專利名稱：一種煤基壓塊活性炭的制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制備活性炭的工藝，具體地，涉及一種用寬溝不粘煤制備煤基壓 塊活性炭的工藝。
背景技術：
煤基活性炭是一種新型的活性炭產品。其生產原料多采用具有一定黏結性的原煤 為原料，或者在原煤中加入粘合劑作為原料，通過磨粉、壓塊、炭化、活化工藝生產煤基壓塊 活性炭。目前國內僅有少數幾家企業以長焰煤為原料生產壓塊活性炭。而采用不粘煤為原料，生產的煤基壓塊活性炭往往無法在滿足其吸附性(碘值) 的基礎上保證產品強度及堆比重，因此很少有人以不粘煤為原料生產煤基壓塊活性炭。新 疆寬溝煤礦出產的不粘煤具有鏡質組分高，灰份低等特點，從某些指標上看是一種優良的 煤基壓塊活性炭的原料；但由于其黏結性較差，尚未有人以其為原料開發出高強度的煤基 壓塊活性炭。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術中的上述缺陷，提出一種在滿足其吸附性基礎上可 同時保證產品強度及堆比重的煤基活性炭的制備工藝。實現上述目的的技術方案如下一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，包括原料選取、磨粉、壓塊、炭化及活化工序，所 述原料包括寬溝不粘煤和氣肥煤，兩者質量配比為60 90 40 10。進一步地，在所述炭化工序前增加了氧化工序，該氧化工序以150 30(TC熱空氣 為氧化劑，物料和氧化劑體積比彡15%，氧化溫度為180 250°C，氧化時間為2 3小時。進一步地，所述炭化工序中，炭化溫度為低溫區200 250 °C，高溫區550 600°C，物料升溫速率在3 8°C /min，物料在高溫度區間停留時間10 20min。進一步地，所述活化工序是以水蒸氣和含氧30 95%的富氧空氣作為活化劑， 兩者的物質量比為2 6 1，物料質量同活化劑質量比為1 4 8，活化溫度為920 950°C，活化時間為4 6小時。進一步地，經磨粉后得到的煤粉325目篩通過率> 80%和180目篩通過率> 90%。進一步地，在磨粉的同時采用80 160°C熱空氣和氮氣對煤粉進行干燥，熱空氣 和氮氣的體積比為2 2. 5 1，最終煤粉水份< 2%。進一步地，所述壓塊工序可采用對輥壓塊機成型，對輥間線壓力5 15t/cm，壓塊 機溫度控制在60 100°C。即本發明以寬溝出產的不粘煤為原料，在配煤工序中，配入了特殊的黏結性煤種， 并在工藝中添加了氧化工序，對一般生產工藝中煤粉顆粒分布、成型壓力、炭活化溫度、時 間等工藝參數進行了調整；同時以緩慢炭化技術代替了傳統的快速炭化工藝，并在活化設備中通富氧空氣。下面將對本發明的發明內容進行進一步的詳細說明1)配煤以新疆寬溝煤礦所生產不粘煤為原料，由于其黏結性較差，采用傳統工藝，產品強 度無法滿足活化工序及最終產品強度要求，傳統的粘合劑為媒浙青及焦油。而為了提高其 強度，本工藝以氣肥煤代替傳統的黏結劑，在提高最終產品強度的同時降低了生產成本。2)破碎，磨粉，干燥配煤后的原料通過破碎，磨粉，使原煤充分混合。并調整其煤粉的細度，在保證壓 塊料的強度同時確保壓塊料中存在細微空隙，以便在氧化和炭化工序中水分及揮發份能順 利逸出，并提供了活化劑向內擴散的路徑。3)煤粉的壓塊成型工藝在壓力及剪切力作用下煤粉間發生一些縮聚反應和物理吸附作用，從而成型。同 時壓塊機溫度需要控制在一定范圍之間以提高反應活性，但溫度過高會使原煤內水蒸發， 影響強度和縮聚反應。煤粉壓塊成型后稱作壓塊料。4)壓塊料的破碎和篩分，檢測。壓塊料經破碎機破碎，振動篩分后，合格料控制粒度控制在6 18目或8 32目。壓塊料的粒度較大，在氧化工序中會影響氧化劑的擴散，炭化工序中則影響揮發 份的釋出，需破碎后并進入下一道工序。壓塊料的強度同時也影響氧化料的得率及炭化料 的最終強度。因此需要對壓塊料進行控制。5)氧化工序采用適當的熱空氣對壓塊料進行氧化處理，可以降低起膨脹性和結焦性，避免在 炭化工序中發生碎裂，影響強度或結焦，影響活化工序的進行。同時氧化還能大幅度提高活 性炭成品的吸附性能，加快活化反應速度，提高活化爐的生產效率。氧化后的壓塊料稱作氧 化料。6)炭化工序炭化工序是氣體活化法生產活性炭中的重要工序，在該階段主要發生煤的熱分 解，解聚為主，形成膠質并固化成半焦。