一种利用物理活化法生产活性炭的工艺.pdf

一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，是在机制秸秆木炭的基础上增加一个活化过程，就是把秸秆木炭破碎后磨成粉末，重新压制成颗粒状，送入特制的外热式回转活化炉中，以气体为活化剂活化制得，本发明的活化原理：活性炭之所以有很强的吸附能力，主要是它具有特殊的微晶结构，极为发达的微孔和巨大的比表面积，制造活性炭的过程就是使炭形成多孔的微晶结构，使秸秆木炭具有极为发达的比表面积，利用这种生产工艺生产出的机制秸秆木炭，产品的质量高，机制秸秆木炭的吸附能力强，不仅可以应用烟花爆竹的生产，而且还可以广泛应用饮用水、酒类、各种清凉饮料用水的净化处理和工业废水、生活污水的深度净化，亦适用于室内空气的净化。

权利要求书
1.  一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，是在机制秸杆木炭的基础上增加一个活化过程，就是把秸杆木炭破碎后磨成粉沫，重新压制成颗粒状，送入特制的外热式回转活化炉中，以气体为活化剂活化制得。

2.  根据权利要求1所述的一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，其生产工艺是：
(1)原料：以秸杆机制木炭为生产原料；
(2)破碎：把棒状或粗颗粒状的秸杆木炭用对辊破碎机破碎成不定型颗粒；
(3)磨粉：将颗粒木炭送球磨机或雷蒙磨进行磨粉，粒径要求140-180目；
(4)搅拌混合：为提高活性炭密度和强度，在木炭粉中加入适量的木焦油或煤沥青为粘合剂，在搅拌机中充分搅拌，混匀为度；
(5)压制成型：混合好的木炭湿料在间歇式冲压机中挤压成型，或在螺旋挤压机中连续挤压成型，挤压机出口钢制花板孔径一般为1.5-8mm(根据需要选择)，挤出的条料有旋切刀切成3-15mm的颗粒，在颗粒上撒一层炭粉，放置老化数小时；
(6)活化：本技术使用的是物理活化法，操作时把压制成型的颗粒料，通过加料装置连续不断地加入特制的外热式回转活化炉内，靠转炉筒体的坡度(一般1％-3％)，由炉头向炉尾移动，物料在移动过程中呈翻转沸腾状态，在炉内经500-600度预热干燥，600-700℃深度炭化，炉中温度达600℃时向内通入适量的水蒸气，水蒸气和物料接触在800-900℃时高温活化，冷却降温至400℃，完成活化过程，通过卸料器排出炉体；
(7)筛选；
(8)包装：活化好的物料冷却后，在振动筛中筛选，除去碎炭，经化验合格后，作为成品包装。筛出的破碎炭可进行磨粉，作为粉状炭包装使用。

3.  根据权利要求1所述的一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，其特征是：本发明使用物理活化法，操作时把压制成型的颗粒料，通过加料装置连续不断地加入特制的外热式回转活化炉内，靠转炉筒体的坡度(一般1％-3％)，由炉头向炉尾移动，物料在移动过程中呈翻转沸腾状态，在炉内经500-600度预热干燥，600-700℃深度炭化，炉中温度达600℃时向内通入适量的水蒸气，水蒸气和物料接触在800-900℃时高温活化，冷却降温至400℃，完成活化过程，通过卸料器排出炉体。

4.  根据权利要求2所述的一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，其特征是：在第4步搅拌混合时：
(1)粘结剂要具有良好的浸润性、渗透性和粘结力，与木炭粉搅拌后具有良好的可塑性，一般采用木焦油作粘结剂，木焦油中沥青的含量对产品的机械强度和吸附能力影响极大，要求焦油中沥青含量约55-60％为宜；
(2)不同规格的产品原辅料、木炭粉、木焦油、水的混合比是：
  孔径1.7-2mm  孔径3.5-5mm  高强度炭  木炭粉(％)  65-67  64-66  60  木焦油(％)  29-32  22-28  40  水(％)  ＜8  ＜8  ＜5
  孔径1.7-2mm  孔径3.5-5mm  高强度炭  最佳温度  60-90度  60-90度  60-90度
根据需要还可调整，但木炭粉和焦油最大比例不得超过2∶1。

