活性炭的堿活化反應裝置和堿活化制備系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種活性炭的堿活化反應裝置，包括外坩堝、內坩堝和坩堝蓋，內坩堝用于盛裝活性炭的反應原料，并且內坩堝置于外坩堝內；坩堝蓋扣在外坩堝的底壁上，并罩在內坩堝外；坩堝蓋與外坩堝的周向側壁之間具有防護結構；防護結構能夠防止外界氧氣進入該堿活化反應裝置內，并能使內坩堝內活性炭的反應原料發生反應產生的氣體逸出該堿活化反應裝置外。本堿活化反應裝置中防護結構既起到防護外界氧氣，又使活性炭的反應原料反應形成的鉀蒸氣逸出，避免鉀蒸氣富集，解決鉀蒸汽凝結成鉀金屬后產生的危險。本發明還公開一種活性炭的堿活化制備系統，其應用了上述活性炭的堿活化反應裝置，安全性更高。
【專利說明】
活性炭的堿活化反應裝置和堿活化制備系統
技術領域
[0001]本發明涉及機械工業技術領域，更具體地說，涉及一種活性炭的堿活化反應裝置，還涉及一種活性炭的堿活化制備系統。
【背景技術】
[0002 ]由堿活化工藝制備的活性炭的比表面積可高達3500m2/g-4000m2/g，是超級電容器理想的電極材料。
[0003]現有技術中，進行堿活化工藝的過程中需采用氮氣作為保護氣體，以隔絕氧氣，確保含炭原料與氫氧化鉀反應形成活性炭，但是含炭原料與氫氧化鉀反應后會形成鉀蒸氣，鉀蒸氣在上述氮氣的隔絕作用下無法揮發而發生富集，并易在低溫區凝結形成大量鉀，而鉀是一種非常活躍的金屬，其熔點為39°C，沸點為762°C，在室溫下即可與空氣發生反應，高溫下遇空氣會發生劇烈燃燒甚至爆炸，上述在低溫度凝結而成的金屬鉀存在較大安全隱患，安全性差。
[0004]綜上所述，如何在活性炭的堿活化生產過程中避免鉀蒸氣富集，防止鉀蒸氣形成大量鉀金屬而產生安全隱患，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供一種活性炭的堿活化反應裝置，其防護結構既能夠防止外界氧氣進入，又能使其內部產生的氣體逸出，避免鉀蒸氣富集，從而防止鉀蒸氣凝結成大量鉀金屬而產生安全隱患。本發明還提供一種活性炭的堿活化制備系統，其應用了上述堿活化反應裝置，安全性更高。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]—種活性炭的堿活化反應裝置，包括:
[0008]外坩禍；
[0009]內坩禍，所述內坩禍用于盛裝所述活性炭的反應原料，并且所述內坩禍置于所述外坩禍內；
[0010]坩禍蓋，所述坩禍蓋扣在所述外坩禍的底壁上，并且所述坩禍蓋罩在所述內坩禍外；
[0011]其中，所述坩禍蓋與所述外坩禍的周向側壁之間具有防護結構，所述防護結構能夠防止外界氧氣進入該堿活化反應裝置，并且能夠使所述內坩禍內產生的氣體逸出該堿活化反應裝置。
[0012]優選的，上述活性炭的堿活化反應裝置中，所述防護結構包括氧氣防護層，所述氧氣防護層用于防止外界氧氣進入所述內坩禍。
[0013]優選的，上述活性炭的堿活化反應裝置中，所述氧氣防護層由在高溫下具有還原性的顆粒組成。
[0014]優選的，上述活性炭的堿活化反應裝置中，所述防護結構還包括石棉層，所述石棉層設置在所述氧氣防護層上方。
[0015]—種活性炭的堿活化制備系統，包括:反應裝置和生產窯爐，其中，所述反應裝置為上述技術方案中任意一項所述的堿活化反應裝置。
[0016]優選的，上述活性炭的堿活化制備系統中，所述生產窯爐的隧道中入口和出口之間設有用于沿所述隧道輸送所述反應裝置的傳送裝置；
[0017]所述隧道沿所述入口到所述出口的方向依次分布有預熱區、加熱區和冷卻區，以使所述反應裝置中活性炭的反應原料能夠在各個區域內逐漸反應并形成活性炭。
[0018]優選的，上述活性炭的堿活化制備系統中，所述加熱區包括低溫區和高溫區，所述低溫區緊靠所述預熱區，所述高溫區緊靠所述冷卻區。
