一種基于多段耙式爐的煤基活性炭活化方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于煤基活性炭制備領域，尤其涉及一種基于多段耙式爐的煤基活性炭活 化方法。
【背景技術】
[0002] 由于活性炭具有高度發達的孔隙結構和極大的比表面積，其應用范圍從用于食品 和醫藥的脫色與除味、防毒面具，發展到大規模用于溶劑精制與回收、水深度處理、煙氣凈 化、血液凈化等，對活性炭的性能也提出了新的、更高的要求。
[0003] 另外，粉狀活性炭雖然具備較發達的微孔和中孔，但是由于其粉狀形態，限制了應 用領域。在活性炭生產中，以煤為原料制備煤基活性炭的方法已被廣泛應用，然而大多數煤 粉成型技術仍需要添加煤瀝青等粘結劑，不僅增加成本，而且在活性炭生產中，煤瀝青等的 殘留物還會堵塞活性炭的孔隙；或者煤粉原料中加入粘結性煤，而由于大量粘結性煤的加 入，在炭化過程中容易發泡，不利于提高活性炭的品質。
[0004] 此外，為了使得到的活性炭在使用時具有較高強度，通常需要在煤進行炭化活化 前進行成型處理，以使原料煤成型并進而制備高強度活性炭。現有的煤質成型活性炭主要 包括圓柱狀顆粒活性炭、壓塊狀顆粒活性炭和破碎狀活性炭等。
[0005] 對于高強度的成型粒料，特別是在成型過程中未添加粘結劑和粘結性煤的成型粒 料，容易在制備活性炭的過程中影響揮發份的逸出以及活化用氣體向內部孔隙的擴散，導 致制備的活性炭的產品較差，總體吸附能力偏弱。例如，CN1033262A公開了一種制備活性炭 的方法，包括將無粘結性煤粉碎至1〇μπι以下然后進行壓制成型。該專利指出原煤粉碎后的 粒徑越小，越有利于增加微粒之間單位重量的接觸點的數目，以增加顆粒中亞微粒之間的 粘合力。然而，煤粉粉碎粒徑越小，其團聚可能性越大，考慮到后續壓制成型需要水分，因此 水分控制難度大，并且粉碎難度也大，對設備要求高，難以推廣利用。同時，研究發現，煤粉 粒徑太細，容易導致壓塊成型后其內部孔隙過細，在制備活性炭時影響后續炭化揮發份的 逸出以及活化用氣體向內部孔隙的擴散。
[0006]如此，傳統方法制備的煤質顆粒活性炭不能完全滿足要求。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種基于多段耙式爐的煤基活性炭活化方法，以提高煤質 顆粒活性炭的品質。
[0008] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0009] -種基于多段耙式爐的煤基活性炭活化方法，利用多段耙式爐對炭化料進行活化 處理，以制備煤基活性炭;所述炭化料為煤炭成型粒料經過氧化處理和炭化處理所得;所述 多段耙式爐設有15~20層，其中自上至下第1至4層為升溫段、倒數第1至2層為降溫段，其余 為活化段;所述活化段和降溫段的各層均設有空氣進口和水蒸汽進口；活化時，通過調節空 氣和水蒸氣的進氣量來調節所述活化段和降溫段各層的溫度，以使所述活化段各層的溫度 為880°C~920°C，并且物料在落入所述降溫段后溫度逐步降低;所述水蒸氣的用量為所述 炭化料進料質量的3~4倍;物料在所述活化段內的停留時間為3~8小時。
[0010]所述多段耙式爐為本領域技術人員所熟知，例如炭化料從多段耙式活化爐頂中央 進料，落入活化爐第一層，在第一層的耙齒攪動下由內向外移動，然后由第一層外側的料孔 落入活化爐第二層，然后在第二層的耙齒攪動下由外向內翻動，并由第二層中央的料孔落 入下一層;依次類推，直到落入活化爐底層爐床，最后經底部的出料口卸出。
[0011] 在本發明中，所述活化段和降溫段的各層均設有空氣進口和水蒸汽進口，以便引 入空氣和水蒸氣。其中，利用空氣作為活化劑時，空氣中的氧氣與炭發生氧化反應，生成一 氧化碳或二氧化碳，兩者皆為放熱反應，會導致活化段溫度升高;而利用水蒸氣作為活化劑 時，水與炭發生還原反應氫氣和一氧化碳，會吸收熱量，會導致活化段溫度降低。因此，本發 明同時利用空氣和水蒸氣作為活化劑，從而可以分別利用兩者各自的放熱反應和吸熱反 應，在活化時通過調節空氣和水蒸氣的進氣量來調節所述活化段和降溫段各層的溫度，以 使所述活化段各層的溫度為880°c~920°c，g卩，當活化段某一層的溫度低于880°C時可以相 應地增加空氣進量或減少水蒸氣進量;而當某一層的溫度高于920°C時可以相應地減少空 氣進量或增加水蒸氣進量，從而使活化段溫度成功穩定在880°C~920°C。根據本發明的煤 基活性炭活化方法，優選地，所述活化段各層的煙氣中水蒸氣的含量為40~50vol%;優選 地，C0含量不小于2vol%，進一步優選為2vol%~5vol%，以提高活化效果。