5.  根据权利要求2所述的一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，其特征是：在第6步活化时：
(1)开炉前必须温炉，缓慢升温，待炉中温度达500℃时，把炉体转速调整为每分钟3转，给料器调整为每分钟5转，进行加料，快速升温，炉中温度达600℃时通入水蒸气；
(2)保持4小时左右的运转，对产品进行化验，若碘值等均达到或超过规定的要求，可调整产量指标，即提高炉体转速或加大进料量；若碘值等未达到规定指标，可降低炉体转速，延长活化时间；
(3)根据炉温确定水蒸气的供应量，增加水蒸气供应量，有利活化，但水蒸气会降低炉温。一般用量为60-70公斤/小时，表压0.2-0.4。

说明书一种利用物理活化法生产活性炭的工艺
技术领域：
本发明属于农作物秸杆处理技术领域，尤其涉及一种利用物理活化法生产活性炭的工艺。具体的说，是利用麦秸、豆秸、稻草、玉米秸、玉米芯、棉花柴等农作物秸杆，采用物理法生产水处理用活性炭的生产工艺。
背景技术：
水处理用活性炭主要功能是吸附，吸附法是废水处理的一种重要的物化方法，能有效地去除废水中的多种污染物，特别是采用其它方法难以有效处理的剧毒和难降解的污染物，经处理后的水质好，且比较稳定，因而吸附法在废水处理中有着不可取代的作用。随着排放标准的日趋严格，水资源回收利用日益迫切，吸附法在废水处理中的作用将越来越重要。吸附剂的种类较多，如高分子吸附剂、黏土类吸附剂等，最主要的还是活性炭。以往水处理用活性炭的主要原料是优质煤炭，而本方法是用农业废弃物——秸杆为原料，替代日益减少的煤炭资源。
秸杆木炭是通过秸杆炭化制得，秸杆炭化是将秸杆烘干(或晒干)、粉碎，然后在制炭设备(窑、炉)中在隔氧(空气)条件下，经干燥、热解、炭化、冷却等工序，使秸杆制成木炭的过程。产品称为秸杆木炭或秸杆炭。由于秸杆炭与传统的木炭烧制法不同，它以机械加工为主要手段，因而人们又把秸杆木炭称之为机制秸杆木炭或简称机制木炭。
就秸杆木炭生产而言，炭化工艺分为两大类：
一是利用秸杆直接炭化，适宜直接炭化的一般是硬质秸杆，如麻杆、棉杆、玉米芯、棉籽壳、花生壳等。其工艺流程为：秸杆-→晒干或烘干(水份15％以下)-→秸杆铡切成段-→入炭化窑码放(密封闷烧(炭化)-→冷却、包装。由于秸杆中的纤维素、木质素含量较低，炭化后强度较差，不适宜运输和做燃料，此种产品多磨成细粉用于烟花爆竹和炸药中的助燃剂。为了运输方便和特种用途，在直接炭化后的颗粒炭粉，加入一定量的粘结剂，再用压缩成型机挤压成一定规格和形状的成品木炭。但先炭化后成型的秸杆木炭，发热量和含炭量明显降低，因此在实际生产中很少采用。
二是利用固化成型的秸杆炭化，即先成型后炭化，其工艺流程为：秸杆-→铡切-→干燥-→挤压成型-→炭化-→冷却-→包装入库。
因此，炭化是秸杆木炭生产的关键环节，它把挤压成型的秸杆颗粒加入与空气隔绝的封闭炉膛内，逐步加温，达120-150℃开始热解，但速度非常缓慢，主要是秸杆中水份的蒸发，排气孔冒出白色水蒸汽，秸杆的化学组成几乎没有变化。
从以上分析中可以看出，现有的秸杆炭化技术，无论是利用秸杆直接炭化工艺，或是利用固化成型的秸杆炭化即先成型后炭化的工艺，都存在技术缺陷，前者问题是本秸杆木炭的发热量和含炭量化，造成实际生产中无法使用，后者的问题是环境污染严重，所得的产品吸附能力差，不能作为水处理用的活性炭，而只能用于一般烟花爆竹的生产。
发明内容：