[0019]優選的，上述活性炭的堿活化制備系統中，所述冷卻區包括水冷區和夾在所述水冷區和所述加熱區之間的氣冷區。
[0020]優選的，上述活性炭的堿活化制備系統中，所述加熱區和所述冷卻區之間設有固定在所述生產窯爐內的保溫隔熱板。
[0021]優選的，上述活性炭的堿活化制備系統中，所述生產窯爐中與所述加熱區對應的位置處設有天然氣輸入口、進風口，以及排氣口，所述天然氣輸入口和所述進風口分別設置于所述生產窯爐下方;所述排氣口設置于所述生產窯爐上方。
[0022]本發明提供一種活性炭的堿活化反應裝置，其包括外坩禍、內坩禍和坩禍蓋，內坩禍用于盛裝活性炭的反應原料，并且內坩禍置于外坩禍內；坩禍蓋扣在外坩禍的底壁上，并且坩禍蓋罩在內坩禍外;其中，坩禍蓋與外坩禍的周向側壁之間具有防護結構;上述防護結構能夠防止外界氧氣進入該堿活化反應裝置內，并且能夠使內坩禍內活性炭的反應原料發生反應產生的氣體逸出該堿活化反應裝置外。
[0023]本發明提供的堿活化反應裝置采用防護結構進行防護，防護結構既起到防護外界氧氣的作用，又能使活性炭的反應原料反應形成的鉀蒸氣逸出，避免鉀蒸氣富集，避免富集的鉀蒸氣因遇冷而形成大量鉀金屬，從而避免鉀金屬因易燃易爆而產生的危險，提高活性炭的堿活化生產的安全性。
[0024]本發明還提供一種活性炭的堿活化制備系統，其應用了上述活性炭的堿活化反應裝置，安全性更高。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發明實施例提供的活性炭的堿活化反應裝置的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明實施例提供的活性炭的堿活化制備系統的結構示意圖；
[0028]圖3為圖2中A-A的剖視圖；
[0029]其中，圖1-圖3中:
[0030]堿活化反應裝置100;內坩禍101;坩禍蓋102;外坩禍103;氧氣防護層201;石棉層202;生產窯爐300;傳送裝置301;保溫層302;排氣口 303;預熱區31;低溫區32;高溫區33;氣冷區34;水冷區35。
【具體實施方式】
[0031]本發明實施例公開了一種活性炭的堿活化反應裝置，其防護結構既能夠防止外界氧氣進入，又能使其內部產生的氣體逸出，避免鉀蒸氣富集，從而防止鉀蒸氣凝結成大量鉀金屬而產生安全隱患。本發明實施例還公開了一種活性炭的堿活化制備系統，其應用了上述堿活化反應裝置，安全性更高。
[0032]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0033]請參閱圖1-圖3，本發明實施例提供一種活性炭的堿活化反應裝置100，其包括外坩禍103、內坩禍101和坩禍蓋102;內坩禍101用于盛裝活性炭的反應原料，并且內坩禍101置于外i甘禍103內甘禍蓋102扣在外i甘禍103的底壁上，并且i甘禍蓋102罩在內i甘禍101外；其中，外坩禍103的周向側壁與坩禍蓋102之間的縫隙內設有防護結構;上述防護結構能夠防止外界氧氣進入該堿活化反應裝置100內，并且能夠使內坩禍101內活性炭的反應原料發生反應產生的氣體逸出該堿活化反應裝置100外。
[0034]本發明實施例提供的堿活化反應裝置100采用防護結構進行防護，既起到防護外界氧氣的作用，又能使活性炭的反應原料發生反應產生的鉀蒸氣逸出，防止鉀蒸氣富集，避免富集的鉀蒸氣因遇冷而形成大量鉀金屬，從而避免上述大量鉀金屬因易燃易爆而產生的危險，提高活性炭的堿活化生產的安全性。
[0035]另外，上述堿活化反應裝置100使鉀蒸氣直接逸出，使得鉀蒸氣能夠在為上述堿活化反應裝置100提供反應環境的窯爐內直接燃燒并形成其它更為穩定的含鉀物質，從而完全避免鉀蒸氣的危害，于生產安全有益。
