专利名称：一种用煤制备活性炭的方法
技术领域：
本发明涉及一种用煤制备活性炭的工业方法，具体的说是通过干馏、脱灰、混捏、 炭化、活化等工序生广闻品质活性炭的方法。
背景技术：
活性炭是一种优良吸附剂，具有发达的内部孔隙结构和巨大的比表面积，已广泛应用于工业废水、废气和空气净化装置以及有机合成、食品和医药等工业，还应用于军工及高科技产业。煤质活性炭是以特定煤种或配煤为原料，经炭化及活化制成。主体成分为类石墨炭质层状结构，碳质成分为80 90%。煤质活性炭可分为煤质颗粒活性炭和煤质粉状活性炭。颗粒活性炭又分为成型炭(包括球形炭和柱状炭)和煤质无定形活性炭(包括破碎炭和粉炭)两类。与木质和果壳活性炭相比，煤质活性炭价廉、易再生、抗磨损、流体阻力小。近年来国内外市场对煤质活性炭的需求量呈逐年递增趋势，优质品的供应缺口很大，煤质活性炭工业的发展前景广阔。活性炭生产对原料煤的要求是煤的灰分要低，反应性要高，根据活性炭吸附性能及孔结构的要求选择挥发分低或者高的煤种。现行活性炭生产工艺中，由于电捕焦油器投资大、能源动力消耗高，循环废水处理困难等因素，多数活性炭厂家未对炭化炉尾气进行综合回收，而直接燃烧为炭化炉供热，浪费了大量的焦油等战略物资。
发明内容
本发明的目的是提供一种用煤制备活性炭的方法，本发明延伸了低变质煤综合利用的产业链，破除了半焦的利用瓶颈，生产出市场需求量日益增长的产品，能有效回收我国紧缺的战略资源，可创造巨大的经济效益和社会效益。本发明以煤为原料生产活性炭的方法包括下列步骤(I)原料煤经干燥、低温干馏、冷却后得到半焦；低温干馏产生的荒煤气经分离和纯化回收焦油得到煤气，为需热设备提供燃料；(2)对于灰分含量无法满足活性炭生产要求的半焦，进行脱灰；对于无法满足活性炭强度要求的半焦，根据其特性配入具有一定粘结性的煤；(3)配煤后的原料通过破碎、磨粉使原料充分混合；(4)粉料添加一定量的粘结剂后进行混捏，在成型设备中压成特定形状的成型料， 如需生产粉状活性炭，不进行混捏和成型；对于不需要添加粘结剂的物料，直接进行成型；(5)成型料经输送装置进入炭化炉，在无氧条件下分段炭化；(6)炭化料经输送装置送至冷却炉进行冷却；炭化炉产生的尾气经分离和纯化回收焦油得到煤气，为需热设备提供燃料；
(7)冷却后的炭化料送至活化炉，以水蒸气和富氧空气作为活化剂进行活化后制得高品质活性炭。步骤(I)中反应所需温度可采用内热式、外热式或内外热相结合的加热方式；炉内保持一定微正压或微负压；干燥设备可以是盘架式、间歇式、洞道式、回转式、气流式、喷雾式、滚筒式、沸腾床式和其它任何具备干燥、预热或预处理功能的反应器；干馏设备可以是回转炉干馏炉、立式炉干馏炉、流化床干馏炉、固体热载体干馏炉；冷却设备可以是直接接触式或间接冷却式；干燥温度80 300°C，低温干馏加热终温500 800°C，物料冷却至 40 120°C。干燥器以及干馏炉所需的热量可以通过固体燃料、液体燃料和气体燃料的燃烧提供，也可由高温水蒸气提供，也可由其它载热工业废气提供，也可通过其它热载体提供。步骤(2)中半焦的脱灰方式可以是物理法或化学法。步骤(3)中的破碎磨粉方式可选用摆式磨粉机、离心粉碎机、振动磨煤机、球磨机等，原料磨细至O. 074 1mm。步骤⑵中配入的煤种灰分为O. 3 5% ;半焦与煤的重量比为I 15 I ;步骤(4)所使用的粘结剂可以是煤焦油、淀粉、亚硫酸纸浆废液、膨润土、粘土、废糖蜜、石油酸渣、羧甲基纤维素(CMC)以及乳状浙青等；粉料与粘结剂的重量比为I 20 I;混捏可采用双臂捏合机、螺杆挤出机。步骤(5)中炭化设备炭化可采用回转炉、窑式炉或热载体炉；炭化温度为低温区 200 30(TC，物料升温速率在2 5°C /min,高温区550 60(TC，物料升温速率在3 80C /min,物料在高温区的停留时间10 20min ;冷却设备可以是直接接触式或间接冷却式。步骤(I)和步骤￠)中对于干馏、炭化产生的含焦油荒煤气，经初冷设备除去气体中所携带的粉尘并初步降温，进入一级冷却塔，喷洒热循环水进一步冷却，然后煤气进入二级冷却塔与通入塔内的冷循环水逆向运行完成最终冷却。冷却后气液分离，冷却下来的液体经管道流到循环水池，通过静置沉淀油水分离，焦油由泵打到焦油储罐，冷循环水经换热器冷却后使用，循环水池封闭运行，减少污染。煤气经管道进入深度除尘、捕焦油器，把煤气携带的焦油、粉尘吸附回收。