为了提高机制秸杆木炭吸附能力和产品质量，增加机制秸杆木炭应用范围，本发明提供一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，利用这种生产工艺生产出的机制秸杆木炭，产品的质量高，机制秸杆木炭的吸附能力强，不仅可以应用烟花爆竹的生产，而且还可以广泛应用饮用水、酒类、各种清凉饮料用水的净化处理和工业废水、生活污水的深度净化，亦适用于室内空气的净化。
本发明是通过以下技术方案实现发明目的的。
一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，是在机制秸杆木炭的基础上增加一个活化过程，就是把秸杆木炭破碎后磨成粉沫，重新压制成颗粒状，送入特制的外热式回转活化炉中，以气体为活化剂活化制得。
1、原料：以秸杆机制木炭为生产原料。
2、破碎：把棒状或粗颗粒状的秸杆木炭用对辊破碎机破碎成不定型颗粒。
3、磨粉：将颗粒木炭送球磨机或雷蒙磨进行磨粉，粒径要求140-180目。
4、搅拌混合：为提高活性炭密度和强度，在木炭粉中加入适量的木焦油或煤沥青为粘合剂，在搅拌机中充分搅拌，混匀为度。
5、压制成型：混合好的木炭湿料在间歇式冲压机中挤压成型，或在螺旋挤压机中连续挤压成型。挤压机出口钢制花板孔径一般为1.5-8mm(根据需要选择)，挤出的条料有旋切刀切成3-15mm的颗粒，在颗粒上撒一层炭粉，放置老化数小时。
6、活化：本技术使用的是物理活化法，操作时把压制成型的颗粒料，通过加料装置连续不断地加入特制的外热式回转活化炉内，靠转炉筒体的坡度(一般1％-3％)，由炉头向炉尾移动。物料在移动过程中呈翻转沸腾状态，在炉内经500-600度预热干燥，600-700℃深度炭化，炉中温度达600℃时向内通入适量的水蒸气，水蒸气和物料接触在800-900℃时高温活化，冷却降温至400℃，完成活化过程，通过卸料器排出炉体。
7、筛选。
8、包装：活化好的物料冷却后，在振动筛中筛选，除去碎炭，经化验合格后，作为成品包装。筛出的破碎炭可进行磨粉，作为粉状炭包装使用。
本发明的活化原理：活性炭之所以有很强的吸附能力，主要是它具有特殊的微晶结构，极为发达的微孔和巨大的比表面积。制造活性炭的过程就是使炭形成多孔的微晶结构，使秸杆木炭具有极为发达的比表面积，称此过程为活化过程。
研究表明，秸杆料炭化期间，大部分非炭元素——氢和氧在高温下以气体形式脱除，而碳元素则形成类似石墨的基本微晶结构，基本微晶的相互排列是不规则的，之间留有一定的空隙，盛满焦油物质，随着温度的增高，焦油物质被析出和分解，但这些空隙又被紊乱的“无定型”炭所堵塞，所以炭化产品(机制木炭)的吸附量很少，不作吸附剂使用而主要作为燃料。
当炭化物进行气体活化时，水蒸气首先进入炭的空隙中，由于水蒸气能阻止炭的燃烧，通过更高温度使空隙中残留的焦油等物质和紊乱的“无定型”炭被充分析出燃烧以及没有吸附活性的气体被清除，这时炭化物已具备了基本的吸附功能。另一方面，随着没有吸附活性的气体被清除，碳的基本微晶的表面就暴露出来，随着炉温上升，微晶烧失，微晶的烧失是以不同的速率在表面的不同部分进行(一般同炭层平面平行的方向比垂直的方向大)，在气体活化剂同炭反映的过程中，孔隙表面暂时生成表面络合物，当它们分解时，以CO或CO2逸出，结果新的不完全饱和的碳原子则暴露微晶表面，于是又能同活化剂的另外分子进行反应，微晶这种不均匀的燃烧就导致新的孔隙出现，在随后的活化过程中，孔隙不断加宽，相邻微孔之间的壁完全被烧毁而形成较大的孔隙，导致过度孔和大孔容积的增加，使木炭变成有吸附能力的活性炭。
