专利名称：化学催化法生产优质活性炭的制作方法
技术领域：
本发明属于活性炭的制备，具体涉及一种生产优质活性炭的化学催化法。
生产活性炭的方法基本上有两种-物理法和化学法。物理法以泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤或有机物(如有机纤维、塑料)等为原料，经高温炭化，水蒸汽或CO2活化而成。炭化过程放出裂解气造成大气污染，活化过程过热蒸汽温度不够高时影响产品的质量，而且建厂投资十分巨大，如年产300-500吨活性碳需投资400万元。化学法是以化工原料与含碳物质化合或混合后再高温炭化活化而制备活性碳的方法。国内翻译出版的“活性炭”一书，介绍了大量的实验工作，化工原料已扩大到几十种，一般地说化学法生产的煤质活性炭较物理法生产的活性炭为优，但在高温(800-1200℃)炭化活化时，对设备腐蚀极为严重，因此，目前尚未见到大工业生产的报导。
本发明的目的在于提供一种投资少、成本低、无污染、抗腐蚀，以煤为原料在工业上生产优质活性炭的化学催化法。
本发明生产优质活性炭的化学催化法的步骤是(1)将原料煤粉碎至一定粒度，(2)将粉煤进行化学处理，(3)干燥成型，(4)炭化活化，(5)漂洗回收化工原料，(6)酸洗后调节产品的PH值，(70)产品、干燥、筛分及包装。
所述的原料煤一般采用含有大量腐植酸的风化煤，若采用无烟煤时，需要以一定比例的的上述煤种为粘结剂。各种煤的粉碎粒度如下风化煤40目以下，褐煤120目以下，泥煤漂洗除砂后粉碎至80目以下。无烟煤粉碎至180目以下。所述的化学处理为将粉碎后的原料煤与化工原料的溶液混合，加热进行化学反应。所用的化工原料包括工业纯的KOH、NaOH、K2CO3、Na2CO3、K2S、Na2S、KSCN、CaCO3(轻质)、芒硝、硫磺、磷酸盐等。以原料煤的重量为基准，化工原料的重量为煤重的10%-45%，其多少根据原料煤的种类及活性炭的类型而定，炭化活化后用水漂洗回收化工原料，用水量为煤重的3-10倍。这些漂洗废水再用作化学处理与原料配制煤浆添加化工原料时，要从应加的化工原料中扣除废水中所含的化工原料量。按上述比例配成的化工原料的水溶液，加热煮沸后，加入原料粉煤，在80-100℃下，化学反应0.5-1小时，不断搅拌，使之成为浆状。在反应器中自然降温、沉降，除去底部的泥砂备用。
所述的干燥成型，可以是将上述的浆状物直接风干或在100℃-120℃下烘干;亦可以将所述的浆状物先成型后风干或烘干。
本发明的特征在于所述的炭化活化是将干燥成型后的物料装在加盖的非金属罐中，然后将其置于温度可达700-1200℃的各种加热炉中间接加热，使物料炭化活化。
所述的非金属材料罐可以是市售的各种形状的石墨罐、砂罐、耐火材料罐，为防裂耐腐，所述的装料罐升温至50-100℃后用水玻璃浸透后凉干备用;装料罐的形状和大小是影响活性炭孔径分布及比表面的重要因素之一，如制造中孔发达的活性炭时，采用A形罐，其直径＞20cm，高＞25cm，呈园柱形，而B形罐，其直径＜20cm，高＜25cm;装料罐的封口方法为对于制造普通活性炭，直接加同样材质的封盖，用耐火土封住缝隙，并留有气孔。对于制造特殊的活性炭，为防止炭化活化后降温过程中氧气吸入罐内氧化产品活性炭，可在上述的气孔上，连接一个高7cm、直径5cm的小管，内装普通活性炭，降温过程中，被吸入罐内的空气先由它除氧，以免引起产品活性炭的氧化。当然，亦可以将所述的柱状装料罐，用孔板隔为几层，上层的用作除氧，然后分层收取质量略有差别的特殊活性炭，用作不同的目的。
所述的加热炉可以是倒烟窑、转盘窑以及窑内温度分布均匀的各种土砖窑。
所述的炭化活化过程一次完成，其步骤如下a.装有物料的装料罐按要求封口后，以花字形装入窑内，罐距炉顶50-100cm，距炉壁30-50cm，以保证受热温度均匀。
b.罐与罐接触处用草纸或植物杆隔开，以免高温时将罐烧结在一起。
c.炉内温度从室温升至700-1200℃约需4-40小时，然后恒温0.5-6小时，自然降至室温后将罐取出。
