基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺

本发明属于材料成型技术与煤基固废资源化利用，尤其涉及基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺。

背景技术：

1、煤气化渣残炭产量大，资源化利用率低，危害环境。其主要由残炭和无机灰渣组成。其中灰渣主要用于制备建筑材料、沸石、介孔二氧化硅等；残炭利用途径包括掺烧、石墨化、催化剂、吸附剂等。残炭孔隙率高、比表面积大，是制备吸附剂的绝佳原料，但残炭颗粒机械强度低、粒径微细、传质效率低，不能直接用于固定床吸附器，造粒成型是改善其工艺性能的有效手段。

2、目前煤气化渣残炭成型工艺包括干燥、加粘结剂与水混捏成型、高温炭化等过程，但实际生产过程中，粘结剂不易分散、消耗量大，且煤气化渣残炭颗粒孔隙率高，粘结剂容易渗透进入颗粒内部造成孔隙堵塞，削弱活性炭的孔隙率和吸附性能；同时，由于粘结剂粘度大，因此混合料成膏状，且一般只能通过挤压工艺成型，生产能力小，生产成本高。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺陷，为此，本发明提供基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺。本发明避免了有机粘结剂对气化渣残炭颗粒的堵孔问题以及有机粘结剂使混合料粘度升高、成型效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，具体步骤如下：

4、s1、乳化油制备工序：将乳化剂、粘结剂加入到预热后的喷淋水中，经高剪切分散乳化制备水包油型乳化油；

5、s2、混料准备工序：将气化渣残炭与校正料均匀混合，得到混料；

6、s3、造粒成型工序：将水包油型乳化油喷淋至混料中，水包油型乳化油在颗粒间形成液桥实现粘结，再加入到强逆流团球造粒机种制备生料球；

7、s4、高温炭化工序：将生料球置于炭化炉中，经过干燥和炭化，得到球形活性炭。

8、优选的，步骤s1中，先对喷淋水进行加热，再依次添加乳化剂和粘结剂，同时进行高剪切分散乳化。

9、优选的，步骤s2中，首先向气化渣残炭中加入校正料，再进行加热保温，并搅拌，得到混料；保温的温度为45℃，搅拌时间为5min，转速为2000r/min。

10、优选的，喷淋水的预热温度为50～60℃。

11、优选的，乳化剂为十二烷基羧酸钠，乳化剂的投加量为1000～3000mg/l。

12、优选的，粘结剂为沥青或煤焦油中的一种，投加粘结剂的质量分数为喷淋水质量的20～30％。

13、优选的，高剪切处理的时间为10min，剪切速率为3000～10000r/min。

14、优选的，步骤s2中，气化渣残炭的灰分为25％；校正料为肥煤煤粉，校正料的灰分为9.5％；气化渣残炭与校正料的质量比为8∶1。

15、优选的，水包油型乳化油的质量为混料质量的10～40％。

16、优选的，强逆流团球造粒机的转速为300r/min，生料球的直径为4～8mm。

17、优选的，步骤s4中的干燥温度为150～200℃，干燥时间为20～60min；炭化温度为600～850℃，炭化时间为60～120min。

18、其中，乳化油制备工序包括喷淋水预热、乳化剂添加、粘结剂添加、高剪切乳化4个步骤。首先对喷淋水进行加热，添加一定量的乳化剂，再缓慢添加粘结剂，同时进行高剪切乳化。喷淋水加热目的是为了提高粘结剂的流动性，乳化剂的作用是稳定水包油型乳化油，高剪切处理是为了实现粘结剂在水溶液中的均匀分散，最终制备出水包油型乳化油。

19、原料准备工序包括气化渣残炭原料校正和混料2个步骤。首先向气化渣中加入校正料，目的是调整原料水分、灰分和胶质含量；再进行加热保温，并高速搅拌，目的是使原料混合均匀。

20、造粒成型工序包括乳液喷淋和强逆流团球造粒2个步骤。首先向混料中均匀喷洒水包油型乳化油，目的是对混料颗粒表面进行润湿，增加颗粒间粘结性；再采用造粒机进行强逆流团球造粒，制备出尺寸均匀的生料球。

21、炭化工序包括干燥和高温炭化2个步骤。首先将生料球放入炭化炉中，在一定温度下干燥一定时间；再升高温度，进行高温炭化，制备出球形活性炭。

22、本发明的优点在于：

23、(1)本发明具有生产能力高、节约成本和能源、灵活调控产品结构等特点；该工艺采用强逆流团球法造粒成型，相较于采用沥青/煤焦油膏体的冷压成型方法，成型速度快，生产能力高。

24、(2)本发明采用乳化油粘结气化渣残炭颗粒，能在颗粒间形成稳定液桥，有利于气化渣残炭颗粒间的粘结、煤粉胶质与气化渣残碳颗粒间的粘结，且通过添加少量的粘结剂制备成乳化油，可替代传统的直接添加大量粘结剂的方式，最大程度的减少了粘结剂的用量，同时避免了大量使用粘结剂对气化渣残炭颗粒孔隙的堵塞效应，有效节约成本和能源。

25、(3)本发明通过改变乳化油性质、强逆流团球操作条件、炭化工艺条件对球形活性炭尺寸、强度、孔隙结构进行定向调控，产品结构灵活。

技术特征：

1.基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：步骤s1中，先对喷淋水进行加热，再依次添加乳化剂和粘结剂，同时进行高剪切分散乳化。

3.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：步骤s2中，首先向气化渣残炭中加入校正料，再进行加热保温，并搅拌，得到混料；所述保温的温度为45℃，所述搅拌时间为5min，转速为2000r/min。

4.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：所述喷淋水的预热温度为50～60℃。

5.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：所述乳化剂为十二烷基羧酸钠，乳化剂的投加量为1000～3000mg/l。

6.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：所述粘结剂为沥青或煤焦油中的一种，投加粘结剂的质量分数为喷淋水质量的20～30％。

7.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：所述水包油型乳化油的质量为混料质量的10～40％；所述高剪切处理的时间为10min，剪切速率为3000～10000r/min。

8.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：步骤s2中，所述气化渣残炭的灰分为25％；所述校正料为肥煤煤粉，校正料的灰分为9.5％；所述气化渣残炭与校正料的质量比为8∶1。

9.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：所述强逆流团球造粒机的转速为300r/min，生料球的直径为4～8mm。

10.根据权利要求1所述的基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺，其特征在于：步骤s4中的干燥温度为150～200℃，干燥时间为20～60min；所述炭化温度为600～850℃，炭化时间为60～120min。

技术总结
本发明属于材料成型技术与煤基固废资源化利用技术领域，尤其是基于乳化油粘结成型的煤气化渣残炭制备活性炭工艺。本发明包括乳化油制备工序、混料准备工序、造粒成型工序以及高温炭化工序。本发明利用乳化油形成稳定液桥以粘结气化渣残炭颗粒，避免了沥青/煤焦油粘结剂对气化渣残炭颗粒的堵孔问题以及粘结剂使混合料粘度升高、成型效率低的问题。

技术研发人员：孙浩,田全志,何鑫
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19