专利名称：青砖窑混烧制颗粒活性炭的方法
技术领域：
本发明是关于活性炭的制备方法，具体涉及一种以煤为原料用气态活化剂制备颗粒活性炭的方法。
活性炭是一种多孔性含碳物质，具有优良的吸附性能，在化工、环保、医药、卫生、轻工、纺织、食品、国防等方面有着广泛的应用。煤作为制造活性炭的原料，其历史可以追朔到1916年，制造方法大致可分为两类一种是化学法-即氯化锌活化法，另一种是物理法-即气态活化剂活化法。物理活化法一般都需要进行两个步骤，在将原料煤进行予处理后分别在炭化炉炭化，然后在活化炉内活化，我国五十年代从苏联引进的斯列普炉法，就是一种专门的炭化炉和活化炉制造活性炭的两步法。该方法是将原料经过选煤、研磨、筛分到所需要的大小，然后用煤焦油等粘结剂混和压伸，用成型机使其成型后再经过炭化和活化两个步骤，最后制成活性炭，建一座年产500吨的活性炭厂需投资250-300万元左右。目前，虽然制造活性炭的炉型不少，但都存在环境污染问题，干馏气的放空，造成大气污染。由于炭化、活化需要较高的温度，因而使得设备能耗大，活性炭的成本提高。
1984年，浙江省林业科学研究所和湖州市塘南活性炭厂根据日本四十年代传入的闷烧法用中国的土砖瓦窑混烧同时生产活性炭和青砖瓦获得成功。关于这种混烧法，上述单位已于1984年向浙江省科委提出了名称为′与砖瓦混烧法再活化活性炭和制造活性炭′的发明申报书。该方法应用砖瓦窑的原窑体将装有活性炭原料的活性罐与砖瓦以1∶8-1∶2的比例装窑，以特定的码窑方式码窑，烧窑程序与烧砖瓦基本相似，只是工艺条件略有不同。但上述所说的混烧法其制造活性炭的原料只限于木质炭、果壳、果核等植物性原料，用他们的烧窑条件无法制出煤质活性炭，众所周知，煤的活化较之植物性含炭原料要困难的多，因此，该方法在原料的利用上有很大的局限性。
本发明的目的在于根据我国国情利用中国式青砖窑制造以煤为原料的成本低廉的活性炭。
本发明将青砖窑内所具有的使砖坯变青的还原反应和活性炭活化的氧化反应相结合，利用焙烧青砖的热量使活性炭一次炭化、活化，可同时生产青砖和活性炭。
本发明用青砖窑混烧制造颗粒活性炭的方法，其特征在于采用无烟煤为原料，方法步骤如下(1)原料的予处理a.选煤，使原煤灰分保证在10%以下，b.制粉，使粒度达到d85180-200目，c.混捏，将煤粉、煤焦油、水按65-70%，20-25%，10-15%的重量比例混合均匀，d.碾练，进一步混合制成供成型坯料条块，e.成型，经碾练的条块在压力下成型，制成适宜活化的条料，f.装罐，条料干躁后，称重转罐，(2)装窑装好条料的活化罐和砖坯以1∶8-1∶15(数量比)的比例装窑，(3)烧窑a.前火阶段从点火开始至温度达600℃，时间70-75小时，b.中火阶段温度600-800℃，时间40-60小时，c.后火阶段温度800-950℃，时间45-60小时，后火结束前4-6小时开始从天池缓慢饮水。
d.饮水冷却阶段停水烧火，正常饮水，使温度降至40-50℃，时间60-75小时。
本发明所说的活化罐是指孔隙度在25-30%的活性罐，可以自己制造，各原料的配比(重量比)为铝矾土熟料25-35%铝矾土生料30-40%煤矸石或炉灰渣5-10%粘土20-30%各部分原料的粒度均应＜1.5mm，加水制成膏状用石膏模成型，制成直径180-mm，高120mm，壁厚10mm的湿罐，干燥后在红砖窑内800-850℃下焙烧100小时为成品。
原料经予处理后装入烧好的活性罐，然后装窑。本发明采用的装窑方案是(1)以砖坯打底，这是因为整个窑体的温度分布是上部高，下部低，高温是由上往下转移，由中心向边部传热，虽然低部边部也能达到活化所需要的温度，但因反应时间短，达不到深度活化的目的，容易夹生;(2)窑壁放砖坯，目的是为进一步保温和避开低温区;(3)顶部压砖坯，防止活性炭在饮窑时遭水淋;(4)兰火周围和顶部码砖，以免因温度过高而造成活性炭原料的灰化;(5)砖坯和活化罐以相间平行排列为宜，
图1所示为窑内的混装区域分布。
