[實用新型]一種堿活化制造活性炭的尾氣連續處理裝置

有效

• 申請號: 201320801106.2
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN203620487U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 陳再華
• 申請（專利權）人: 浙江富來森中竹科技有限公司;浙江富來森能源科技有限公司
• 主分類號: B01D53/34
• 分類號: B01D53/34;C01B31/12;C01D15/02;C01D1/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本實用新型涉及產業化堿活化制造活性炭的堿金屬連續安全處理裝置。

背景技術

高比表面積活性炭擁有極其發達的細孔結構，作為吸附劑在各種領域被廣泛地應用。另外，在固體觸媒、觸媒載體等方面的應用也極具前景。近年來，高比表面積、高純度的活性炭作為超級電容器（EDLC）以及燃料電池的電極材料倍受注目。活性炭制造時的活化方式一般分為氣體活化和藥品活化，氣體活化是采用二氧化碳、水蒸氣等氣體來進行的；藥品活化是通過氯化鋅、磷酸、堿金屬氫氧化物（KOH、NaOH等）等化學藥品來活化的。而其中KOH的活化效果最好，不但所得的活性炭比表面積高、細孔分布合理，而且活性炭的收率也高，制備的堿活化活性炭是目前最適合的超級電容器等的關鍵電極材料。但是，堿活化技術應用于活性炭的產業化連續制造還是有困難的。因為KOH經活化后一部分以碳酸鉀等化合物的形式殘留在產物中，另一部分以金屬鉀蒸氣的形式隨熱氣流離開反應爐（容器）。由于堿金屬的凝固點高，堿金屬蒸氣在遇冷時易凝固，在排氣管內壁析出并成長為堿金屬結晶體，在遇到空氣、水分時會激烈反應，可能會伴隨著燃燒、爆炸的危險發生。這種生產安全隱患的存在，導致該活性炭的產業化的困難。

因此，在利用KOH等進行堿活化大量生產活性炭時，應該注意堿金屬引起的危險，要及時對產生的金屬鉀進行處理。目前，在不連續堿活化制造活性炭工藝上采用了一些堿金屬的處理方法，如在活化容器上加蓋減少氣體排放面和排放量，在氣體排放孔（或縫隙）上設置木炭、竹炭、活性炭等多孔質材料，其原理是利用吸附來吸收堿金屬、以及這些炭材料在高溫下被氧化產生的二氧化碳等與堿金屬反應形成堿金屬的碳酸鹽來達到處理目的。這種方法雖然可以處理部分堿金屬減少安全隱患，但存在許多問題，如①無法完全處理堿金屬，安全隱患依然存在；②使用多孔質材料增加成本；③產生的氣體無法通暢排出活化容器，內部壓力增大使活化反應受影響，活化效率降低；④增加堿的使用量，提高成本的同時也給之后的洗滌、排水處理增加困難；⑤該方法只能適合于間歇式生產，不能用于連續生產，操作困難、生產性低，而且能源浪費大。還有如申請號200610034388.2、200610123444.X的專利文獻，其中提到利用煤油保存金屬鉀，但沒有提到具體的回收方案和措施。該方法為一般的常識，在產業化生產堿活化的活性炭中的具體應用是困難的，如排氣管中的金屬鉀如何處理、高溫下煤油的安全措施等。申請號200710022323.0的專利文獻中提到一種緩和反應過程中生成的金屬鉀危害的方法，即在活化爐中導入一定量的水蒸氣或甲醇或乙醇，與金屬鉀反應生成KOH或醇鉀，減少金屬鉀的排除，達到降低安全隱患的目的。但該方法只能減輕安全隱患，并不能完全解決安全問題。另外，在堿活化中添加這些在高溫下氧化性極強的物質，不但在高溫下產生大量的氫氣而帶來新的安全隱患，而且減少活性炭的收率和活化效果，還會影響活性炭的細孔性能等品質。另外CN101069804A的專利文獻中提出了一種采用惰性氣體和水蒸氣的混合氣體來處理堿活化尾氣的方法，其主要原理是通過含堿金屬的活化尾氣直接與含水蒸氣和惰性氣體的潮濕氣體接觸，通過“2K?+?2H₂O==2KOH?+?H₂↑”的反應，把堿金屬轉變為堿（氫氧化物），從而消除堿金屬的安全隱患。但該實用新型有以下2點缺陷，（1）沒有提出消除所產生的氫氣和熱量的技術手段。我們知道，堿金屬（如K、Na等）是十分活潑的金屬，當它與水（水蒸氣）直接接觸后會產生劇烈反應，出現火花并產生氫氣（H₂），氫氣在火花存在下極易產生爆炸。（2）沒有對涉及對尾氣的輸送管的安全處理。活化尾氣中的堿金屬在高溫的活化爐內是以氣體形式存在，但隨著在排氣管中向外排放的過程中，其溫度會逐漸下降，但溫度下降到堿金屬的熔點以下時，堿金屬會凝固，以結晶形態附著在排氣管內壁，久而久之在排氣管內壁會形成較大顆粒的堿金屬塊，當堿金屬塊遇到潮濕空氣時會發生劇烈爆炸，輕易地把排氣管炸掉，還會對周圍產生破壞，包括人員傷亡。所以該方法是不安全的，不適應于實際生產上的應用。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種堿活化制造活性炭的尾氣連續處理裝置，在無需封閉排氣孔、不與水蒸氣直接接觸等的情況下，能夠安全連續處理活化時產生的堿金屬、且操作維護安全方便。為此，本實用新型采用以下技術方案：