专利名称：连续制备活性炭纤维或其织物的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及炭纤维或其织物的炭化活化装置。
活性炭纤维(ACF)直径细、外表面积和比表面积都很大、孔径分布窄，故吸附和脱附效率高。其吸附速率是粒状活性炭的10-100倍，吸附容量是后者的5-10倍。它还可制成纤维、布、毡等不同形态供用户选择并具有高强度、不易粉化、寿命长等优点。制备活性炭纤维或其织物的原料是有机纤维或其织物，其制备过程是将其在高温、隋性保护气氛下进行炭化和活化使非碳原子脱离，从而提高其碳含量，与此同时，残留的碳原子还必须维持原有形态的骨架以保持制品原有的强度。在制造活性碳制品时，还应在含有CO2、H2O或微量氧的活化介质中使之形成一定的孔隙和含氧管能团并增大其比表面积。
目前，制备活性炭纤维或其织物的设备分为间歇式或连续式。间歇式装置产量低、能耗大、制品均匀性差，使用推广受到一定限制。连续工艺则不仅产量高、成本低，还可提高产品质量。有关连续装置的报导，如日本松下电器公司获准的美国专利(USP 41,814,148)提供一种立式活化炉，该活化炉使有机物料垂直从上往下，通过单一炉体进行炭化和活化，以惰性气体作保护气，活化介质采用水蒸汽从炉体中部及下部的三个喷口供给。在这种单一炭化活化炉中由于水蒸汽喷口的设计导致形成气流死角，物料可能活化不均匀。另外，物料低温热解形成的焦油有可能在制品上二次沉积，使制品发脆，影响产品质量。此外，该活化炉不具有对废气进行处理的功能。
本实用新型的目的在于提供一种可连续化操作的制备活性炭纤维或其织物的活化炭化装置。该装置可对废气进行处理，炉内由于水蒸汽分布管的均匀排列，使物料活化均匀质量高。
本实用新型的制备活性炭纤维或其织物的装置包括立式低温炭化炉和高温炭化活化炉两部分，两炉体通过中间段连接，高温炭化活化炉内垂直布置有活化水蒸汽分布管，两炉体上均设置保护气体入口及废气排出口，高温炭化活化炉的下部缩口段通过软式透明材料与密封箱连接，密封箱上设置保护气体入口。
本实用新型在炭化活化过程中采用与众不同的保护气氛，即含70-80％的氮、8-12％的二氧化碳、10-14％的H2、CO、CH4等组成的氮基气体，因此，装置上的各保护气入口均通过管线直接与氮基发生器的排气口连接，将该氮气发生器所生产的燃烧气通过所设置的气体入口输入炉内作为保护气源使用。
本实用新型为防止炉体排出废气对大气的污染，在废气排气管上安装一套由热交换器和催化燃烧器构成的废气处理器，对来自炉体的大量含氰化氢的气体进行催化处理，采用氧化铝纤维载钯、铂催化剂，使氰化氢的净化率达96％，排放尾气中氰化氮的含量可降至0.72PPm以下。
本实用新型的连续制备活性炭纤维或其织物的装置与已有技术相比具有如下优点1.与燃烧式氮气发生器连接，使保护气源来之容易，设备简单经济实用；2.炉体密封性能好，便于观察，操作和控制；3.物料在两段炉内均匀地炭化活化，使产品质量得到保证；4.由于对排放废气进行了处理，使排空气体不再污染环境。
下面通过附图
对本实用新型作进一步说明。
附图所示为本实用新型的结构示意图。
图中1是滚轴，2、5、11、14均为保护气入口，3是低温碳化炉，4是中间段，6是活化介质分布管，7是高温碳化活化炉，8是电阻丝，9是保温材料，10是炉体外壳，12是软式透明材料形成的连接段，13是密封箱，15活化介质入口，16是废气排出口，17是热交换器，18是催化燃烧器，19是排风机。
如图所示，该炭化活化装置包括立式低温炭化炉3和高温炭化活化炉7两部分，两炉体通过中间段4用法兰连接为一体。两炉体均由高温电阻丝8加热，外壳10内填充保温材料9(例如硅酸铝丝维毡)保温。炭化活化炉7内垂直布置有活化介质分布管6，可将活化介质(水蒸汽)均匀分布于整个炉体内，不存在死角。炉体7下部的缩口段用软式透明材料12与用于收料的密封箱13密封连接。由氮气发生器产生出的燃烧气通过保护气入口2、5、11和14通入炉体内作为炭化活化保护气源，活化介质水蒸汽从高温炭化活化炉底部的入口15经置于炉内不同部位的分布管6均匀喷出。在低温碳化炉3的下部及高温炭化活化炉7的上部设有废气排出口16。
由于炭化活化废气中含有较多的氰化氢，直接排放会使空气污染，因此本实用新型在废气排出口16处连接一个热交换口17，使经过热交换后的废气进入催化燃烧器18，在催化剂的作用下，使包括氰化氢在内的可燃物燃烧后，再经排风机19排入大气。所说的催化燃烧器中所使用的催化剂可以是市售的氧化铝纤维载贵金属钯、铂催化剂，在燃烧处理时加入适量空气作氧化介质，在控制适当的反应温度和空气流量时可使氰化氢的净化率达96％左右，排放尾气中氰化氢含量可降至0.72PPm以下。