所述的漂洗回收化工原料的步骤如下a.将冷却后炭化活化料倒入漂洗池。
b.用热水分4-6次漂洗，总用水量为原料煤重量的3-10倍。
c.全部漂洗废水计量并测定水中化工原料的含量，计算出化工原料在全部废水的量，再添加一定量的化工原料，使之达到额定值，以备配料时使用。
所述的酸洗及PH值的调节为将漂洗后的物料烘干，用50-100℃的浓硫酸或浓硝酸浸泡1-4小时除去物料中的氰化物、硫化物等有害物质，物料用水冲洗两次，再用NH4HCO3冲洗两次，废水用NH4HCO3调节PH值后，直接用于灌溉或浓缩烘干后做成复合肥料。
所述的产品干燥、筛分及包装是将酸洗、水洗后的产品风干或在100-120℃烘干，碾碎，筛分，最后包装成品。
在进行所述的化学处理时，用作不同的目的活性炭产品所用的原料不同，所用化工产品及其量亦也不同。
用作合成聚乙烯醇过程中醋酸乙烯合成时的催化剂载体活性炭的制造，原料煤要采用含有50%以上腐植酸的风化煤或者由含腐植酸的风化煤或褐煤等抽提出来的腐植酸为原料，所用化工原料氢氧化钾的含量为原料煤重的35-50%。
用作采金业中提取金、银的活性炭的所用原料为纯腐植酸或含58%以上腐值酸的风化煤，化工原料KOH重量为原料煤重的35-50%，炭化活化温度为850-1000℃，为了提高其强度，再在1000-1250℃焙烧一次。用作气体分离及小分子的有机物的气相、液相吸附的微孔活性炭的制造，所用化工原料KOH重量为原料重量的25-45%，炭化活化温度650-850℃。
本发明的工业实验表明，其技术效果和经济效益是显而易见的。
(1)采用罐装窑式炉加热的化学催化法，解决了一般化学法普遍存在的设备高温腐蚀的问题，为大规模的工业化生产奠定了基础。
(2)该法不存在裂解气、焦油、ZnCL4及酸废水等对环境的污染。
(3)该法用燃煤窑式炉加热，炭化活化一步完成，始终不用一度电，有利于缺电地区上马。
(4)该法的原料可以是各种类型的煤风化煤、泥煤、褐煤或无烟煤等，原料来源广泛、成本低。
(5)该法的产品质量优良，有的可达木质(椰壳、杏壳、桃壳等)活性炭的水平，可制成用途不同的系列产品。
(6)该法设备投资少，生厂规模相同时，其投资不足物理法生产活性炭投资的10%。
(7)该法生产技术容易掌握，适于乡镇企业上马。
实施例11.风化煤粉碎至40目下，2.化学处理取漂洗废水600kg，内含KOH28kg，再加KOH(工业纯)12kg，加热溶解至沸，将100kg40目的风化煤在不断搅拌的情况下反应1小时，自然冷却、沉降、除去底部泥沙，3.成型干燥上述浆状物经柱压机挤压成直径为2.5mm的条状物，经风干或100-140℃烘干，亦可以将浆状物直接风干或烘干成块状物粉碎后备用，4.炭化活化装入B型砂罐，耐火土封口留气孔，花字形排列装入倒烟窑，距顶80cm，距壁30cm，在24-36小时内升温至1000℃，恒温3小时，自然冷却降至室温，5.漂洗回收化工原料用6倍淤煤重的热水分5次冲洗，废水计量，检测后备用，6.调PH值漂洗后的活性炭在100℃下用浓H2SO4浸泡4小时，除去杂质，抽干、用水冲洗两次，再用(NH4)2CO3冲洗两次，废水用碳酸氢铵调PH值后制成复合肥料。
7.产品干燥、筛分及包装。
该产品可能作为气相吸附或催化载体活性炭使用，其性能与同类产品对比如下项目 本产品 美国BPL炭 国产新华DX-15比表面(m2/g) ＞1000 1050-1150 1000碘值(mg/g) 1049 ＞＝1050 ＞1000CCL吸附量(%) ＞65 ＞＝60 /堆密度(g/cm3) 0.4 0.48 0.42耐磨强度(%) ＞96 90.93 ＞80灰分(%) 12-14 ＜10 12实施例2把实施例1中第四步的B形砂罐改为A型其它步骤及配比相同。所得产品为液相吸附活性炭，其性能指标对比如下项目 本发明 美国F活性炭 日本X-700活性炭比表面(m2/g) ＞1000 850-900 1048堆密度(g/cm3) 0.4 0.5-0.6 0.458碘值(mg/g) 1040 850-900 1040酚值(mg/g) ＞190 / 230亚甲兰吸附值(mg/g) ＞250 200-240 195耐磨强度(%) ＞95 80-85 93实施例3所用化工原料KOH总重量为43kg，其他配比及步骤与实施例1相同。产品用作载体活性炭，其性能对比如下
