专利名称：一种生产活性炭的方法
技术领域：
本发明属于无污染资源综合利用领域，尤其是一种生产活性炭的方法。
背景技术：
传统的活性炭制备多以木材、木炭、木屑、椰子壳、果核等为原料，随着社会环保意识的增强，尤其是1998年发生在长江、松花江、嫩江流域的特大洪水使人们已切身体会到生态恶化对民族生存和可持续发展的巨大负面影响，国家迅速对自然林禁伐.致使木材、木炭的来源萎缩，即制备活性炭的原料受到极大地限制，价格也呈上涨趋势，而国内优质的矿物质原料也日渐短缺，满足不了需求。在此形势下，推广切实可行的利用废弃生物质原料和低质的矿物质原料制备优质活性炭的新工艺，具有重大的前途和意义。目前，公知的在活性炭生产技术方面，工业发达国家普遍采用了原料预处理技术，最普遍的是化学活化法预处理。化学活化法是把化学药品加入原料中，然后在惰性气体介质中加热，进行炭化和活化的一种方法。化学活化法预处理最有代表性的是:氯化锌法、磷酸(盐)法、氯化钙法和以碱为活化剂(碱法)的化学活化法。氯化锌法制造工艺为在原料中加人重量是原料0.5 4倍、比重为1.8左右的浓氯化锌溶液并进行混合，让氯化锌浸溃，然后在回转炉中隔绝空气加热600 700°C，由于氯化锌的脱水作用，原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭。
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磷酸活化原则上是将精细粉碎的原料与磷酸溶液混合，接着混合物被烘干，并在转炉内加热到400 600°C，众所熟知的工艺过程是在较高的温度下(1100°C )进行的。碱法是以氢氧化钾等碱性活化剂与原料混合，在气流中进行低温、高温二次热处理。但化学活化法有三大缺点:①对设备腐蚀性很大；②污染环境；③活性炭中残留有化学药品活化剂，应用方面受到限制。膨化技术已经广泛应用于食品和饲料工业，但之前的研究基本着重于营养成分、消化吸收、风味口感方面。研究用控制膨化参数和选用不同模数的模板来选择性生产特定比表面积和孔径分布的用于生产活性炭的膨化物料尚未见报道和实际生产。
发明内容
本发明的目的是针对当前优质活性炭原料的日渐短缺、目前原料预处理存在的弊端，提出一种无污染、简洁高效的生产活性炭方法。本发明的方法是将生产活性炭用的原料破碎或切割后，通过挤压、喷爆这两种膨化方式之一进行膨化，膨化后的膨化料直接送入炭化、活化炉进行炭化和活化，制取商品活性炭。通过控制膨化参数和选用不同模数的模板，可以制取不同性能和用途的活性炭。本发明的技术方案如下:一种生产活性炭的方法，其特征在于以生物质或矿物质为原料，将除杂、破碎后的生物质或矿物质原料，通过挤压或喷爆这两种膨化方式之一进行膨化，膨化后的生物质或矿物质膨化物料直接送入炭化炉和活化炉进行炭化和活化，制取商品活性炭。作为本发明的优选技术方案:
采用膨化机或喷爆机对生物质或矿物质原料进行膨化处理，原料除杂后按照所使用的膨化机或喷爆机对物料的粒度要求进行破碎或切割。采用湿法膨化机膨化的，将破碎或切割好的原料加入膨化机料斗，选定膨化参数和需求模数的模板进行挤压膨化同时成型，膨化成型的物料直接或冷却后进行炭化和活化。采用干法膨化机膨化的，将破碎或切割好的原料调好含水量，加入膨化机料斗，选定膨化参数和需求模数的模板进行挤压膨化同时成型，膨化成型的物料直接或冷却后进行炭化和活化。采用喷爆机组膨化时，原料不用调节含水量，破碎或切割好后直接进入喷爆机组料仓，从料仓喂入喷爆罐，通入蒸汽加热加湿并保持一定压力下，喷爆出的膨化物料直接或粉碎后进行炭化和活化。通过控制膨化参数和选用不同模数的模板，制取不同性能和用途的活性炭。所述膨化物料的膨化度在5 200%之间。