合適的炭化溫度及升溫速度可顯著提高最終產品的 強度和活化速度。7)活化工序在活化前期，炭化工序中形成的封閉空隙及空隙表面的無序碳與水發生水煤反應 而被清除，原來的封閉孔被打開，并在孔壁上產生一些新孔，原有孔隙尺寸也發生擴大，活 化后期，被吸附在炭表面上的烴分子被水蒸氣清除、新的表面化學官能團形成，產生對吸附 質具有吸附能力的表面“活性位”。將炭化料的活化燒蝕范圍控制在一定范圍內，可生產出 具有比表面積大，孔隙發達，吸附性好的活性炭。范圍過小，吸附性無法滿足需要，而范圍過 大，則吸附性和強度均明顯下降。因此針對不同的原料，活化時間，溫度，得率控制非常重 要，在活化工序中，加入富氧空氣能提高活化氣體的氧化性，調整活化反應工序，加大中孔 的生產的速率，同時富氧空氣還能同爐內活化尾氣反應，有利于控制活化溫度，同時減少活 化劑的用量。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果
1、采用特殊的黏結性煤種氣肥煤與具有鏡質組分高、灰份低特點的新疆寬溝出產 的不粘煤為原材料，克服了以不粘煤為原料生產煤基壓塊活性炭不能保證其強度和堆比重 的缺陷，在提高最終產品強度的同時降低了生產成本。2、與傳統工藝相比，在炭化工序前增加了氧化工序，可以降低壓塊料起膨脹性和 結焦性，避免在炭化工序中發生碎裂，影響強度或結焦，影響活化工序的進行。同時氧化還 能大幅度提高活性炭成品的吸附性能，加快活化反應速度，提高活化爐的生產效率。3、以緩慢炭化技術代替了傳統的快速炭化工序，可以顯著提高最終產品的強度和 活化速度。4、在活化工序中，加入富氧空氣能提高活化氣體的氧化性，調整活化反應工序，加 大中孔的生產的速率，同時富氧空氣還能同爐內活化尾氣反應，有利于控制活化溫度，同時 減少活化劑的用量。5、采用該工藝，以寬溝不粘煤為主原料，配合黏結性氣肥煤，可生產出碘吸附值 1050mg/g以上，同時強度> 90%，堆比重> 450g/L的高品質壓塊活性炭。
具體實施例方式以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用 于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明所選用的主原料為新疆寬溝出產的不粘煤，配料為氣肥煤。實施例1(1)將原料分別進行清洗、干燥，精選除去矸石，煤泥等雜質，然后從中稱取寬溝不 粘煤80kg，氣肥煤20kg;(2)將步驟(1)中稱取的原料混合，采用中速磨進行磨粉，煤粉325目篩通過率約 為86%，180目篩通過率約為91%;在磨粉的同時采用80°C熱空氣+氮氣(體積比為2 1) 對煤粉進行干燥；該干燥工藝可使熱源和煤粉充分接觸，并將部分原煤內水蒸發出來；同 時加入氮氣避免粉塵爆炸的風險。最終煤粉水分控制< 2%。(3)將步驟O)中得到的煤粉采用對輥壓塊機成型，對輥間線壓力達到5t/cm，壓 塊機溫度控制在60°C，煤粉成型后稱作壓塊料，所得壓塊料強度在80以上，堆比重在650g/ 1以上。(4)將步驟( 得到的壓塊料利用錘式破碎(解碎)機組進行破碎，破碎后成粒度 為6 18目的物料，并通過振動篩選機組篩除細料及粉料。(5)步驟中得到的物料(除去細料及粉料)加入外加熱式氧化轉爐中，以 150°C熱空氣為氧化劑，氧化溫度控制在180°C，物料和熱空氣體積比不大于15%;氧化時間 為2. 0小時，氧化后物料稱作氧化料。(6)將步驟(5)中得到氧化料送入炭化爐中，爐內溫度控制范圍為低溫區200 2500C，高溫區550 600°C。要求物料升溫速率為4°C /min,物料在最高溫度區間停留時間 為lOmin。炭化后的氧化料稱為炭化料。炭化料控制強度> 600，揮發份控制在15 20% 之間。(7)將步驟(6)中得到炭化料送入活化爐內，采用水蒸氣為活化劑，活化溫度為 920°C。同時通入含氧30%的富氧空氣，富氧空氣同水蒸氣物質量比為1 3。物料質量同活化劑質量比為1 4，炭化料在活化爐內停留時間為4小時即能產出合格產品。活化壓力 為微負壓工作條件，活化后為最終產品。經檢測，總產品的碘值為1050mg/g，強度為92，堆比重為462g/L。實施例2(1)將原料分別進行清洗、干燥，精選除去矸石，煤泥等雜質，然后從中稱取寬溝不 粘煤60kg，氣肥煤40kg;(2)將步驟(1)中稱取的原料混合，采用中速磨進行磨粉，煤粉325目篩通過率 約為81%，180目篩通過率約為90% ；在磨粉的同時采用100°C熱空氣+氮氣(體積比為 2.2 1)對煤粉進行干燥；該干燥工藝可使熱源和煤粉充分接觸，并將部分原煤內水蒸發 出來；同時加入氮氣避免粉塵爆炸的風險。