一种基于多段耙式炉的煤基活性炭活化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤基活性炭制备领域，尤其涉及一种基于多段耙式炉的煤基活性炭活 化方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 另外，粉状活性炭虽然具备较发达的微孔和中孔，但是由于其粉状形态，限制了应 用领域。在活性炭生产中，以煤为原料制备煤基活性炭的方法已被广泛应用，然而大多数煤 粉成型技术仍需要添加煤沥青等粘结剂，不仅增加成本，而且在活性炭生产中，煤沥青等的 残留物还会堵塞活性炭的孔隙；或者煤粉原料中加入粘结性煤，而由于大量粘结性煤的加 入，在炭化过程中容易发泡，不利于提高活性炭的品质。
[0004] 此外，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。
[0005] 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1〇μπι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。
[0006]如此，传统方法制备的煤质颗粒活性炭不能完全满足要求。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于多段耙式炉的煤基活性炭活化方法，以提高煤质 颗粒活性炭的品质。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种基于多段耙式炉的煤基活性炭活化方法，利用多段耙式炉对炭化料进行活化 处理，以制备煤基活性炭;所述炭化料为煤炭成型粒料经过氧化处理和炭化处理所得;所述 多段耙式炉设有15~20层，其中自上至下第1至4层为升温段、倒数第1至2层为降温段，其余 为活化段;所述活化段和降温段的各层均设有空气进口和水蒸汽进口；活化时，通过调节空 气和水蒸气的进气量来调节所述活化段和降温段各层的温度，以使所述活化段各层的温度 为880°C~920°C，并且物料在落入所述降温段后温度逐步降低;所述水蒸气的用量为所述 炭化料进料质量的3~4倍;物料在所述活化段内的停留时间为3~8小时。
[0010]所述多段耙式炉为本领域技术人员所熟知，例如炭化料从多段耙式活化炉顶中央 进料，落入活化炉第一层，在第一层的耙齿搅动下由内向外移动，然后由第一层外侧的料孔 落入活化炉第二层，然后在第二层的耙齿搅动下由外向内翻动，并由第二层中央的料孔落 入下一层;依次类推，直到落入活化炉底层炉床，最后经底部的出料口卸出。
[0011] 在本发明中，所述活化段和降温段的各层均设有空气进口和水蒸汽进口，以便引 入空气和水蒸气。其中，利用空气作为活化剂时，空气中的氧气与炭发生氧化反应，生成一 氧化碳或二氧化碳，两者皆为放热反应，会导致活化段温度升高;而利用水蒸气作为活化剂 时，水与炭发生还原反应氢气和一氧化碳，会吸收热量，会导致活化段温度降低。因此，本发 明同时利用空气和水蒸气作为活化剂，从而可以分别利用两者各自的放热反应和吸热反 应，在活化时通过调节空气和水蒸气的进气量来调节所述活化段和降温段各层的温度，以 使所述活化段各层的温度为880°c~920°c，g卩，当活化段某一层的温度低于880°C时可以相 应地增加空气进量或减少水蒸气进量;而当某一层的温度高于920°C时可以相应地减少空 气进量或增加水蒸气进量，从而使活化段温度成功稳定在880°C~920°C。根据本发明的煤 基活性炭活化方法，优选地，所述活化段各层的烟气中水蒸气的含量为40~50vol%;优选 地，C0含量不小于2vol%，进一步优选为2vol%~5vol%，以提高活化效果。
[0012] 根据本发明的煤基活性炭活化方法，优选地，所述煤炭成型粒料为原料煤经过压 块成型得到，或者原料煤经过压块成型后再破碎造粒得到，本领域技术人员理解，即使经过 破碎造粒，破碎后的粒料仍具有高强度。对物料进行破碎造粒可以采用本领域技术人员所 熟知的那些方式，例如采用破碎机进行破碎造粒，优选地，通过造粒是物料粒径在1mm~ 10mm，更优选6 · 7mm~8mm之间。
[0013] 根据本发明的煤基活性炭活化方法，优选地，所述原料煤为无粘结性煤，其压块成 型过程包括：
[0014] 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20μπι，其中， 粒径不大于80μηι的煤粉含量不小于90wt% ;粒径为40μηι~80μηι的煤粉含量不小于10wt% ;
[0015] 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；
[0016] c、使所述给料仓内物料的温度为50 °C~100 °C、水分含量为2wt %~8wt %的调节 步骤;和
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。本发明的成型方法 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。在本发明中，优选地，所述无粘结性煤的 粘结指数为< 2,例如为0、1或2。
[0020] 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80μπι的煤粉含量不小于 95wt% ;粒径不大于40μπι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 20μηι~40μηι，例如30μηι;更优选地，所述煤粉的粒径不大于200μηι，例如不大于150μηι，或者不 大于100μπι。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，本发明的原料煤在使用前 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 %。
[0021] 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，其中〇这一端点值不可包含在内），例如〇.6kPa、lkPa或2kPa进一步优选地调节所 述给料仓的负压为2.5kPa~3kPa。
[0022] 在上述成型过程中，步骤c为对所述煤粉的温度和水分进行调整，以使所述给料仓 内物料的温度为50 °C~100°C、水分含量为2wt %~8wt % ;优选地，使所述给料仓内物料的 温度为70°C~85°C、水分含量为2wt%~6wt%。其中，合理的水分含量可在后续的压制成型 过程中起到物