模板的模数按产品的规格选择，膨化参数控制在:膨化腔体压力不低于1.0Mpa,膨化温度100 350°C，含水量5 40% ;螺杆转速不低于100转/分。膨化后的生物质或矿物质膨化料无需进行化学处理，直接送入炭化和活化炉进行炭化和活化。一般认为，膨化物料酥脆没有强度，不可能达到活性炭要求的强度指标，但我们的实验和小试证明，在一定的膨化率范围内，膨化物料具有活性炭要求的强度指标。因此，用膨化技术对原料预先造孔，直接炭化是现实的。本发明的生产方法工艺简洁、低成本高效率高收率、没有化学污染，可以真正实现工业化生产。本方法尤其适用于生产低成本一次性使用的活性炭。
具体实施例方式实施例1:
在膨化机料斗中加入充足的除杂过的原料木屑，启动膨化机部开关。把喂料电机转速调到最低，然后逐步增加。同时开启进汽阀门，在调质器中不断加入蒸汽，进行调质增湿，增加喂料电机转速，使之能达到最终产量的75% 80%。同时增加蒸汽进汽量，使物料增温加湿，先将调质后的物料排出膨化机外，在确认调质含水量达到10%后，起动膨化电机，将调质后的物料送入膨化机。在有均匀流量从压模模孔中排出时，开始减小挤压力并在压模处产生膨化和成型。膨化生产正常以后，增加喂料电机速度，加快进料速率，控制膨化电机在额定电流的85% 90%状态下、螺杆转速150转/分、膨化腔体压力1.5Mpa和膨化温度170°C工作。当物料开始从压模中出来时，启动切刀电机，调节好转速，切出约1.5cm长度的膨化料。将膨化料送入炭化炉，从200°C后，开始以20°C /min的速度升温至550°C并保持温度半小时完成炭化。将炭化后的物料移入活化炉，通入蒸汽升温至700°C并保持温度半小时完成活化。将活化后的物料用热水洗涤，然后烘干即得活性炭成品。经检测，该批活性炭的比表面积为1072m2，碘值710mg/g。实施例2:
将稻草切成I 2cm的小段，切好的稻草小段加入膨化机料斗中，启动膨化机总开关，把喂料电机转速调到最低，然后逐步增加。同时开启进汽阀门，在调质器中不断加入蒸汽，进行调质增湿；增加喂料电机转速，使之能达到最终产量的75% 80%。同时增加蒸汽进汽量，使物料增温加湿，先将调质后的物料排出膨化机外，在确认调质含水量达到15%后，起动膨化电机，将调质后的物料送入膨化机。在有均匀流量从压模模孔中排出时，开始减小挤压力并在压模处产生膨化和成型。膨化生产正常以后，增加喂料速度，加快进料速率，控制膨化电机在额定电流的85% 90%、螺杆转速170转/分、膨化腔体压力1.8Mpa，膨化温度185 °C状态下工作。当物料从压模中出来，启动切刀电机，调节好转速，切出Icm长度的膨化料。将膨化料送入炭化炉，从200°C后，开始以10°C /min的速度升温至550V并保持温度I小时完成炭化。将炭化后的物料移入活化炉，通入蒸汽升温至750°C并保持温度I小时完成活化。将活化后的物料 用热水洗涤，然后烘干即得活性炭成品。经检测，该批活性炭的比表面积为1526m2，碘值1052mg/g。实施例3:
将麦草切成Icm左右的小段，切好的麦草小段加入调湿器中调节水分含量至12%后，力口入膨化机料斗中，启动膨化机总开关，把喂料电机转速调到最低，然后逐步增加。起动膨化电机，将物料送入膨化机。在有均匀流量从压模模孔中排出时，开始减小挤压力并在压模处产生膨化。膨化生产正常以后，增加喂料电机速度，加快进料速率，控制膨化电机在额定电流的85 100%、螺杆转速160转/分、膨化腔体压力1.6Mpa，膨化温度175°C状态下工作。当物料从压模中出来，启动切刀电机，调节好转速，切出2cm长度的膨化料。将膨化料送入炭化炉，从200°C后，开始以15°C/min的速度升温至550°C并保持温度I小时。将炭化后的物料移入活化炉，通入蒸汽升温至750°C并保持温度I小时完成活化。将活化后的物料用热水洗涤，然后烘干即得活性炭成品。经检测，该批活性炭的比表面积为1135m2，碘值872mg/g。实施例4:
将稻草切成约25mm长小段，开启喷爆罐装料阀门，取50千克装入喷爆罐中，通入蒸汽，待排出罐内冷空气后，关闭装料阀门，升压至1.8Mpa，维持压力10分钟，然后打开放料阀门，瞬间减压至常压，得到喷爆膨化料。将喷爆料送入炭化炉，加热至200°C后，开始以10°C /min的速度升温至600°C并保
持温度半小时完成炭化。
将炭化后的物料移入活化炉，通入蒸汽升温至750°C并保持温度半小时完成活化。将活化后的物料用热水洗涤，然后烘干即得活性炭成品。经检测，该批活性炭的 比表面积为816m2，碘值745mg/g。
权利要求
1.一种生产活性炭的方法，其特征在于以生物质或矿物质为原料，将除杂、破碎后的生物质或矿物质原料，通过挤压或喷爆这两种膨化方式之一进行膨化，膨化后的生物质或矿物质膨化物料直接送入炭化炉和活化炉进行炭化和活化，制取商品活性炭。
2.根据权利要求1所述的生产活性炭的方法，其特征在于采用膨化机或喷爆机对生物质或矿物质原料进行膨化处理，原料除杂后按照所使用的膨化机或喷爆机对物料的粒度要求进行破碎或切割。
3.根据权利要求1或2所述的生产活性炭的方法，其特征在于采用湿法膨化机膨化的，将破碎或切割好的原料加入膨化机料斗，选定膨化参数和需求模数的模板进行挤压膨化同时成型，膨化成型的物料直接或冷却后进行炭化和活化。
4.根据权利要求1或2所述的生产活性炭的方法，其特征在于采用干法膨化机膨化的，将破碎或切割好的原料调好含水量，加入膨化机料斗，选定膨化参数和需求模数的模板进行挤压膨化同时成型，膨化成型的物料直接或冷却后进行炭化和活化。
5.根据权利要求1或2所述的生产活性炭的方法，其特征在于采用喷爆机组膨化时，原料不用调节含水量，破碎或切割好后直接进入喷爆机组料仓，从料仓喂入喷爆罐，通入蒸汽加热加湿并保持一定压力下，喷爆出的膨化物料直接或粉碎后进行炭化和活化。
6.根据权利要求1所述的生产活性炭的方法，其特征在于，所述活化采用将炭化后的物料移入活化炉，通入蒸汽升温至750°C并保持温度半小时。
7.根据权利要求1所述的生产活性炭的方法，其特征在于，所述炭化采用将膨化好的原料送入炭化 炉，从200°C以10-20°C /min的速度升温至550°C并保持温度半小时。
8.根据权利要求1所述的生产活性炭的方法，其特征在于所述膨化物料的膨化度在5 200%之间。
9.根据权利要求1-4任一项所述的生产活性炭的方法，其特征在于模板的模数按产品的规格选择，通过控制膨化参数和选用不同模数的模板，制取不同性能和用途的活性炭，膨化参数控制在:膨化腔体压力不低于1.0Mpa，膨化温度100 350°C，含水量5 40% ;螺杆转速不低于100转/分。
10.根据权利要求1所述的生产活性炭的方法，其特征在于膨化后的生物质或矿物质膨化料无需进行化学处理，直接送入炭化和活化炉进行炭化和活化。
全文摘要
本发明涉及一种生产活性炭的方法,属于无污染资源综合利用领域，其特征是以生物质或矿物质为原料，将除杂、破碎后的生物质或矿物质原料，通过挤压或喷爆这两种膨化方式之一进行膨化，膨化后的生物质或矿物质膨化物料直接送入炭化炉和活化炉进行炭化和活化，制取商品活性炭。通过控制膨化参数和选用不同模数的模板，可以制取多种性能和用途的活性炭。本发明工艺简洁、低成本高效率高收率、没有化学污染，尤其适用于生产低成本一次性使用的活性炭。
文档编号C01B31/08GK103159214SQ201310131960
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者赵志全 申请人:赵志全