最終煤粉水分控制< 2%。(3)將步驟O)中得到的煤粉采用對輥壓塊機成型，對輥間線壓力達到9t/cm，壓 塊機溫度控制在70°C，煤粉成型后稱作壓塊料，所得壓塊料強度在80以上，堆比重在650g/ 1以上。(4)將步驟( 得到的壓塊料利用錘式破碎(解碎)機組進行破碎，破碎后成粒度 為8 32目的物料，并通過振動篩選機組篩除細料及粉料。(5)步驟(4)中得到的物料(除去細料及粉料)加入外加熱式氧化轉爐中，以 200°C熱空氣為氧化劑，氧化溫度控制在200°C，物料和熱空氣體積比不大于15%;氧化時間 為2小時，氧化后物料稱作氧化料。(6)將步驟(5)中得到氧化料送入炭化爐中，爐內溫度控制范圍為低溫區200 250°C，高溫區550 600°C。要求物料升溫速率為3°C /min，物料在最高溫度區間提留時間 為15min。炭化后的氧化料稱為炭化料。炭化料控制強度> 600，揮發份控制在15 20% 之間。(7)將步驟(6)中得到炭化料送入活化爐內，采用水蒸氣為活化劑，活化溫度為 930°C。同時通入含氧50%的富氧空氣，富氧空氣同水蒸氣物質量比為1 2。物料質量同 活化劑質量比為1 5，炭化料在活化爐內停留時間為4小時即能產出合格產品。活化壓力 為微負壓工作條件，活化后為最終產品。經檢測，總產品的碘值為1055mg/g，強度為91，堆比重為460g/L。實施例3(1)將原料分別進行清洗、干燥，精選除去矸石，煤泥等雜質，然后從中稱取寬溝不 粘煤70kg，氣肥煤30kg;(2)將步驟(1)中稱取的原料混合，采用中速磨進行磨粉，煤粉325目篩通過率 約為88%，180目篩通過率約為95% ；在磨粉的同時采用125°C熱空氣+氮氣(體積比為 2 1)對煤粉進行干燥；該干燥工藝可使熱源和煤粉充分接觸，并將部分原煤內水蒸發出 來；同時加入氮氣避免粉塵爆炸的風險。最終煤粉水分控制< 2%。(3)將步驟(2)中得到的煤粉采用對輥壓塊機成型，對輥間線壓力達到12t/cm，壓 塊機溫度控制在85°C，煤粉成型后稱作壓塊料，所得壓塊料強度在80以上，堆比重在650g/ 1以上。(4)將步驟( 得到的壓塊料利用錘式破碎(解碎)機組進行破碎，破碎后成粒度 為6 18目的物料，并通過振動篩選機組篩除細料及粉料。
(5)步驟中得到的物料(除去細料及粉料)加入外加熱式氧化轉爐中，以 250°C熱空氣為氧化劑，氧化溫度控制在220°C，物料和熱空氣體積比不大于15% ；氧化時間 為2. 5小時，氧化后物料稱作氧化料。(6)將步驟(5)中得到氧化料送入炭化爐中，爐內溫度控制范圍為低溫區200 250°C，高溫區550 600°C。要求物料升溫速率為6°C /min，物料在最高溫度區間提留時間 為18min。炭化后的氧化料稱為炭化料。炭化料控制強度> 600，揮發份控制在15 20% 之間。(7)將步驟(6)中得到炭化料送入活化爐內，采用水蒸氣為活化劑，活化溫度為 940°C。同時通入含氧80%的富氧空氣，富氧空氣同水蒸氣物質量比為1 5。物料質量同 活化劑質量比為1 6，炭化料在活化爐內停留時間為5小時即能產出合格產品。活化壓力 為微負壓工作條件，活化后為最終產品。經檢測，總產品的碘值為1060mg/g，強度為93，堆比重為450g/L。實施例4(1)將原料分別進行清洗、干燥，精選除去矸石，煤泥等雜質，然后從中稱取寬溝不 粘煤90kg，氣肥煤IOkg;(2)將步驟⑴中稱取的原料混合，采用中速磨進行磨粉，煤粉325目篩通過率 約為83%，180目篩通過率約為92% ；在磨粉的同時采用160°C熱空氣+氮氣(體積比為 2.5 1)對煤粉進行干燥；該干燥工藝可使熱源和煤粉充分接觸，并將部分原煤內水蒸發 出來；同時加入氮氣避免粉塵爆炸的風險。最終煤粉水分控制< 2%。(3)將步驟O)中得到的煤粉采用對輥壓塊機成型，對輥間線壓力達到15t/cm， 壓塊機溫度控制在100°c，煤粉成型后稱作壓塊料，所得壓塊料強度在80以上，堆比重在 650g/l 以上。(4)將步驟( 得到的壓塊料利用錘式破碎(解碎)機組進行破碎，破碎后成粒度 為8 32目的物料，并通過振動篩選機組篩除細料及粉料。