整个设备是一个密封系统，炉体底部连接密封箱13，其上的保护气入口使保护气从底部输入可避免由于热气流而形成的烟囱效应。密封箱与收缩段之间联接的软式透明材料12则有助于在密封隔绝状态下观察炉体内部物料的动态及炉体加热状态，便于整个工艺的观察、控制与操作。为避免物料在送入时夹带空气进入炉体内部，在低温炭化炉上部也送入一定量的保护气体，其方向为由内向外吹出，这一措施同时也起到气封炉顶的作用。
本实用新型所适于炭化活化的原料可以是经过预处理的人造丝或聚乙烯醇，予氧化处理过的聚丙烯腈或经不溶化处理过的沥青系制品，其形态可以是纤维，亦可以是带、布、毡等织物。在实施过程中，有机物料置于原料滚轴上，通过炉体上部的送料滚轴1，根据炭化活化条件的要求，控制进料速度，使物料通过加热到一定温度的两段炉炉体(一般低温炭化炉温度在500-650℃，高温炭化活化炉温度780-850℃)在保护气氛和活化介质的作用下进行分段炭化和活化。活化介质水蒸汽通过炉内的分布管6将水蒸汽均匀分布于整个炉体。物料可通过重力下垂将产品收集于密封箱13内，亦可加装滚轴卷收。有机物的炭化活化需在惰性气体保护下进行以防止空气中的氧参与反应在高温下燃烧。传统的惰性保护气采用高纯氮。一般是直接外接钢瓶高纯氮或将普氮进一步净化脱氧后使用。在工业规模生产时，由于气体用量大，导致设备投资大，运转和维护费用高。本实用新型采用烃类(气体或液体燃料)燃烧而产生的含大量氮气和二氧化碳的燃烧气作为保护气源同样可以达到炭化活化的要求。燃烧气组成为氧70-82％，二氧化碳8-12％，氢、一氧化碳、甲烷10-14％。整个供气系统由空气压缩机、燃烧主机及贮气袋组成，结构简单，产量大，易于操作，残氧量低，其固定投资少，运转及维护费用低。本实用新型的外接气源装置可以采用中国科学院山西煤炭化学研究所生产的RSL-180型氮气发生器，该发生器用煤油作燃料的产气组成如上所述。
实施例13毫米厚的聚丙烯腈预氧毡以每小时3-5米的速度通过低温炭化炉和高温炭化活化炉，上段炉温保持在500-600℃，下段炉炉温保持在800℃，每小时用5-6升煤油经RSL-180型氮气发生器产生20-40m3的燃烧气供炉体作保护气，每小时5-8升水经汽化炉产生水蒸汽从下段炉内的分布管喷出作活化介质，预氧毡经炭化活化后得到比表面积为700-800m2/g的活性炭毡，收率为28-30％。
实施例2其它条件均同实施例1，仅物料用预氧化聚丙烯腈纤维经牵切纺纱织成的布，进水量比实施例1略有提高为每小时8-12升，经炭化活化后得到比表面积为600-800m2/g的活性炭布，收率30-33％，布质柔软、耐折叠。
实施例3其它条件均同实施例1，但聚丙烯腈预氧毡的厚度为5毫米，下段高温炭化活化炉的炉温提高到820℃，进毡速率为每小时1-3米，进水量为每小时8-12升，所得活性炭化毡的比表面积为800-1100m2/g，收率为20-28％。
权利要求1.连续制备活性炭纤维或其织物的装置，其特征是包括立式低温炭化炉(3)和高温炭化活化炉(7)两部分，两炉体通过中间段(4)连接，高温炭化活化炉内垂直布置有活化介质分布管(6)，两炉体上均设置保护气体入口(2)、(5)、(11)及废气排出口(16)，高温炭化活化炉的下部绾口段通过软式透明材料(12)与密封箱(13)连接，密封箱上设置保护气体入口(14)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是所述的燃烧气体入口均通过管线与燃烧式氮气发生器的排气口连接。
3.如权利要求1和2所述的装置，其特征是在所述的废气排气口(16)上安装一套由热交换器(17)和催化燃烧器(18)构成的废气处理器，对来自炉体的大量含氰化氢的气体进行催化处理。
专利摘要本实用新型提供一种制备活性炭纤维或其织物的装置，包括立式低温炭化炉和高温炭化活化炉两部分，两炉体通过中间段连接，高温炭化活化炉内垂直布置有活化介质分布管，两炉体上均设置保护气体入口及废气排出口，高温炭化活化炉的下部缩口段通过一个透明软式材料与密封箱连接，密封箱上设置保护气体入口。该装置可与燃烧式氮气发生器连接，使保护气源来之容易，设备简单。炉体密封性能好，便于观察、操作和控制。由于对排放废气进行了处理，使排空气体不再污染环境。
文档编号D01F9/14GK2218755SQ9424539
公开日1996年1月31日 申请日期1994年12月3日 优先权日1994年12月3日
发明者王茂章, 郑经堂, 刘平光, 马谦中, 贺福, 刘振羽 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所