[發明專利]一種煙氣內循環的煤基活性炭制備方法

有效

• 申請號: 201610200730.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105776205B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 趙龍;韓曉林;王洪強;崔仕國;張雁江;魯宗虎;趙榮善;舒曉亮
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;神華新疆能源有限責任公司
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/336
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司11012
• 代理人: 尹吉偉

技術領域

本發明屬于煤基活性炭生產領域，特別涉及一種煙氣內循環的煤基活性炭制備方法。

背景技術

自工業革命以來，人類大規模的使用化石能源，已經對我們的生態環境產生了不可逆的巨大不良影響。特別是進入新世紀，溫室效應日趨嚴峻，極端天氣層出不窮，環境污染持續加劇。在這種背景下，世界各國普遍調整能源政策，致力于發展環境友好型的能源利用途徑。

在活性炭生產中，以煤為原料制備煤基活性炭的方法已被廣泛應用，為了使得到的活性炭在使用時具有較高強度，通常需要在煤進行炭化活化前進行成型處理，因此，煤炭高強度成型也是制備高強度活性炭的基礎。

雖然煤粉成型技術已經廣泛的用于原煤的深加工領域，而大多數煤粉成型技術仍需要添加煤瀝青等各種粘結劑，不僅增加成本，而且制成的型煤需要進行晾曬或加熱烘烤，降低生產效率；此外由于常用的煤瀝青、煤焦油等粘結劑在加熱后會融化和揮發，使得最終產品的強度也不高，而且在活性炭生產中，煤瀝青等的殘留物還會堵塞活性炭的孔隙，不利于提高活性炭的品質，因此也限制了無粘結性煤在煤基活性炭制備中的應用。

目前，無粘結劑的煤粉成型研究也越來越成為人們研究的熱點。CN101402454A公開了一種成型活性炭的制備方法，其中煤粉在進行炭化活化處理前進行壓制成型，然而為了不外加粘結劑，其煤粉原料中不得不加入大量的弱粘結性煤和粘結性較強的肥煤，而由于大量粘結性煤的加入，需要在炭化過程中緩慢地增溫以防止顆粒在炭化過程中發泡，并且需要很長的活化時間以使得到的活性炭具有足夠大的表面積。

CN101722669A公開了一種煤粉無粘結劑成型方法及適用該方法的對輥成型機，在該專利中，粒徑不大于6mm且含水量在2～15wt％的煤粉被直接送入特制的對輥成型機進行成型。一方面，該成型方法需要使用特制的對輥成型機，另一方面，當以無粘結性煤為主時，其煤粉成型后的強度也難以讓人滿意。

CN1033262A公開了一種制備活性炭的方法，包括將無粘結性煤粉碎至10μm以下然后進行壓制成型。該專利指出原煤粉碎后的粒徑越小，越有利于增加微粒之間單位重量的接觸點的數目，以增加顆粒中亞微粒之間的粘合力。然而，煤粉粉碎粒徑越小，其團聚可能性越大，考慮到后續壓制成型需要水分，因此水分控制難度大，并且粉碎難度也大，對設備要求高，難以推廣利用。同時，研究發現，煤粉粒徑太細，容易導致壓塊成型后其內部孔隙過細，在制備活性炭時影響后續炭化揮發份的逸出以及活化用氣體向內部孔隙的擴散。

另一方面，在傳統的煤基活性炭生產工藝中，原料煤在成型、造粒后依次經炭化、活化工藝處理，制備活性炭。目前，先進的活性炭生產工藝中往往還包括氧化工藝，即在炭化處理前，首先進行氧化處理。

在炭化前對炭材料進行適當的氧化處理,可以提高活性炭的吸附性能和產率。煤氧化后再經炭化,煤的微晶結構有很大改變。隨著氧化程度的加深,炭化產物微晶的層間距增大,微晶層片平均尺寸減小,石墨化程度下降。氧化不僅可以將煤的大分子側鏈和官能團氧化成為含氧基團并提前脫落,初始孔隙率提高,有利于炭化反應的進行,還使煤分子的芳香核部分破壞,微晶層面發生扭曲或變形,為活化氣體的進一步刻蝕產生新的孔隙奠定了基礎。

目前對原料煤進行氧化處理時，空氣由于容易獲取、成本低，常被用作氧化處理的氧化劑。例如CN203866039U公開了一種用于煤基活性炭制備的氧炭化預處理系統，包括外熱式氧化爐、外熱式炭化爐、冷卻爐；外熱式氧化爐的煙氣出口與煙氣凈化系統連接，外熱式炭化爐的炭化尾氣出口與所述焚燒爐連接，焚燒爐的高溫煙氣為所述外熱式氧化爐和外熱式炭化爐分別供熱；外熱式炭化爐的煙氣出口經換熱器與所述煙氣凈化系統連接，所述換熱器的高溫空氣出口與所述外熱式氧化爐和焚燒爐分別連接，以提供氧化反應所需氧氣。

CN102153079A本發明公開了一種氧炭化法工業化煤制活性炭的方法及系統，首先將煤粉壓塊制成的成型料送入外熱式氧化爐與氧化空氣發生氧化反應生成氧化料；之后將氧化料送入外熱式炭化爐進行炭化處理生成炭化料；然后將炭化料經過冷卻和活化處理后制成的活性炭制品。在活性炭的預處理工序中，采用氧化工藝和炭化工藝兩道工序，其中利用熱空氣作為氧化工藝的氧化劑對成型料表面進行氧化，使活性炭制品的吸附性能和產品得率得到提高。

然而，對于高強度的成型粒料，研究認為，直接以空氣等作為氧化劑并非最佳選擇，難以有效地實現預氧化的預期效果。

發明內容