[0036]同時，活性炭采用堿活化工藝生產的過程中，原料不僅產生鉀蒸氣，還產生其它的可燃性氣體，而現有技術中上述可燃性氣體在氮氣的作用下無法在爐膛內燃燒，需經后續處理后方能排放，造成生產設備復雜，不利于大規模生產，而應用本發明實施例提供的堿活化反應裝置100后上述可燃性氣體可實時排入窯爐內燃燒，能夠省去上述后續處理的過程，利于簡化設備，并便于大規模生產活性炭。
[0037]具體的，上述活性炭的堿活化反應裝置100中，防護結構包括氧氣防護層201所述氧氣防護層201用于防止外界氧氣進入該活化反應裝置內并到達內坩禍101中。
[0038]優選的，上述活性炭的堿活化反應裝置100中，氧氣防護層201設置為由在高溫下具有還原性的顆粒組成，確保其既不影響內坩禍101中的氣體逸出，又防止外界氧氣進入堿活化反應裝置100內。具體上述氧氣防護層201可設置為銅粉層、鐵粉層、石墨粉層或者石油焦粉層等，本實施例不做具體限定。
[0039]進一步的，上述活性炭的堿活化反應裝置100中，防護結構還包括石棉層202，石棉層202設置在氧氣防護層201上方。石棉層202—方面能夠避免外界氧氣直接與氧氣防護層201接觸，于防止氧氣進入該堿活化反應裝置100內有利，另一方面能使反應原料發生活化反應時逸出的鉀蒸氣以及其他可燃性氣體在石棉層上方燃燒，隔絕外界火焰，于堿活化反應裝置100的安全生產有益。
[0040]本發明實施例還提供一種活性炭的堿活化制備系統，其包括反應裝置和生產窯爐300，其中，反應裝置為上述實施例提供的堿活化反應裝置100。
[0041]本發明實施例提供的堿活化制備系統應用了上述實施例提供的堿活化反應裝置100，能夠消除生產過程中鉀蒸氣富集產生的安全隱患，安全性更高。當然，本發明實施例提供的堿活化制備系統還具有上述實施例提供的有關堿活化反應裝置100的其它效果，在此不再贅述。
[0042]上述堿活化制備系統中，生產窯爐300內設有隧道，該隧道的入口和出口之間設有用于沿該隧道輸送上述反應裝置的傳送裝置301。具體該傳送裝置301可設置為推板式傳送裝置、傳送輥式傳送裝置或者鏈條式傳送裝置等，本實施例對傳送裝置301的種類不做限定，其僅需能夠在生產窯爐300的內部環境中實現傳送反應裝置即可。
[0043]具體的，上述堿活化制備系統中，隧道沿其入口到其出口的方向依次分布有預熱區31、加熱區和冷卻區，以使反應裝置中活性炭的反應原料能夠在各個區域內逐漸反應并形成活性炭。顯然，本實施例提供的堿活化制備系統中，反應裝置沿隧道傳輸完成后原料直接生成活性炭，避免了反應裝置在多個設備之間輪轉以分別進行堿活化生產工序的各步驟，并且傳送裝置301能夠沿隧道同時傳送多個反應裝置，實現連續生產，可見，該堿活化制備系統能夠大規模生產活性炭，解決現有技術中堿活化工藝只能在實驗室中小規模進行的問題。
[0044]為了便于活性炭的反應原料在堿活化工藝中逐步反應，上述加熱區包括低溫區32和高溫區33，低溫區32緊靠預熱區31，高溫區33緊靠冷卻區。
[0045]另外，上述冷卻區設置為包括水冷區35和氣冷區34，氣冷區34夾在水冷區35和加熱區之間。冷卻區中氣冷區34的冷卻效率低于水冷區35，既能夠實現對反應裝置進行冷卻，又避免溫度過低而影響加熱區的溫度，防止加熱區消耗過多能量維持其高溫環境，利于節省能源。同時冷卻區包括氣冷區34和水冷區35，實現對反應裝置分級冷卻，于反應裝置的冷卻效率有益。上述氣冷區34是采用自然風冷卻，水冷區35是利用設置在生產窯爐300內的冷卻水夾套進行冷卻。
[0046]優選的，上述活性炭的堿活化制備系統中，加熱區和冷卻區之間設有固定在生產窯爐300內的保溫隔熱板，以防加熱區的熱量過多地散至冷卻區，既有利加熱區保持其預設溫度，又利于冷卻區對反應裝置進行冷卻。
[0047]上述生產窯爐300中與加熱區對應的位置處設有天然氣輸入口、進風口，以及排氣口 303，天然氣輸入口和進風口分別設置于生產窯爐300下方;排氣口 303設置于生產窯爐300上方。應用時天然氣和空氣分別由天然氣輸入口、進風口輸入生產窯爐300內并燃燒，燃燒完成后的氣體產物由排氣口 303排出，另外，內坩禍101中逸出的氣體經燃燒后產生的氣體產物亦是由上述排氣口 303排出。
