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活性炭的原料炭化是采用气体活化法来实现

发布时间:2012/8/1 9:42:28 浏览次数:896
活性炭气体活化法是把原料炭化以后,用水蒸气、二氧化碳、空气、烟道气等,在600~1 200℃ 下进行活化的方法

    活性炭气体活化法是把原料炭化以后,用水蒸气、二氧化碳、空气、烟道气等,在600~1 200℃ 下进行活化的方法.它的主要工序为炭化和活化,炭化就是将原料加热,预先除去其中的挥发成分,制成适合于下一步活化用的炭化料.炭化过程分为400℃ 以下的一次分解反应,400~700℃ 的氧键断裂反应,700~1 000℃ 的脱氧反应等三个反应阶段,原料无论是链状分子物质还是芳香族分子物质,经过上述三个反应阶段获得缩合苯环平面状分子而形成三向网状结构的炭化物。炭化物的吸附能力低,这是由于炭中含有一部分碳氢化合物、细孔容积小以及细孔被堵塞等原因所致.活化阶段通常由在大约900℃ 下,把炭暴露于氧化性气体介质中,进行处理而构成.活化的上乘阶段,除去被吸附质并使被堵塞的细孔开放;进一步活化,使原来的细孔和通路扩大;随后,由于碳质结构反应性能高的部分的选择性氧化而形成微孔组织。
微波加热法制活性炭
含碳原料在600℃ 以上的温度下进行预热处理,与水蒸气、二氧化碳、含氧气体或活化产生的气体接触,以微波直接加热,即可完成活化.但由通常活化方法能制得活性炭的煤类、石油类、木质类等原料,想用微波加热到完全活化温度是不可能的.例如煤、沥青、木材等原料,若照射微波,较初因水分发热,温度可达100℃ 左右,然后当水分蒸发完 ,发热极小,要升温到100℃ 以上,或不可能或需很长的时间.
活性炭微波加热蒸汽活化法
微波加热蒸汽活化法能使活性炭内部表面积显著扩大.具体过程为:先将原料制成一定粒度和比重,通入水蒸气充分搅拌,使其均匀湿润,根据毛细管现象,植物纤维素原料的各纤维间的微孔中存在着游离水分,从而使原料湿润膨胀,然后,以这些游离水分为电解质,用微波放射,游离水分急剧蒸发,产生蒸汽压,从原料内部向外爆发性压出.如此急剧作用,使纤维间的空间扩大,同时急剧干燥,并产生无数龟裂,原料的多孔结构更为显著,内部表面积进一步扩大.再连续干馏炭化,同时通以蒸汽,蒸汽不断地流到原料的多孔和龟裂的地方,抑制和排除 碳化氢的固着,直至炭化完毕,能很好地保持其多孔结构。
药品活化和气体活化的配合使用
气体活化和药品活化有时还配合起来使用.对受过药品活化处理的炭,进一步进行水蒸气活化,有时能制造出特殊细孔分布的产品,并使幅度很广的细孔数增加.用活性炭处理含有会堵塞炭的细孔的那样物质的气体时,例如,用粒状活性炭从城市煤气中吸附除去苯时,活性炭的细孔被城市煤气中的二烯烃堵塞而迅速老化.为制造这种情况下能使用的活性炭,曾应用过这种配合使用的活化方法.勒吉公司的苯佐尔邦牌活性炭就是有代表性的这类活性炭。
连续炭化活化法
用比较简单的流动加热炉连续进行炭化和限制氧化活化的活性炭生产方法,并且操作省工、产品质量较好.该方法特点是:把含水率调整到l5% ~30% 的活性炭原料,连续地送入流动加热炉,同时由炉底鼓入适量的空气,使炉内进行炭化和限制氧化活化,在原料入炉前到载入炉时,仅向炉内送入少量火种,加上从炉的下部鼓入适量空气,促使原料部分燃烧,以便加热原料本身.炉内温度和炭化速度靠鼓入空气量和投料量进行调整.鼓风除用于原料部分燃烧和加热外,还用于使炭化过程中的粒子流态化和连续不断进行的活化反应中。
流化床一步法制造活性炭
流化床一步法制造活性炭上是近年来发展的煤制活性炭新工艺.该法将原料筛分后直接送入流化床,在初始流化速度下炭化和活化,活化温度和活化气体分布均匀,可有效地活化反应原料.既可处理粉状原料也可处理粒状原料,生产工艺还简单,受到了高度重视.英国国家煤炭局采用该法生产无烟煤活性炭已投入商业运行.但单段流化床一般适合间歇操作,连续操作活化不均匀.田崎米四研究表明,流化床段数的增加,可使连续操作与间歇操作收到相同的活化产品.但该工艺制造成型活性炭时磨损严重,如把粉煤细粒子与成型原料混合活化,磨损可大大减轻,可同时制取粉状和粒状活性炭.工艺比加入惰性细粒子简单,设备生产能力也大.
快速炭化活化法
研究者认为,利用快速热解工艺可以生产廉价的活性炭,这种活性炭有良好的吸附性能,使用后不需再利用,可直接用作气化原料.已有的实验研究结果表明快速热解可显著提高活性炭比表面积,在快速热解过程中引入高温水蒸气介质,对活性炭表面结构有显著影响.邱介山等用落下床辐射炉,以碳酸钾为催化剂,探讨黄县褐煤在水蒸气介质中催化快速炭化生产活性炭的可能性.结果表明:实验中所得活性炭的空隙结构指标和吸附性能指标已达到或接近某些市售活性炭的水平.
褐煤半焦压块活化工艺
目前褐煤制活性炭应用较为普遍的是褐煤半焦压块活化工艺.这种工艺首先将褐煤炭化,然后将半焦粉碎至0.1mm以下,加入沥青粘结剂成型压块,粉碎压块后加入活化炉活化,经筛分或磨细可制得粒状或粉状活性炭.澳大利亚和欧洲采用的都是这种工艺.
活性炭其它的生产方法
以硝酸盐为主的氧化性复合催化剂制备煤基活性炭的新工艺,利用该催化剂将催化和氧化统一起来.结果表明,硝酸钡的活性差,不宜作为催化剂使用;钾化合物是制造活性炭的良好催化剂;助催化剂磷在活性炭空隙结构发展上起着重要的作用;原料中的灰分对催化剂效能的发挥起阻碍作用;实验的复合催化剂可以提高活化反应速度l倍以上,在相同烧失率时获得较高的吸附性能,或在相同的烧失率时提高活化得率,从而降低活性炭的生产成本.澳大利亚Robert将20%氢氧化钾溶液70~75 ml与干燥原煤或酸洗煤20 g混成凝胶膏状,用压塑机压制出直径6 mm的煤段,干燥后直径变为3 mm,坚硬,然后在900℃ 氮气保护下馏16 h,干馏炭用稀酸浸提回收钾盐后制得产品.原煤活性炭表面积为l 340 m /g,酸洗煤活性炭的为l 500 平米/g.在美国也开发类似工艺,但氢氧化钾用量更大,制得粉状活性炭表面积高达3 000 平米 /g.但是在美国将原料褐煤及次烟煤用稀酸(如磷酸)处理,处理目的主要不是浸出矿物质,而是使煤中的一些成分交联,然后直接压块活化制造活性炭,产量和活性都大大提高.

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