本发明混烧法中活化罐和砖坯的装窑数量比例为1∶8-1∶15，最佳比例是1∶10。活化罐装得量大，活化气氛不够，容易造成夹生料，此外还会因为活化罐放出的热量比较集中，而使罐周围的砖烧流，如果活化罐装得过少，则造成活性炭产量降低，失去了混烧法的意义。
混烧法的关键之处在烧窑，在常规的活性炭制造过程中，炭化和活化是分不开的两个过程，而在混烧法中，炭化和活化则是一次在青砖窑中完成的，因此，掌握好炭化和活化的条件，决定烧窑工艺条件是至为重要的。在本发明中，条料的炭化主要是在前火阶段内完成的，条料在炭化中与焦化的速度有很大关系，焦化速度快，制得的活性炭孔隙小，强度大(难于活化造成的)，焦化速度快，制得的活性炭孔隙度大，吸附能力强，但强度低，所以焦化速度必须合适。活化是在二氧化碳、水蒸汽和氧气的混合气体作用下进行的。在中火后阶段温度达850℃以上二氧化碳活化已经开始，而在后火阶段的后期饮水开始后水蒸汽活化才开始，三种气体的活化情况见图2，由图可见，三种活化剂气体其中以二氧化碳气体停留时间最长，氧气和水蒸汽次之。对于同窑烧制的砖来说，混烧的后火阶段要求还原气氛，窑体内的一氧化碳气氛有利于砖坯变青，而砖中排出的二氧化碳气体又有利于活性炭的进一步活化，因此，砖和活性炭混烧对二者都是有利的。
本发明混烧的烧窑工艺分为四个阶段a.前火阶段从点火开始到兰火调正为前火阶段，温度从常温-600℃这一阶段窑内是氧化气氛，其作用是排潮，对活性炭初步炭化时间需65-75小时，排潮结束时封住天池，b.中火阶段温度从600-800℃，时间需40-60小时，这一阶段主要是使火从中间烧到边部，达到全窑温度均匀。窑内为弱氧化气氛，使炭化料温度升高至活化的最佳温度，并在二氧化碳气氛下对炭化料进行活化，c.后火阶段温度800-950℃，时间需45-60小时，减少空气进量，窑内主要为还原气氛，全窑温度均匀，活性炭继续在CO2气氛下活化，在后火结束前4-6小时从天池缓慢饮水，在窑内造成CO2和水蒸汽的混合气氛，促进活化进程，并使砖由红变青。
d.饮窑冷却阶段停止烧火，正常饮水，使窑体温度逐渐降至40-50℃，时间需60-75小时，窑温渐渐下降，使没有活化好的料继续活化，青砖固色，整个窑内造成水蒸汽正压，防止空气进入，避免活性炭烧失灰化。窑体冷却后，将烧制好的青砖和活性炭分别出窑。活性炭经筛分后，按标准分析各项指标，经化验合格后的活性炭包装出厂。
附图1是青砖窑内砖坯和活化罐与砖坯混装区域的装窑分布图。图中1是烟道，2是窑壁，3是炕，4是最佳混装区域。
附图2是三种活化剂气体在窑内的活化时间分布图。
本发明的混烧法为煤为原料制造活性炭开僻镭一条新的工艺过程，该工艺过程简单，投资少，如以鞍式炉计算，炭化炉需投资25万元，活化炉需投资80万元，总计105万元，而建三十部青砖窑才需投资3-4.5万元，而且原煤的予处理所用设备均为定型产品，不另需专用设备。由于砖坯和活性炭在制造过程中气氛条件的相互补充，双方都有利于各自质量的提高，炭化过程中放出的挥发分进一步燃烧，补充了燃烧的热能，因此可使原烧砖用煤节约20%左右，同时消除了大气污染。所用原煤可以是无烟煤，估计用烟煤作原料更容易活化，烧窑条件可能要有适当的改变，用本方法制造的活杏炭可以根据改变原料的成型工艺而制成不同形状的活性炭，如园柱形、球形等。
本发明制造活性炭的方法在烧好青砖窑的前提下，活性炭就能达到合格产品，因此，对熟练烧窑工不需单独培训。所制得的活性炭可用净化水、溶剂回收，作催化剂载体以及脱硫等。
实施例原料选用山西省翼城县石河煤矿的无烟煤，煤质分析如下Wf0.5%Af9.20%Vf9.54%Sf0.27%原料的予处理保持煤水分在5%以下1.将4吨左右的煤经人工手选，使原煤灰分保证在10%以下，2.选好的原煤通过鄂式破碎机破碎，使粒度小于1mm，再通过振动磨使粒度达到85%通过180目，