经过处理的煤气通过煤气风机加压，可做燃料或化工原料使用。步骤⑴和步骤(6)中冷却介质可以是固体、液体或气体换热介质，可采用直接接触或间接换热的方式。对于低温干馏产生的热半焦或炭化料可用水直接或间接进行冷却 (熄焦)，也可用冷半焦直接或间接接触冷却，也可用冷煤气、冷惰性气体、水蒸气直接或间接接触进行冷却(熄焦)。步骤(7)活化设备可采用斯列普式活化炉、管式活化炉、闷烧炉、平板活化炉、盘式活化炉；活化剂可以是水蒸气和富氧空气按I 7 I的质量比配制；活化炉中物料与活化剂质量比为I : 3 9;活化温度为800 950°C，活化时间为I 3小时。本发明的技术创新点I)利用该工艺生产的活性炭具有价格低廉、产品得率高、性能优良等特点，这种活性炭中、大孔发达，不仅可用于水质净化，也适用于脱色、除味、吸附等领域，应用前景广阔。2)由于采用煤干馏完成后的半焦和粘结性、低灰份原煤进行混配，不仅满足活化工序的强度要求及最终产品的强度要求，还能大大减少粘结剂的加入量从而降低了生产成本。干馏完成后的半焦由于不含水，在生产活性炭中不需要消耗额外的热量和设备对原料进行干燥。3)本生产装置所需要的热源都由干馏工序和炭化工序所产的经净化后的高热值煤气提供。生产装置消耗煤气量的40 % 50 %，富裕的50 % 60 %的煤气用于其它化工产品的原料。4)分离回收了炭化尾气中的焦油，节省了国家战略物资，市场竞争力明显。5)本发明工艺过程反应物单一，主工艺简洁清晰，原料供应充足稳定，生产成本低廉，“三废”可全部达标排放，属资源综合利用项目，符合国家倡导的产业政策。
图I是本发明生产工艺流程图。
具体实施例方式本发明的一种用煤制备活性炭的方法的实施方案包括本发明利用煤生产活性炭的方法包括下列步骤(I)原料送至原料料仓，对于需要干燥物料，将原料计量后送至干燥器，经干燥脱水、预热后送入干馏炉；对于不需要干燥的物料计量后直接送入干馏炉，干燥尾气中夹带的粉尘通过一定的除尘措施进行分离、收集，尾气中的有害物质通过一定的方法予以处理。对于原料煤，优选的，使用低灰弱粘煤；原料的粒度可以为O. 2 80mm，优选的粒度为彡30mm, 更优选的粒度为< 25_ ;对于计量方法可选用定量输送给料机、失重秤、皮带秤等本领域人员熟知的方法，优选的，使用定量输送给料机；对于输送方法可选用本领域人员熟知的方法，优选的，使用皮带运输机。对于干燥器，可选用盘架式、间歇式、洞道式、回转式、气流式、 喷雾式、滚筒式、沸腾床式，优选的，使用回转干燥炉。对于除尘设备，可选用重力沉降室、袋式除尘器、湿式除尘器、电捕除尘器等本领域人员熟知的设备，优选的，使用旋风除尘器或袋式除尘器进行除尘；干燥温度为80 300°C，优选的温度为120°C ;低温干馏加热终温为 500 800°C，优选的干馏终温为600°C ;物料冷却至40 120°C，优选的冷却温度为60°C。(2)送入干馏炉的物料通过外部夹套循环载热气体加热分解，并持续反应10 180min，热裂解得到固体热解产物和热解气体，回转反应炉内维持微正压或微负压，压力值控制在-500 500mmH20。对于干馏设备，本发明无特别限制，优选的，使用外热式回转干馏炉；对于干馏时间，本发明无特别限制，优选的，干馏时间不少于20min，更优选的，干馏时间为30 90min,最优选的,干懼时间为40 60min ;对于干懼压力，本发明无特别限制,优选的在微正压下进行干馏。(3)固体干馏产物从干馏炉尾排出炉体，经过冷却设备或自然冷却至40 120°C， 送入下一工序或包装为成品。出料输送方法可选用本领域人员熟知的方法，优选的，使用星型下料器进行出料。冷却方式可选用本领域人员熟知的方法，优选的，使用间接冷却器，更优选的使用回转式间接冷却炉。冷却炉可以是夹套式或列管式，优选的使用列管式冷却炉。(4)反应生成的热解气体送入尾气处理工序分离回收其中的组分。对于煤热解产生的荒煤气，经初冷设备除去气体中所携带的粉尘并初步降温，进入一级冷却塔，喷洒热循环水进一步冷却，然后煤气进入二级冷却塔与通入塔内的冷循环水逆向运行完成最终冷却。冷却后气液分离，冷却下来的液体经管道流到循环水池，通过静置沉淀油水分离，焦油由泵打到焦油储罐，冷循环水经换热器冷却后使用，循环水池封闭运行，减少污染。煤气经管道进入深度除尘、捕焦油器，把煤气携带的焦油、粉尘吸附回收。经过处理的煤气通过煤气风机加压，可做燃料或化工原料使用。