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(1) 国内外工艺技术概况

活性焦生产的核心过程就是活化,按照活化方式的分类,活性焦的生产方法目前 分为三种,即气体活化法、化学药品活化法及化学物理活化法。目前国内外以兰炭为原料生产活性焦的厂商一般都采用气体活化法。以下主要介绍气体活化法工艺。

2气体活化法

气体活化法是将原料经过焦化后,采用水蒸汽、烟道气、空气等含氧气体或水蒸 汽与烟道气、水蒸汽与空气、烟道气与空气等混合气体作为活化剂,在高温下与焦化 所得的具有一定初孔结构的焦化料接触进行活化或两种活化剂交替进行活化,从而生 产出比表面积巨大、孔隙发达的活性焦产品。

气体活化法也称物理活化法,焦化料为固体,活化剂为气体,活化反应属于气固 相系统的多相反应,活化过程中包括物理和化学两个过程整个过程包括气相中的活 化剂向焦化料外表面的扩散、活化剂向焦化料内表面进行扩散、活化剂被焦化料表面 所吸附、焦化料表面发生气化反应生成中间产物(表面络合物)、中间产物分解成反应 产物、反应产物脱附、脱附下来的反应产物由焦化料内表面向外表面扩散等过程。

气体活化法所用的原料称为焦化料焦化料在焦化过程中就形成了活化所需要的 表面积和初孔结构,不过由于初孔孔隙被焦化过程中生成的一些无序的无定形碳或焦 油馏出物所堵塞或封闭,因此焦化料的比表面积很小气体活化的过程就是通过气化 反应使焦化料原来闭塞的孔开放、原有孔隙的扩大及孔壁烧失、某些结构经选择性活 化而产生新孔的过程。在一定的活化烧失率范围内,活化气体与焦化料的气化反应程 度越深,生产出的活性焦比表面积就越大、孔隙就越发达、活性焦的吸附性能就越好。

催化活化法是气体活化法工艺的一种发展,它是在焦化料生产过程中加入少量的 催化剂(一种或几种),当焦化料进行活化时,催化剂催化焦化料与水蒸汽、二氧化碳 (烟道气)等活化剂的气化反应,生产出具有特殊孔隙结构或高吸附性能的活性焦产品。

气体活化法基本适合于所有含碳材料用于制造活性焦的生产过程。

目前,国内外气体活化法生产活性焦最常用的活化气体(活化剂)是水蒸汽和烟 道气,烟道气则是水蒸汽活化过程中产生的煤气经过燃烧而制得,活化过程是水蒸汽 和烟道气的交替活化或二者的混合气体活化。

气体活化法是在高温下进行,生产过程中产生的废气是以二氧化碳和水蒸汽的形 式排放,同时生产过程中基本没有废水产生,因此对环境的污染很小。

气体活化法生产的活性焦孔径范围比较大,产品的应用范围比较广。由于需要首 先对原料进行焦化处理,因此气体活化法基本适合于所有含碳材料制造活性焦的生产 过程,尤其是对兰炭为原料的活性焦生产,气体活化法不仅非常适用,而且产品得率高。以兰炭为原料采用气体活化法生产活性焦,一般活性焦产品得率(相对原料)高达30°%50°%。

2)工艺技术描述

气体活化法生产煤基活性焦,其基本原理都是一致的,即采用水蒸汽、烟道气(主要成分为CO2)或其混合气体等含氧气体作为活化剂,在高温下与炭接触发生氧化还原反应进行活化,生成一氧化碳、二氧 化碳、氢气和其它碳氢化合物气体,通过碳的气化反应(“烧失”)达到在碳粒中造孔 的目的。其主要化学反应式如下:



三个反应均是吸热反应,即随着活化反应的进行,活化炉的活化反应区域温度将 逐步下降,如果活化区域的温度低于800°C上述活化反应就不能正常进行,所以在 活化炉的活化反应区域需要同时通入部分空气与活化产生的煤气燃烧补充热量,或通过补充外加热源,以保证活化炉活化反应区域的活化温度。

活化反应属于气固相系统的多相反应,活化过程中包括物理和化学两个过程,整 个过程包括气相中的活化剂向炭化料外表面的扩散、活化剂向炭化料内表面的扩散、 活化剂被炭化料内外表面所吸附、炭化料表面发生气化反应生成中间产物(表面络合 物)、中间产物分解成反应产物、反应产物脱附、脱附下来的反应产物由炭化料内表面 向外表面扩散等过程。目前的研宄表明,活化反应通过以下三个阶段最终达到活化造孔的目的。

第一阶段是炭化时形成的但却被无序的碳原子及杂原子所堵塞的孔隙的打开,即 高温下,活化气体首先与无序碳原子及杂原子发生反应。

第二阶段是打开的孔隙不断扩大、贯通及向纵深发展,孔隙边缘的碳原子由于具 有不饱和结构,易于与活化气体发生反应,从而造成孔隙的不断扩大和向纵深发展。

第三阶段是新孔隙的形成,随着活化反应的不断进行,新的不饱和碳原子或活性 点则暴露于微晶表面,于是这些新的活性点又能同活化气体的其它分子进行反应,微 晶表面的这种不均匀的燃烧就不断地导致新孔隙的形成。

活化工艺控制的主要操作条件包括活化温度、活化时间、活化剂的流量及温度、 加料速度、活化炉内的氧含量等。

3)工艺流程概述

原料兰炭经皮带栈桥输送至活性焦转炉自带料仓,经电磁振动给料机至活性焦转炉通过外热高温活化得到产品活性焦,活性焦经循环水冷却至50°C经皮带栈桥送至震动筛分机大颗粒活性焦,细颗粒送入磨粉机,由磨粉机将细颗粒产品研磨至合格产品,分类产品分别进入成品包装线包装。主要可以分为如下工段

1) 上料工段

利用上料皮带栈桥将兰炭从兰炭库房送至活性焦转炉料仓,经振动喂料机至活性焦转炉。

2) 活化工段

配备活化炉、余热锅炉、汽水换热器、引风机和除尘及脱硫及产品皮带输送栈桥。

3) 筛分工段

经过活化的活性焦分为两部分,一部分直接进入磨粉工段部分进入筛分工段。作为筛上物的粗颗粒产品,直接作为成品进行包装;筛下物的细颗粒继续进入到磨粉工段。

4) 磨粉工段

配备磨粉机,配备斗式提升机和螺旋输送机,用于活化料的运输、磨粉和筛分等作用。

5) 包装工段

配备粉料包装机及颗粒包装机,分别用于粉料和筛分后的颗粒成品料的包装。


回转活化炉特点:

回转活化炉主要由加料装置、炉尾、回转筒体、出料装置、炉头所组成。炉头设有活化气体入口和燃料烧咀。

回转活化炉的工作过程如下:物料从炉尾处进入回转炉内,然后从炉头端的出料 装置连续卸出,同时活化气体混合物(水蒸汽和烟道气)从炉头进入回转炉内,最后经过炉尾焚烧排入烟囡。整个过程中,物料与活化气体混合物逆向流动接触活化。回转活化炉是目前国内外中小企业使用较多的种活化设备它的优点主要是投资小建设周期短;机械化程度高,劳动强度较小;更换原料及调整工艺过程快,开、停炉 方便。

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