为原料具有非常大的优势，例如产量大，容易购买，质量好，并且价格低廉。在本专利技术的一些示例性实施方式中，采用陕北地区焦化厂生产的兰炭小料作为制备活性炭的原料，其粒径为6mm-13mm，干基灰分：7-9％，干基挥发分：5-8％。采用陕北地区焦化厂生产的中低温煤焦油，其密度大于1030kg/m3，水分小于5％。专利技术人惊奇地发现，与普通的焦炭或焦粉相比，采用兰炭小料作为原料，能获得具有非常好的吸附性能的活性炭。在步骤(1)中，可以采用本领域中公知的方法和装置来进行预处理，使得兰炭小料的颗粒尺寸降低。在一些实施方式中，可以采用粉碎机、研磨器来控制物料至所期望的尺寸。例如，采用粉碎机进行预处理。颗粒的D95具有本领域中公知的含义，其表示在颗粒的粒度分布中从小到大累积分布的百分数达到95重量％时对应的粒径值。D95＝0.15mm表示95重量％的颗粒能够通过100目的筛孔。D95≤0.15mm则表示不少于95重量％的颗粒能够通过100目的筛孔。可以采用本领域中公知的方法，例如动态激光散射法、光学显微镜法、比表面积法、沉降法等，来测量颗粒的粒度分布并确定D95值。根据本专利技术的方法包含如下的成型步骤(2)：将步骤(1)获得的颗粒与中低温煤焦油和水混合均匀，并挤出成型为活性炭前驱体。在本专利技术中，使用中低温煤焦油和水的组合作为混合加工助剂。这样的混合加工助剂既具有适合的粘度，还可提供与兰炭小料较强的亲和性。因此，使用该混合加工助剂可以保证能与固体颗粒状的兰炭小料充分混合均匀，并使得混合物有利于后续挤出成型加工。在利用这样的混合物挤出成型的活性炭前驱体中，兰炭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用兰炭小料和煤焦油制备活性炭的方法，其包括下列步骤：(1)预处理：将兰炭小料破碎，直至颗粒的D95≤0.15mm；(2)成型：将步骤(1)获得的颗粒与中低温煤焦油和水混合均匀，并将混合物挤出成型为活性炭前驱体，其中所述颗粒与所述中低温煤焦油的重量比在1.5‑3.0∶1范围内；(3)炭化：将所述活性炭前驱体在150‑200℃温度下进行空气预氧化，然后在780‑920℃下进行炭化，冷却后得到活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种利用兰炭小料和煤焦油制备活性炭的方法，其包括下列步骤：(1)预处理：将兰炭小料破碎，直至颗粒的D95≤0.15mm；(2)成型：将步骤(1)获得的颗粒与中低温煤焦油和水混合均匀，并将混合物挤出成型为活性炭前驱体，其中所述颗粒与所述中低温煤焦油的重量比在1.5-3.0∶1范围内；(3)炭化：将所述活性炭前驱体在150-200℃温度下进行空气预氧化，然后在780-920℃下进行炭化，冷却后得到活性炭。2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(2)中，所述颗粒与所述中低温煤焦油的重量比在2.0-2.5∶1范围内。3.根据权利要求1-2所述的方法，所述颗粒：中低温煤焦油：水的重量比在(57～67)∶(23～33)∶10范围内。4.根据权利要求1-3所述的方法，其中在步骤(2)中，混合进行至少20分钟。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宁，刘东，
申请(专利权)人：陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：陕西,61