对于初冷设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用桥管-水封箱；对于冷却吸收设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用塔设备；对于深度除尘、除雾设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用静电除尘器或静电捕焦油器。(5)对于灰分含量无法满足活性炭生产要求的半焦，进行脱灰；对于无法满足活性炭强度要求的半焦，根据其特性配入具有一定粘结性的煤。对于脱灰方式，本发明无特别限制，优选的使用物理法与化学深度脱灰法组合使用；对于配入的煤种，本发明无特别限制，优选的使用灰分小于5%的煤；半焦与煤的重量比为I 15 1，优选的为2 I。(6)配煤后的原料通过破碎、磨粉使原料充分混合；对于磨制方式，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用雷蒙磨粉机；物料磨细至粒度O. 074 1mm，优选的粒度为
O.2mm。(4)粉料添加一定量的粘结剂后进行混捏，在成型设备中压成特定形状的成型料， 如需生产粉状活性炭，不进行混捏和成型；对于不需要添加粘结剂的物料，直接进行成型； 粉料与粘结剂的重量比为I 20 1，优选的为5 I ;对于混捏设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用连续式混捏机；对于成型设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用对辊压块机；对于粘结剂，本发明无特别限制，优选的，使用低温干馏焦油。(5)成型料经输送装置进入炭化炉，在不同温度段下经过热处理、干馏、热裂解、缩聚反应制成炭化料；炭化温度为低温区200 300°C，物料升温速率在2 5°C /min，高温区550 600°C，物料升温速率在3 8°C /min，物料在高温区的停留时间10 20min ;对于炭化设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用外热式回转炭化炉。(6)炭化料经输送装置送至冷却炉进行冷却，冷却采用步骤(3)所用的方法，；炭化炉产生的尾气经分离和纯化回收焦油得到煤气，为需热设备提供燃料，尾气分离回收采用步骤(4)所用的方法。(7)冷却后的炭化料送至活化炉，以水蒸气和富氧空气作为活化剂进行活化；对于活化剂中水蒸气和富氧空气的比例，本发明无特别限制，优选的水蒸气和富氧空气的质量比为I 7 I ;对于活化炉中物料同活化剂质量比，本发明无特别限制，优选的为 I 3 9 ;对于活化温度，本发明无特别限制，优选的，为800 950°C，更优选的，在920°C 下进行活化；对于活化时间，本发明无特别限制，优选的，为I 3小时，更优选的，活化时间为2小时；对于活化设备，可选用本领域人员熟知的设备，优选的，使用斯列普式活化炉。为了进一步阐述清楚本发明，下面结合附图和实施例对本发明优选实施方案进行描述，但需要理解的是，这些附图和描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的权利要求范围的限制。请参见图I本发明热解工艺流程图，原料煤经干燥、低温干馏、冷却后得到半焦； 低温干馏产生的荒煤气可分离出煤气和焦油，焦油可作为压块料的粘结剂使用或外供，煤气可为系统中需热设备提供燃料；对于灰分含量无法满足活性炭生产要求的半焦，进行脱灰；对于无法满足活性炭强度要求的半焦，根据其特性配入具有一定粘结性的煤；配煤后的原料通过破碎、磨粉使原料充分混合；粉料添加一定量的粘结剂后进行混捏，在成型设备中压成特定形状的成型料，如需生产粉状活性炭，不进行混捏和成型；对于不需要添加粘结剂的物料，直接进行成型；成型料经输送装置进入炭化炉，在不同温度段下经过热处理、干馏、热裂解、缩聚反应制成炭化料；炭化产生的尾气可分离出煤气和焦油，焦油可作为压块料的粘结剂使用或外供，煤气可为系统中需热设备提供燃料；炭化料经输送装置送至冷却炉进行冷却；炭化炉产生的尾气经分离和纯化回收焦油得到煤气，为需热设备提供燃料。冷却后的炭化料送至活化炉，利用活化剂对其进行活化。实施例II)将原料长焰煤破碎、筛分至< 30mm，所采用的原料煤堆密度为680kg/m3，工业分析结果如下