项目 本发明 桃、杏壳炭 椰壳炭堆密度(g/cm3) 0.39 - 0.38-0.42醋酸吸附量(mg/g) ＞＝580 550 600醋酸锌吸附量(mg/100ml) ＞-6.8 6.0 7.0耐磨强度(%) ＞80 - 75实施例4配比、步骤同实施例1，所不同的是将所说的活性炭再以炭化活化的方法再重复一次干馏，第一次炭化活化温度为900℃，第二次干馏温度为1200℃。所得产品用作提取金银的活性炭，其性能对比如下项目 本发明 苏联专利产品微孔孔容 0.7cm3/g 0.3cm3/cm3中孔孔容 0.3cm3/g 0.09cm3/cm3大孔孔容 0.24cm3/cm3耐磨强度(%) ＞97 91实施例5所用KOH量为35kg，炭化活化温度为700℃，其他配比步骤同实施例1，所得活性炭的性能如下10A以下微孔孔容(cm3/g) ＞60中孔孔容(cm3/g) 0.036比表面(m2/g) ＞800耐磨强度(%) ＞95所用化工原料为NaOH，重量为15kg，炭化料装罐前先在罐的底部装一层轻质CaCO3，其他同实施例1。产品性能如下碘值(mg/g) ＞800亚甲兰吸附值(mg/g) ＞180耐磨强度(%) ＞95
实施例7原料为40目以下的风化煤和120目以下的无烟煤，按重量1∶1混合而成，将B型罐改为A型罐，其他配比及步骤同实施例1。
产品性能指标为比表面(m2/g) ＞750碘值(mg/g) ＞800耐磨强度(%) 91实施例8原料为40目以下的风化煤与120目以下的褐煤按重量比1∶1混合而成，其它配比及步骤同实施例1。品性能为碘值(mg/g) ＞800亚甲兰吸附值(mg/g) ＞180耐磨强度(%) ＞9权利要求
1.一种生产优质活性碳的化学催化法，它的步骤包括(1)原料煤粉碎至一定粒度，(2)化学处理，(3)干燥成型，(4)炭化活化，(5)漂洗回收化工原料，(6)酸洗后调PH值，(7)产品干燥、筛分、包装，其特征在于所述的炭化活化是将物料装入非金属罐内，在窑式炉内间接加热，一步完成炭化活化。
2.如权利要求1所述的化学催化法，其特征在于所述的非金属罐为石墨罐、砂罐或耐火材料罐。
3.如权利要求1和2所述的化学催化法，其特征在于所述的窑式炉为倒烟窑、盘式窑或各种土砖窑。
4.如权利要求1所述的化学催化法，其特征在于所述的酸洗是采用浓硫酸或浓硝酸在50℃-100℃浸泡1-4小时。
5.如权利要求1所述的化学催化法，其特征在于所述的原料为含50%以上腐植酸的风化煤或者是风化煤或褐煤抽提出的腐植酸，化工原料KOH为煤重的35-50%。
6.如权利要求1所述的化学催化法，其特征在于所述的原料纯腐植酸或含腐植酸58%以上的风化煤，化工原料为煤重的35-50%，炭化活化温度为850-1000℃，其后的干馏温度为1000-1250℃。
7.如权利要求1所述的化学催化法，其特征在于所述的化工原料KOH为煤重的25-45%，炭化活化温度为650-850℃。
全文摘要
本发明涉及一种生产优质活性炭的化学催化法，它以煤粉为原料，煤与化工原料混捏成型，装在非金属罐中，在窑式炉内间接加热一次炭化活化，然后漂洗回收化工原料重复使用。该方法解决了设备高温腐蚀等问题，为工业化奠定了基础。此外，本法还有无污染、不用电、投资少、易掌握等特点。产品活性炭可作为催化剂载体，亦可作为吸附剂用于多种化工过程等。
文档编号C01B31/08GK1056663SQ90103828
公开日1991年12月4日 申请日期1990年5月23日 优先权日1990年5月23日
发明者任勇谦 申请人:任勇谦