[0012] 根據本發明的煤基活性炭活化方法，優選地，所述煤炭成型粒料為原料煤經過壓 塊成型得到，或者原料煤經過壓塊成型后再破碎造粒得到，本領域技術人員理解，即使經過 破碎造粒，破碎后的粒料仍具有高強度。對物料進行破碎造粒可以采用本領域技術人員所 熟知的那些方式，例如采用破碎機進行破碎造粒，優選地，通過造粒是物料粒徑在1mm~ 10mm，更優選6 · 7mm~8mm之間。
[0013] 根據本發明的煤基活性炭活化方法，優選地，所述原料煤為無粘結性煤，其壓塊成 型過程包括：
[0014] a、將原料煤進行粉碎以得到煤粉的步驟，所述煤粉的平均粒徑不小于20μπι，其中， 粒徑不大于80μηι的煤粉含量不小于90wt% ;粒徑為40μηι~80μηι的煤粉含量不小于10wt% ;
[0015] b、將步驟a得到的煤粉送入壓塊成型設備的給料倉內，并對所述給料倉內的物料 進行脫氣處理的步驟；
[0016] c、使所述給料倉內物料的溫度為50 °C~100 °C、水分含量為2wt %~8wt %的調節 步驟;和
[0017] d、將所述給料倉內的物料送入成型設備進行壓塊成型的步驟。
[0018] 所述無粘結性煤為本領域所熟知，即，按粘結指數G分類，0~5為無粘結性煤，5~ 20為弱粘結性煤，20~50為中等偏弱粘結性煤，50~65為中等偏強粘結性煤，大于65為強粘 結性煤。
[0019] 本領域技術人員理解，原料煤的粘結指數越高，越有利于成型制備強度較高的型 煤，而原料煤的粘結指數越低，則成型制備強度較高的型煤的難度越大。本發明的成型方法 特別適用于以無粘結性煤或以無粘結性煤為主的原料煤的成型，例如，所述原料煤全部為 無粘結性煤，或者所述原料煤中無粘結性煤的含量大于50wt%，比如為60wt%、70wt%、 80wt%或90wt%，其余部分可以是弱粘結性煤等。在本發明中，優選地，所述無粘結性煤的 粘結指數為< 2,例如為0、1或2。
[0020] 在上述成型過程中，步驟a為對原料煤進行粉碎以得到具有特定粒度分布的煤粉。 研究發現，當所述煤粉具有上述力度分布時，在成型過程中可以實現不同粒徑煤粉的合理 級配，提高成型強度。優選地，步驟a所得的煤粉中，粒徑不大于80μπι的煤粉含量不小于 95wt% ;粒徑不大于40μπι的煤粉含量不小于70wt% ;進一步優選地，所述煤粉的平均粒徑為 20μηι~40μηι，例如30μηι;更優選地，所述煤粉的粒徑不大于200μηι，例如不大于150μηι，或者不 大于100μπι。本領域技術人員理解，可以通過選用相應的標準篩對粉碎后的原料煤進行篩 分，從而得到具有上述粒度分布的煤粉。當然，本領域人員理解，本發明的原料煤在使用前 最好經過脫除矸石和/或降低灰分等處理，例如使灰分含量不大于6wt %，例如3wt %。
[0021] 在上述成型過程中，步驟b為將所述煤粉送入壓塊成型設備的給料倉內，并對所述 給料倉內的物料進行脫氣處理，以減少煤粉顆粒間及表面吸附的空氣，從而有利于提高成 型強度。本領域技術人員了解，可以通過對所述給料倉進行抽氣(或抽真空）以達到脫氣的 目的，例如可以在所述給料倉的頂部和/或側壁上設置濾板(確保氣體能逸出而煤粉不會逸 出），在所述濾板背面連接抽真空設備，以使煤粉中吸附的氣體通過濾板及真空系統排出。 優選地，步驟b中，所述給料倉內的壓力為負壓，其負壓為0~3kPa(本領域技術人員理解，由 于是負壓，其中〇這一端點值不可包含在內），例如〇.6kPa、lkPa或2kPa進一步優選地調節所 述給料倉的負壓為2.5kPa~3kPa。
[0022] 在上述成型過程中，步驟c為對所述煤粉的溫度和水分進行調整，以使所述給料倉 內物料的溫度為50 °C~100°C、水分含量為2wt %~8wt % ;優選地，使所述給料倉內物料的 溫度為70°C~85°C、水分含量為2wt%~6wt%。其中，合理的水分含量可在后續的壓制成型 過程中起到物