一種天然氣炭黑制備活性炭的系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統，包括反應室，熱量回收單元，氣固分離器、氣體分離器和活化單元；所述反應室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連；所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連；所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。本實用新型所述的系統綜合利用天然氣部分氧化制備乙炔和合成氣過程中產生的炭黑和二氧化碳，提高了系統的能源利用率，活化過程可控，能制得高比表面積的活性炭。
【專利說明】
一種天然氣炭黑制備活性炭的系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種天然氣炭黑，尤其涉及一種用天然氣炭黑制備活性炭的系統，屬于化工生產領域。
【背景技術】
[0002]天然氣部分氧化生產乙炔和合成氣是目前除電石法外的主要乙炔生產工藝，其中乙炔是一種基礎化工原料，其系列產品制造的最終產品幾乎涉及所有的應用領域，包括合成材料、涂料、農藥、燃料、醫藥、助劑、溶劑、香料等各個行業;合成氣主要成分包括一氧化碳、二氧化碳、氫氣等，另外還含有少量的甲烷，可用于生產合成氨、甲醇、尿素等或用作氣基豎爐直接還原鐵等的還原氣(一氧化碳和氫氣)。天然氣部分氧化生產乙炔和合成氣過程中，會產生大量的炭黑。
[0003]活性炭是一種具有發達的微孔結構和超高比表面積的特殊多孔性炭材料。作為一種傳統而又新穎的炭材料，具有比表面積大、導電性能好、化學穩定性好、再生性能較好、吸附容量大以及不溶于大多數的溶劑等特點，因此早已廣泛應用于化學工業、氣體的富集和分離、食品加工、超級電容器的電極材料、藥物精制、催化劑及催化劑載體、軍事化學保護等領域。活性炭的孔隙結構大小差別很大，不同的孔隙結構具有不同的機能，可將孔分成三類:孔隙的直徑小于2nm為微孔;孔隙的直徑介于2?50nm的為中孔;孔隙直徑大于50nm的為大孔。
[0004]活性炭制備方法主要包括物理活化法和化學活化法，物理活化法一般是指在一定溫度下，將炭化料與水蒸氣、二氧化碳、氧氣或它們的混合氣等活化氣體進行反應，使炭化料活化的一類活化方法。化學活化法是指利用化學試劑對活化對象進行活化的一類方法。化學活化法活化溫度比物理活化法低，容易形成細的孔隙結構，但化學活化對設備腐蝕性大，污染環境，其制得的活性炭中殘留有化學藥品活化劑，應用方面受到限制。與化學活化相比，物理活化制備活性炭的生產工藝簡單、清潔，不存在設備腐蝕和環境污染的問題，制得的活性炭不需要清洗，可直接使用。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統，包括反應室，熱量回收單元，氣固分離器、氣體分離器和活化單元；
[0006]所述反應室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連；
[0007]所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連；
[0008]所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。
[0009]本實用新型中，所述活化單元包括依次連接的活化室和成品室，在連接過程中，所述活化室的固體出口連接于所述成品室的固體入口；所述成品室上設有二氧化碳預熱裝置；
[0010]所述氣固分離器的固體出口與活化室相連的固體入口相連，所述氣體分離器的二氧化碳出口連接至所述二氧化碳預熱裝置，所述二氧化碳的預熱裝置的出口連接至活化室的進氣口。
[0011 ]本實用新型中，所述氣體分離器為變壓吸附塔。
[0012]本實用新型中，所述反應室和熱量回收單元的設置包括兩種情況，第一種情況為:
[0013]所述反應室包括氣化爐，所述氣化爐的外壁上設有天然氣預熱通道，所述預熱通道的出氣口連接至所述氣化爐的原料入口 ；
[0014]所述反應室還包括設于所述氣化爐底部的急冷室，所述氣化爐的下降管插入所述急冷室的冷卻腔中，所述急冷室的氣體出口連接至所述熱量回收單元；
[0015]所述熱量回收單元包括一個熱量回收裝置，所述熱量回收裝置上設有氧氣預熱通道，所述氧氣預熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口，所述熱量回收裝置為管式換熱裝置；
[0016]所述熱量回收裝置的進氣口與所述急冷室的氣體出口相連，所述熱量回收裝置的出氣口與所述氣固分離器相連。
[0017]另一種情況為:
[0018]所述反應室包括氣化爐，所述氣化爐的外壁上設有天然氣預熱通道，所述預熱通道的出氣口連接至所述氣化爐的原料入口 ；
[0019]氣化爐的出口連接至所述熱量回收裝置；
[0020]所述熱量回收單元包括兩個串聯的熱量回收裝置，所述第一個熱量回收裝置的進氣口與所述氣化爐的出氣口相連；
[0021]所述第一個熱量回收裝置的外壁上設有氧氣預熱通道，所述氧氣預熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口 ；
[0022]所述第二個熱量回收裝置上設有二氧化碳預熱通道，所述二氧化碳預熱通道的進口與所述氣體分離器的二氧化碳出口相連，出口與所述活化單元相連；