权利要求
1.一种用煤制备活性炭的方法，其特征是原料煤经低温干馏后得到半焦；半焦经脱灰、磨粉、混捏、成型后进行炭化制得炭化料；炭化料经活化后制得高品质活性炭。
2.如权利要求I所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征是以煤为原料生产活性炭的工艺包括如下步骤(1)原料煤经干燥、低温干馏、冷却后得到半焦；低温干馏产生的荒煤气经分离和纯化回收焦油得到煤气，为需热设备提供燃料；(2)对于灰分含量无法满足活性炭生产要求的半焦，进行脱灰；对于无法满足活性炭强度要求的半焦，根据其特性配入具有一定粘结性的煤；(3)配煤后的原料通过破碎、磨粉使原料充分混合；(4)粉料添加一定量的粘结剂后进行混捏，在成型设备中压成特定形状的成型料，如需生产粉状活性炭，不进行混捏和成型；对于不需要添加粘结剂的物料，直接进行成型；(5)成型料经输送装置进入炭化炉，在无氧条件下分段炭化；(6)炭化料经输送装置送至冷却炉进行冷却；炭化炉产生的尾气经分离和纯化回收焦油得到煤气，为需热设备提供燃料；(7)冷却后的炭化料送至活化炉，以水蒸气和富氧空气作为活化剂进行活化后制得高品质活性炭。
3.如权利要求2所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征在于，所使用的原料煤的挥发份为10 40 %，灰分为I 20 %。
4.如权利要求2所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征在于，干燥温度80 3000C，低温干馏加热终温500 800°C，物料冷却至40 120°C。
5.如权利要求2所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征在于，对于灰分较高的半焦进行脱灰，脱至3 10%。
6.如权利要求2所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征在于，配入的煤种灰分为 O.3 5% ;半焦与配入煤的重量比为I 15 I ;配煤后的原料磨细至O. 074 1mm。
7.如权利要求2所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征在于，使用的粘结剂是煤焦油、淀粉、亚硫酸纸浆废液、膨润土、粘土、废糖蜜、石油酸渣、羧甲基纤维素或乳状浙青; 粉料与粘结剂的重量比为I 20 I。
8.如权利要求2所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征在于，炭化采用回转炉、窑式炉或热载体炉；炭化温度为低温预炭化区200 300°C，物料升温速率2 5°C /min ;高温区550 600°C，物料升温速率在3 8°C /min，物料在高温区的停留时间为10 20min。
9.如权利要求2所述的一种用煤制备活性炭的方法，其特征在于，活化剂是水蒸气和富氧空气按I 7 I的质量比配制；活化炉中物料与活化剂质量比为I : 3 9;活化温度为800 950°C，活化时间为I 3小时。
全文摘要
本发明提供了一种用煤制备活性炭的方法，原料煤经干燥、低温干馏、冷却后得到半焦；对于灰分含量无法满足活性炭生产要求的半焦，进行脱灰；对于无法满足活性炭强度要求的半焦，根据其特性配入具有一定粘结性的煤；配煤后的原料通过破碎、磨粉使原料充分混合；粉料添加一定量的粘结剂后进行混捏，在成型设备中压成特定形状的成型料；成型料经输送装置进入炭化炉，在不同温度段下经过热处理、干馏、热裂解、缩聚反应制成炭化料；炭化料经输送装置送至冷却炉进行冷却；冷却后的炭化料送至活化炉，利用活化剂对其进行活化。本发明延伸了低变质煤综合利用的产业链，破除了半焦的利用瓶颈，生产出市场需求量日益增长的产品，能有效回收我国紧缺的战略资源，可创造巨大的经济效益和社会效益。
文档编号C01B31/10GK102583373SQ201210030140
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者何建祥, 杨扬, 王占国, 王思远, 谢小兵, 魏超 申请人:西安三瑞实业有限公司