3.混捏，所使用的粘结剂是煤焦油，煤焦油为山西洪洞焦化厂所产的高温焦油，分析指标如下比重水分灰分游离炭粘度E801.12-1.29＜4.0%＜0.15%＜6.0%＜5.0将煤粉、焦油、水按67%，23%，10%(重量比)装入灰浆搅拌机混合，焦油需加热至60℃，水需加热至80℃，在机中搅拌10-15分钟，使这三种成份混合均匀，4.然后送入挤泥机中碾练并挤成直径为120mm的膏状条件，5.碾练后的条料放入油压机中成型，压模孔径为3.5mm，开孔率在6%，压力保持在180-200kg/cm2，压制出的条料再通过断条机制出直径3.5mm，长度3-5mm的合格条料，要求条料无毛刺，不粘结，经凉干后装罐，6.活性罐按说明书中所述的配料方法制成，将凉干的条料装入活性罐，每罐约装0.7-0.9公斤。
装窑实验所用青砖窑的容量为装砖3.8万块，窑体的直径为5m，高5.7m，装窑比例约为9∶1(砖与活性罐数量之比)，其中装砖3.1万块，装活性罐3500个。
烧窑各个阶段的温度变化如说明书所述，各阶段的时间为前火阶段72小时，中火阶段48小时，后火阶段48小时，饮窑冷却阶段72小时。
待窑体完全冷却后将活性炭和砖分别出窑，用1mm的筛子筛分活性炭，筛掉不合格的粉料并拣出杂质，然后对活性炭进行分析。
本试验的分析方法全部采用国家标准局委托国营新华化工厂起草待批的国家标准。
(1)GB××××·1-84煤质颗粒活性炭水分测定(2)GB××××·2-84煤质颗粒活性炭强度测定(3)GB××××·5-84
煤质颗粒活性炭水容量测定(4)GB××××·7-84煤质颗粒活性炭碘吸收值测定(5)GB××××·10-84煤质颗粒活性炭灰分测定(6)GB××××·11-84煤质颗粒活性炭苯蒸气吸附率测定方法本试验的产品合格率在90-95%以上，各项性能指标如下粒度(筛目)4-8强度90-95%水分1.5-4%碘值800-940mg/g吸苯率30-36%水容量70-88%亚甲兰125mg/g(单样)物理性质(单样)真比重2.17g/cm3颗粒比重0.61g/cm3堆积重457g/l总孔容积1.16cm3/g大孔容积0.46cm3/g中孔容积0.16cm3/g微孔容积0.55cm3/g总表面积960m2/gPH9.5灰成分组成CaO3.36%Fe2O31.04%CuO0.11%Na2O 0.22%SiO245.45%
Al2O337.95%TiO21.20%最后，根据分析结果确定净化水炭、回收炭、脱硫炭、载体炭四种型号的产品。
权利要求
1.一种用青砖窑混烧制造颗粒活性炭的方法，其特征在于采用无烟煤为原料，方法步骤如下①原料的予处理a.选煤，使原煤灰分保证在10%以下，b.制粉，使粒度达到d85=180-200目，c.混捏，将煤粉、煤焦油、水按65-70%，20-25%，10-15%的重量比例充分混合均匀，d.碾练进一步混合制成供成型的坯料条块，e.成型，经碾练的条块在压力下成型，制成适宜活化的条料，f.装罐，条料干躁后，称重装罐，②装窑装好条料的活化罐和砖坯以1.8-1.15(数量比)的比例装窑，③烧窑a.前火阶段从点火开始至温度达600℃，时间70-75小时，b.中火阶段温度600-800℃，时间40-60小时，c.后火阶段温度800-950℃，时间45-60小时，后火结束前4-6小时从天池缓慢饮水，d.饮水冷却阶段停止烧火，正常饮水，使温度降至40-50℃，时间60-75小时。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的活性罐和砖坯的装窑最佳比为1∶10。
全文摘要
本发明是利用中国式青砖窑用无烟煤为原料混烧制造青砖和活性炭的方法，该方法包括原料的预处理，装窑和烧窑三部分，装有活性炭原料的活化罐与砖坯的装窑比例为1∶8--1∶15，其烧窑程序基本延用烧制青砖的程序。本发明所提供的制造活性炭的方法工艺简单，将活性炭的炭化和活化合而为一，消除了污染，同时还节约烧青砖的燃料约20％，特别适于在煤炭资源丰富的乡镇企业推广应用。
文档编号C01B31/14GK1031514SQ8710579
公开日1989年3月8日 申请日期1987年8月19日 优先权日1987年8月19日
发明者王贵余, 颜振明, 王祖侗, 文立贤, 王永朝, 朱明德 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所, 翼城县机制砖厂