[0023]第二個熱量回收裝置的出氣口與所述氣固分離器相連；
[0024]所述第一個熱量回收裝置為管式換熱裝置，所述第二個熱量回收裝置為蜂窩狀蓄熱裝置或旋轉換向蓄熱裝置。
[0025]本實用新型所述的裝置，還包括一端連接至活化單元且另一端連接至氣固分離器和氣體分離器之間的煙氣凈化裝置；
[0026]所述煙氣凈化裝置與所述活化室的出氣口相連；
[0027]所述煙氣凈化裝置為除塵凈化裝置。
[0028]本實用新型所述的裝置制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0029]I)將天然氣和氧氣預熱至500?700°C后，通往反應室，反應得到1200?1500°C的高溫產物；
[0030]2)所述高溫產物經熱量回收裝置降溫后通入氣固分離器，得到氣體產物和炭黑，所述氣體產物通向氣體分離器，所述炭黑進入活化單元；
[0031]3)所述氣體產物中的二氧化碳經氣體分離器分離后通入活化單元，在800?950°C下，與其中的炭黑反應生成活性炭。
[0032]還包括如下步驟:活化過程中所產生的煙氣經過煙氣凈化裝置除塵，經過氣體分離器分離后提取還原氣一氧化碳。
[0033]本實用新型所述的裝置具有如下有益效果:
[0034](I)綜合利用天然氣部分氧化制備乙炔和合成氣過程中產生的炭黑和二氧化碳，提高了系統的能源利用率；
[0035](2)利用二氧化碳作為活化劑制備活性炭，活化過程可控，能制得高比表面積的活性炭；
[0036](3)相較于化學活化法來說，利用二氧化碳作為活化劑，活化過程對設備腐蝕小，對環境無污染；
[0037](4)回收利用活化過程中產生的碳氧化合物(一氧化碳)，以及產物高溫活性炭的熱量，提高系統的能源和熱量利用率；
[0038](5)本實用新型利用天然氣部分氧化過程中產生的炭黑制備活性炭，原料中不含各種氧化物(硅、鋁等灰分)存在，且原料粒度為超細粉末，原料與活化劑二氧化碳接觸充分，更有益于得到微孔發達的活性炭。
【附圖說明】
[0039]圖1為天然氣炭黑制備活性炭系統I;
[0040]圖2為天然氣炭黑制備活性炭系統2;
[0041]圖中:1、氣化爐;2、急冷室;3、熱量回收裝置a;4、氧氣預熱通道;5、氣固分離器;6、天然氣預熱通道;7、氣體分離器;8、活化室;9、成品室；10、煙氣凈化裝置;11、二氧化碳預熱裝置;12、熱量回收裝置b; 13、二氧化碳預熱通道。
【具體實施方式】
[0042]以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0043]實施例1
[0044]本實施例涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統，包括反應室，熱量回收單元，氣固分離器5、氣體分離器7和活化單元；
[0045]所述反應室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連；
[0046]所述氣固分離器5的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器7相連；
[0047]所述氣體分離器7的二氧化碳出口與所述活化單元相連。
[0048]所述活化單元包括依次連接的活化室8和成品室9，所述成品室9上設有二氧化碳預熱裝置11;
[0049]所述氣固分離器5的固體出口與所述活化室8相連，所述氣體分離器7的二氧化碳出口連接至所述二氧化碳預熱裝置11，所述二氧化碳預熱裝置11的出氣口連接至活化室8的進氣口。
[0050]實施例2
[0051]本實施例涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統，其結構示意圖如圖1，與實施例I相比，其區別在于:
[0052]所述反應室包括氣化爐I，所述氣化爐的外壁上設有天然氣預熱通道6，所述預熱通道的出氣口連接至所述氣化爐I的原料入口 ；
[0053]所述反應室還包括設于所述氣化爐底部的急冷室2，所述氣化爐的長筒狀出氣管插入所述急冷室2的冷卻腔中，所述急冷室的氣體出口連接至所述熱量回收單元；
[0054]所述熱量回收單元包括熱量回收裝置a3，所述熱量回收裝置a 3上設有氧氣預熱通道4，所述氧氣預熱通道4的出口連接至所述氣化爐I的原料入口，所述熱量回收裝置為管式換熱裝置；
[0055]所述熱量回收裝置a3的進氣口與所述急冷室2的氣體出口相連，所述熱量回收裝置的出氣口與所述氣固分離器5相連。
[0056]所述活化室8與所述氣體分離器7之間設有煙氣凈化裝置10。
[0057]實施例3
[0058]本實施例涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統，其結構示意圖如圖2，與實施例I相比，其區別在于:
[0059]所述反應室包括氣化爐I，所述氣化爐的外壁上設有天然氣預熱通道6，所述預熱通道6的出氣口連接至所述氣化爐I的原料入口 ；
[0060]氣化爐的出口連接至熱量回收裝置a3，熱量回收裝置a 3與熱量回收裝置b 12相連；
[0061]所述熱量回收裝置a3的外壁上設有氧氣預熱通道4，所述氧氣預熱通道的出口連接至所述氣化爐I的原料入口 ；
[0062]所述熱量回收裝置b12上設有二氧化碳預熱通道13，所述二氧化碳預熱通道13的進口與所述氣體分離器7的二氧化碳出口相連，出口與所活化室8相連；
[0063]熱量回收裝置b12的出氣口與所述氣固分離器5相連；