本发明使用物理活化法，操作时把压制成型的颗粒料，通过加料装置连续不断地加入特制的外热式回转活化炉内，靠转炉筒体的坡度(一般1％-3％)，由炉头向炉尾移动。物料在移动过程中呈翻转沸腾状态，在炉内经500-600度预热干燥，600-700℃深度炭化，炉中温度达600℃时向内通入适量的水蒸气，水蒸气和物料接触在800-900℃时高温活化，冷却降温至400℃，完成活化过程，通过卸料器排出炉体。
利用这种生产工艺生产出的机制秸杆木炭，产品的质量高，机制秸杆木炭的吸附能力强，不仅可以应用烟花爆竹的生产，而且还可以广泛应用饮用水、酒类、各种清凉饮料用水的净化处理和工业废水、生活污水的深度净化，亦适用于室内空气的净化。
附图说明：
附图是本发明生产工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
1、原料：以秸杆机制木炭为生产原料。
2、破碎：把棒状或粗颗粒状的秸杆木炭用对辊破碎机破碎成不定型颗粒。
3、磨粉：将颗粒木炭送球磨机或雷蒙磨进行磨粉，粒径要求140-180目。
4、搅拌混合：为提高活性炭密度和强度，在木炭粉中加入适量的木焦油或煤沥青为粘合剂，在搅拌机中充分搅拌，混匀为度。
5、压制成型：混合好的木炭湿料在间歇式冲压机中挤压成型，或在螺旋挤压机中连续挤压成型。挤压机出口钢制花板孔径一般为1.5-8mm(根据需要选择)，挤出的条料有旋切刀切成3-15mm的颗粒，在颗粒上撒一层炭粉，放置老化数小时。
6、活化：本技术使用的是物理活化法，操作时把压制成型的颗粒料，通过加料装置连续不断地加入特制的外热式回转活化炉内，靠转炉筒体的坡度(一般1％-3％)，由炉头向炉尾移动。物料在移动过程中呈翻转沸腾状态，在炉内经500-600度预热干燥，600-700℃深度炭化，炉中温度达600℃时向内通入适量的水蒸气，水蒸气和物料接触在800-900℃时高温活化，冷却降温至400℃，完成活化过程，通过卸料器排出炉体。
7、筛选。
8、包装：活化好的物料冷却后，在振动筛中筛选，除去碎炭，经化验合格后，作为成品包装。筛出的破碎炭可进行磨粉，作为粉状炭包装使用。
在第4步搅拌混合时：
(1)粘结剂要具有良好的浸润性、渗透性和粘结力，与木炭粉搅拌后具有良好的可塑性。一般采用木焦油作粘结剂，木焦油中沥青的含量对产品的机械强度和吸附能力影响极大，要求焦油中沥青含量约55-60％为宜，
(2)不同规格的产品原辅料、木炭粉、木焦油、水的混合比是：
   孔径1.7-2mm   孔径3.5-5mm   高强度炭   木炭粉(％)   65-67   64-66   60   木焦油(％)   29-32   22-28   40   水(％)   ＜8   ＜8   ＜5   最佳温度   60-90度   60-90度   60-90度
[0040]根据需要还可调整，但木炭粉和焦油最大比例不得超过2∶1。
在第6步活化时：
(1)开炉前必须温炉，缓慢升温，待炉中温度达500℃时，把炉体转速调整为每分钟3转，给料器调整为每分钟5转，进行加料，快速升温，炉中温度达600℃时通入水蒸气。
(2)保持4小时左右的运转，对产品进行化验，若碘值等均达到或超过规定的要求，可调整产量指标，即提高炉体转速或加大进料量；若碘值等未达到规定指标，可降低炉体转速，延长活化时间。
(3)根据炉温确定水蒸气的供应量，增加水蒸气供应量，有利活化，但水蒸气会降低炉温。一般用量为60-70公斤/小时，表压0.2-0.4。