(5)步驟中得到的物料(除去細料及粉料)加入外加熱式氧化轉爐中，以 300°C熱空氣為氧化劑，氧化溫度控制在250°C，物料和熱空氣體積比不15% ；氧化時間為3 小時，氧化后物料稱作氧化料。(6)將步驟(5)中得到氧化料送入炭化爐中，爐內溫度控制范圍為低溫區200 250°C，高溫區550 600°C。要求物料升溫速率為8°C /min，物料在最高溫度區間提留時間 為20min。炭化后的氧化料稱為炭化料。炭化料控制強度> 600，揮發份控制在15 20% 之間。(7)將步驟(6)中得到炭化料送入活化爐內，采用水蒸氣為活化劑，活化溫度為 950°C。同時通入含氧95%的富氧空氣，富氧空氣同水蒸氣物質量比為1 6。物料質量同 活化劑質量比為1 8，炭化料在活化爐內停留時間為6小時即能產出合格產品。活化壓力 為微負壓工作條件，活化后為最終產品。經檢測，總產品的碘值為1058mg/g，強度為93，堆比重為473g/L。最后應說明的是以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明， 盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可 以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的 保護范圍之內。
權利要求
1.一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，包括原料選取、磨粉、壓塊、炭化及活化工序，其特 征在于，所述原料包括寬溝不粘煤和氣肥煤，兩者質量配比為60 90 40 10。
2.根據權利要求1所述的一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，其特征在于，在所述炭化 工序前增加了氧化工序，該氧化工序以150 300°C熱空氣為氧化劑，物料和氧化劑體積比 彡15%，氧化溫度為180 250°C，氧化時間為2 3小時。
3.根據權利要求1或2所述的一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，其特征在于，所述炭化 工序中，炭化溫度為低溫區200 250°C，高溫區550 600°C，物料升溫速率在3 8°C / min，物料在高溫度區間停留時間10 20min。
4.根據權利要求3所述的一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，其特征在于，所述活化工 序是以水蒸氣和含氧30 95%的富氧空氣作為活化劑，兩者的物質量比為2 6 1，物 料質量同活化劑質量比為1 4 8，活化溫度為920 950°C，活化時間為4 6小時。
5.根據權利要求4所述的一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，其特征在于，經磨粉后得 到的煤粉325目篩通過率> 80%和180目篩通過率> 90%。
6.根據權利要求4所述的一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，其特征在于，在磨粉的同 時采用80 160°C熱空氣和氮氣對煤粉進行干燥，熱空氣和氮氣的體積比為2 2. 5 1， 最終煤粉水份<2%。
7.根據權利要求4所述的一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，其特征在于，所述壓塊工 序可采用對輥壓塊機成型，對輥間線壓力5 15t/cm，壓塊機溫度控制在60 100°C。
全文摘要
本發明公開了一種煤基壓塊活性炭的制備工藝，以寬溝出產的不粘煤為主原料，在配煤工序中，配入了特殊的黏結性煤種氣肥煤，進一步地，在工藝中添加了氧化工序，對一般生產工藝中煤粉顆粒分布、成型壓力、炭活化溫度、時間等工藝參數進行了調整；同時以緩慢炭化技術代替了傳統的快速炭化工序，并在活化設備中通富氧空氣。通過該工藝制備出的煤基活性炭在滿足其碘吸附性的基礎上，可以保證產品強度及堆比重，具有較好的工業應用價值。
文檔編號C01B31/08GK102126722SQ20101000079
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者冀占成, 韓曉林, 馬彥威 申請人:神華新疆能源有限責任公司