[0048]由于實際生產中加熱區會向預熱區31輻射熱量，故一般預熱區31不需設置額外的熱源，但為了滿足特殊環境中的生產需要，上述堿活化制備系統的生產窯爐300中與預熱區31對應的位置處亦設置有位于生產窯爐300下方的天然氣輸入口、進風口，以及位于生產窯爐300上方的排氣口 303，有需要時利用上述天然氣輸入口和進風口分別向預熱區31輸入天然氣和空氣，并使天然氣燃燒即可。
[0049]具體的，上述活性炭的堿活化制備系統的生產窯爐300中，預熱區31的溫度范圍為250°C_400°C，低溫區32的溫度范圍為400°C_550°C，高溫區33的溫度范圍為700°C_950°C。為了精確控制各區域的溫度，上述各區域分別設置有溫度檢測器，當任意區域的溫度低于其溫度范圍的最低值時，調節該區域內的天然氣的燃燒量即可調節該區域的溫度至預設范圍，具體調節過程和方式，本實施例不做限定。當然，為了保持溫度，生產窯爐300外側與預熱區31和加熱區對應的位置處均包裹有保溫層302。
[0050]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0051]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種活性炭的堿活化反應裝置，其特征在于，包括: 外坩禍； 內坩禍，所述內坩禍用于盛裝所述活性炭的反應原料，并且所述內坩禍置于所述外坩禍內； 坩禍蓋，所述坩禍蓋扣在所述外坩禍的底壁上，并且所述坩禍蓋罩在所述內坩禍外； 其中，所述坩禍蓋與所述外坩禍的周向側壁之間具有防護結構，所述防護結構能夠防止外界氧氣進入該堿活化反應裝置，并且能夠使所述內坩禍內產生的氣體逸出該堿活化反應裝置。2.根據權利要求1所述的活性炭的堿活化反應裝置，其特征在于，所述防護結構包括氧氣防護層，所述氧氣防護層用于防止外界氧氣進入所述內坩禍。3.根據權利要求2所述的活性炭的堿活化反應裝置，其特征在于，所述氧氣防護層由在高溫下具有還原性的顆粒組成。4.根據權利要求2所述的活性炭的堿活化反應裝置，其特征在于，所述防護結構還包括石棉層，所述石棉層設置在所述氧氣防護層上方。5.—種活性炭的堿活化制備系統，其特征在于，包括:反應裝置和生產窯爐，其中，所述反應裝置為權利要求1-4任意一項所述的堿活化反應裝置。6.根據權利要求5所述的活性炭的堿活化制備系統，其特征在于，所述生產窯爐的隧道中入口和出口之間設有用于沿所述隧道輸送所述反應裝置的傳送裝置； 所述隧道沿所述入口到所述出口的方向依次分布有預熱區、加熱區和冷卻區，以使所述反應裝置中活性炭的反應原料能夠在各個區域內逐漸反應并形成活性炭。7.根據權利要求6所述的活性炭的堿活化制備系統，其特征在于，所述加熱區包括低溫區和高溫區，所述低溫區緊靠所述預熱區，所述高溫區緊靠所述冷卻區。8.根據權利要求6所述的活性炭的堿活化制備系統，其特征在于，所述冷卻區包括水冷區和夾在所述水冷區和所述加熱區之間的氣冷區。9.根據權利要求6所述的活性炭的堿活化制備系統，其特征在于，所述加熱區和所述冷卻區之間設有固定在所述生產窯爐內的保溫隔熱板。10.根據權利要求6-9任意一項所述的活性炭的堿活化制備系統，其特征在于，所述生產窯爐中與所述加熱區對應的位置處設有天然氣輸入口、進風口，以及排氣口，所述天然氣輸入口和所述進風口分別設置于所述生產窯爐下方;所述排氣口設置于所述生產窯爐上方。
【文檔編號】C01B31/12GK105948043SQ201610445283
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】程金杰, 張在忠, 陳忠洲
【申請人】山東歐鉑新材料有限公司