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活性炭炭化活化工藝流程

作者:鞏義市盛世凈水材料有限公司時間:2019-09-26 10:40:45

活性炭生產(chǎn)之炭化:

炭化是活性炭制造過程中的主要熱處理工序之一,炭化過程中大部分非炭元素—氫和氧因原料的高溫分解首先以氣體形式被排除,而獲釋的元素碳原子則組合成通稱為基本石墨微晶的有序結(jié)晶生成物。嚴格的說,炭化應(yīng)是在隔絕空氣的條件下進行。炭化是指在低溫下(500℃左右)煤及煤瀝青的熱分解、固化以及煤焦油中低分子物質(zhì)的揮發(fā)。

炭化主要目的:

(1)排除成型料中的揮發(fā)份及水分;

(2)提高炭化料強度,煤焦油中的瀝青成分形成了基本骨架;

(3)使炭顆粒形成初步孔隙。

炭化溫度:

炭化溫度直接影響炭化料的孔隙結(jié)構(gòu)和強度。溫度過低炭化產(chǎn)物無法形成足夠的機械強度,溫度過高則會促使炭化產(chǎn)物中的石墨微晶有序變化,減少微晶之間的空隙,影響活化造孔過程。將無煙煤加熱,其炭化產(chǎn)物中易石墨化成分占主導地位,無煙煤對炭化終溫非常敏感,當溫度升高時就開始收縮,結(jié)果造成在炭化初始階段形成的微孔容積大幅度降低。如炭化爐內(nèi)尾部著火造成的炭化料形成光圈現(xiàn)象,堅硬炭化料,形成易石墨化物質(zhì),難以活化。

炭化溫度對炭化料初始孔隙的形成影響很大,按照炭化過程中溫度的影響,太西煤質(zhì)的炭化料炭化的升溫速度應(yīng)控制在15-20℃/min范圍內(nèi)。高升溫速率能使物料析出更多的焦油和煤氣,降低炭化料產(chǎn)率。降低升溫速率時,物料在低溫區(qū)受熱時間長,熱解反應(yīng)的選擇性較強,初期熱解使物料分子中較弱的鍵斷開,發(fā)生了平行的和順序的熱縮聚反應(yīng),形成具有較高熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu),從而減少高溫熱解析出物的揮發(fā)分產(chǎn)率,獲得更高的固體炭化產(chǎn)物(即炭化料)產(chǎn)率。我們平時說的炭化溫度是指轉(zhuǎn)爐的中部溫度,但中部溫度并不是炭化終溫度。炭化終溫度實際是出料口的溫度,這個溫度終影響炭化料的質(zhì)量。)炭化不僅決定終產(chǎn)品的機械強度等級,還決定終產(chǎn)品的孔結(jié)構(gòu)特性以及常規(guī)吸附性能指標等級。

炭化工藝流程:

(1)物料流程:

成型顆粒經(jīng)運輸機提升直接加入回轉(zhuǎn)爐的加料室內(nèi),借助重力作用落入滾筒內(nèi),沿著滾筒內(nèi)螺旋運動被帶到抄板上,靠筒體的坡度和轉(zhuǎn)動物料由爐尾向爐頭方向移動。物料首先經(jīng)過溫度為200℃的預熱干燥階段,進入350-550℃的炭化階段,在這個過程中,炭粒與熱氣流接觸而進行炭化,排出水分及揮發(fā)分,后經(jīng)卸料口卸出。

(2)氣體流程:

爐尾尾氣在燃燒室中燃燒后,一部分尾氣返回到爐頭,進入滾筒與逆流而來的炭粒直接接觸進行炭化;另外一部分進入余熱鍋爐進行換熱,換熱后的煙道氣從煙筒排出。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽部分送到活化工序和換熱站,部分返回爐頭與尾氣混合后進入炭化爐。

活性炭生產(chǎn)之活化:

賦予炭顆?;钚裕固啃纬啥嗫椎奈⒕ЫY(jié)構(gòu),具有發(fā)達的表面積的過程稱為活化過程?;罨椒ㄍǔS腥N,即化學藥品活化法、物理化學聯(lián)合活化法和物理活化法。

(1)化學藥品活化法

即將含碳原料與化學藥品活化劑混捏,然后炭化、活化制取活性炭。藥品有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及K2S等。

(2)物理化學聯(lián)合活化法

一般行化學藥品活化,然后進行物理活化。由物理活化法特別是用水蒸氣活化制成的產(chǎn)品,微孔發(fā)達,對氣相物質(zhì)有很好的吸附力,當然也可以通過控制炭的活化程度而用于液相吸附;由化學藥品活化法制得的活性炭次微孔發(fā)達,多用于液相吸附。

(3)物理活化法(氣體活化法)

在活化過程中通入氣體活化劑如二氧化碳,水蒸氣,空氣等。活化反應(yīng)通過以下三個階段終達到活化造孔的目的:

一階段:開放原來的閉塞孔。即高溫下,活化氣體首先與無序碳原子及雜原子發(fā)生反應(yīng),將炭化時已經(jīng)形成但卻被無序的碳原子及雜原子所堵塞的孔隙打開,將基本微晶表面暴露出來。

二階段:擴大原有孔隙。在此階段暴露出來的基本微晶表面上的碳原子與活化氣體發(fā)生氧化反應(yīng)被燒失,使得打開的孔隙不斷擴大、貫通及向縱深發(fā)展。

三階段:形成新的孔隙。微晶表面上的碳原子的燒失是不均勻的,同炭層平行方向的燒失速率高于垂直方向,微晶邊角和缺陷位置的碳原子即活性位更易與活化氣體反應(yīng)。

同時,隨著活化反應(yīng)的不斷進行,新的活性位暴露于微晶表面,于是這些新的活性點又能同活化氣體進行反應(yīng)。微晶表面的這種不均勻的燃燒不斷地導致新孔隙的形成。隨著活化反應(yīng)的進行,孔隙不斷擴大,相鄰微孔之間的孔壁被完全燒失而形成較大孔隙,導致中孔和大孔孔容的增加,從而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相連接的孔隙結(jié)構(gòu),具有發(fā)達的比表面積。

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