[0064]所述熱量回收裝置a為管式換熱裝置，所述熱量回收裝置b為蜂窩狀蓄熱裝置或旋轉換向蓄熱裝置。
[0065]所述活化室8與所述氣體分離器7之間設有煙氣凈化裝置10。
[0066]實施例4
[0067]本實施例涉及利用實施例2所述的系統制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0068]I)將天然氣和氧氣在天然氣預熱通道和氧氣預熱通道中預熱至500?700°C后，通往氣化爐，反應得到1200?1500 0C的高溫產物；
[0069]2)所述高溫產物經急冷室降溫后停止反應，經熱量回收裝置a回收熱量后通入氣固分離器，得到氣體產物和炭黑，所述氣體產物通向氣體分離器，所述炭黑進入活化室；
[0070]3)對所述氣體產物中的乙炔、一氧化碳和氫氣等還原氣進行收集，二氧化碳分離后通入成品室上的二氧化預熱裝置，加熱至930°C后，與活化室中的炭黑反應生成比表面積為3480m2/g的活性炭。
[0071]4)活化過程中所產生的煙氣經過煙氣凈化裝置除塵，經過氣體分離器分離后回收利用還原氣一氧化碳。
[0072]實施例5
[0073]本實施例涉及利用實施例3所述的裝置制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0074]I)將天然氣和氧氣在天然氣預熱通道和氧氣預熱通道中預熱至500?700°C后，通往氣化爐，反應得到1200?1500 0C的高溫產物；
[0075]2)所述高溫產物經熱量回收裝置a和熱量回收裝置b回收熱量后通入氣固分離器，所述氣體產物通向氣體分離器，所述炭黑進入活化室；
[0076]3)經氣體分離器分離后，對所述氣體產物中的乙炔、一氧化碳和氫氣等還原氣進行收集，將二氧化碳通入熱量回收裝置b上的二氧化碳預熱通道，進行初步加熱，初步加熱后的二氧化碳進入成品室中的二氧化碳預熱裝置，進行再次加熱，加熱至880 0C后，與活化室中的炭黑反應生成比表面積為3275m2/g的活性炭。
[0077]4)活化過程中所產生的煙氣經過煙氣凈化裝置除塵，經過氣體分離器分離后回收利用一氧化碳。
[0078]雖然，上文中已經用一般性說明、【具體實施方式】及試驗，對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本實用新型要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統，其特征在于，包括反應室，熱量回收單元，氣固分離器、氣體分離器和活化單元； 所述反應室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連； 所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連； 所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述活化單元包括依次連接的活化室和成品室，所述成品室上設有二氧化碳預熱裝置； 所述氣固分離器的固體出口與所述活化室固體入口相連，所述氣體分離器的二氧化碳出口連接至所述二氧化碳預熱裝置連接，所述二氧化碳預熱裝置的出氣口連接至所述活化室的進氣口。3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述氣體分離器為變壓吸附塔。4.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述反應室包括氣化爐，所述氣化爐的外壁上設有天然氣預熱通道，所述預熱通道的出氣口連接至所述氣化爐的原料入口。5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述反應室還包括設于所述氣化爐底部的急冷室，所述氣化爐的下降管插入所述急冷室的冷卻腔中，所述急冷室的氣體出口連接至所述熱量回收單元； 所述熱量回收單元包括一個熱量回收裝置，所述熱量回收裝置上設有氧氣預熱通道，所述氧氣預熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口。6.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述熱量回收單元包括兩個串聯的熱量回收裝置，所述第一個熱量回收裝置上設有氧氣預熱通道，所述氧氣預熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口； 所述第二個熱量回收裝置上設有二氧化碳預熱通道，所述二氧化碳預熱通道的進口與所述氣體分離器的二氧化碳出口相連，出口與所述活化單元相連。7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述第一個熱量回收裝置為管式換熱裝置，所述第二個熱量回收裝置為蜂窩狀蓄熱裝置或旋轉換向蓄熱裝置。8.根據權利要求5或7所述的系統，其特征在于，還包括一端連接至活化單元且另一端連接至氣固分離器和氣體分離器之間的煙氣凈化裝置； 所述煙氣凈化裝置的進氣口與所述活化室的出氣口相連。
【文檔編號】C01B31/10GK205575654SQ201620348593
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】張 林, 吳志紅, 楊驥
【申請人】江蘇省星霖碳業股份有限公司