專利名稱：連續(xù)制備活性炭纖維或其織物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及炭纖維或其織物的炭化活化裝置。
活性炭纖維(ACF)直徑細、外表面積和比表面積都很大、孔徑分布窄，故吸附和脫附效率高。其吸附速率是粒狀活性炭的10-100倍，吸附容量是后者的5-10倍。它還可制成纖維、布、氈等不同形態(tài)供用戶選擇并具有高強度、不易粉化、壽命長等優(yōu)點。制備活性炭纖維或其織物的原料是有機纖維或其織物，其制備過程是將其在高溫、隋性保護氣氛下進行炭化和活化使非碳原子脫離，從而提高其碳含量，與此同時，殘留的碳原子還必須維持原有形態(tài)的骨架以保持制品原有的強度。在制造活性碳制品時，還應(yīng)在含有CO2、H2O或微量氧的活化介質(zhì)中使之形成一定的孔隙和含氧管能團并增大其比表面積。
目前，制備活性炭纖維或其織物的設(shè)備分為間歇式或連續(xù)式。間歇式裝置產(chǎn)量低、能耗大、制品均勻性差，使用推廣受到一定限制。連續(xù)工藝則不僅產(chǎn)量高、成本低，還可提高產(chǎn)品質(zhì)量。有關(guān)連續(xù)裝置的報導，如日本松下電器公司獲準的美國專利(USP 41,814,148)提供一種立式活化爐，該活化爐使有機物料垂直從上往下，通過單一爐體進行炭化和活化，以惰性氣體作保護氣，活化介質(zhì)采用水蒸汽從爐體中部及下部的三個噴口供給。在這種單一炭化活化爐中由于水蒸汽噴口的設(shè)計導致形成氣流死角，物料可能活化不均勻。另外，物料低溫熱解形成的焦油有可能在制品上二次沉積，使制品發(fā)脆，影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，該活化爐不具有對廢氣進行處理的功能。
本實用新型的目的在于提供一種可連續(xù)化操作的制備活性炭纖維或其織物的活化炭化裝置。該裝置可對廢氣進行處理，爐內(nèi)由于水蒸汽分布管的均勻排列，使物料活化均勻質(zhì)量高。
本實用新型的制備活性炭纖維或其織物的裝置包括立式低溫炭化爐和高溫炭化活化爐兩部分，兩爐體通過中間段連接，高溫炭化活化爐內(nèi)垂直布置有活化水蒸汽分布管，兩爐體上均設(shè)置保護氣體入口及廢氣排出口，高溫炭化活化爐的下部縮口段通過軟式透明材料與密封箱連接，密封箱上設(shè)置保護氣體入口。
本實用新型在炭化活化過程中采用與眾不同的保護氣氛，即含70-80％的氮、8-12％的二氧化碳、10-14％的H2、CO、CH4等組成的氮基氣體，因此，裝置上的各保護氣入口均通過管線直接與氮基發(fā)生器的排氣口連接，將該氮氣發(fā)生器所生產(chǎn)的燃燒氣通過所設(shè)置的氣體入口輸入爐內(nèi)作為保護氣源使用。
本實用新型為防止爐體排出廢氣對大氣的污染，在廢氣排氣管上安裝一套由熱交換器和催化燃燒器構(gòu)成的廢氣處理器，對來自爐體的大量含氰化氫的氣體進行催化處理，采用氧化鋁纖維載鈀、鉑催化劑，使氰化氫的凈化率達96％，排放尾氣中氰化氮的含量可降至0.72PPm以下。
本實用新型的連續(xù)制備活性炭纖維或其織物的裝置與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.與燃燒式氮氣發(fā)生器連接，使保護氣源來之容易，設(shè)備簡單經(jīng)濟實用；2.爐體密封性能好，便于觀察，操作和控制；3.物料在兩段爐內(nèi)均勻地炭化活化，使產(chǎn)品質(zhì)量得到保證；4.由于對排放廢氣進行了處理，使排空氣體不再污染環(huán)境。
下面通過附圖
對本實用新型作進一步說明。
附圖所示為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1是滾軸，2、5、11、14均為保護氣入口，3是低溫碳化爐，4是中間段，6是活化介質(zhì)分布管，7是高溫碳化活化爐，8是電阻絲，9是保溫材料，10是爐體外殼，12是軟式透明材料形成的連接段，13是密封箱，15活化介質(zhì)入口，16是廢氣排出口，17是熱交換器，18是催化燃燒器，19是排風機。
如圖所示，該炭化活化裝置包括立式低溫炭化爐3和高溫炭化活化爐7兩部分，兩爐體通過中間段4用法蘭連接為一體。兩爐體均由高溫電阻絲8加熱，外殼10內(nèi)填充保溫材料9(例如硅酸鋁絲維氈)保溫。炭化活化爐7內(nèi)垂直布置有活化介質(zhì)分布管6，可將活化介質(zhì)(水蒸汽)均勻分布于整個爐體內(nèi)，不存在死角。爐體7下部的縮口段用軟式透明材料12與用于收料的密封箱13密封連接。由氮氣發(fā)生器產(chǎn)生出的燃燒氣通過保護氣入口2、5、11和14通入爐體內(nèi)作為炭化活化保護氣源，活化介質(zhì)水蒸汽從高溫炭化活化爐底部的入口15經(jīng)置于爐內(nèi)不同部位的分布管6均勻噴出。在低溫碳化爐3的下部及高溫炭化活化爐7的上部設(shè)有廢氣排出口16。
由于炭化活化廢氣中含有較多的氰化氫，直接排放會使空氣污染，因此本實用新型在廢氣排出口16處連接一個熱交換口17，使經(jīng)過熱交換后的廢氣進入催化燃燒器18，在催化劑的作用下，使包括氰化氫在內(nèi)的可燃物燃燒后，再經(jīng)排風機19排入大氣。所說的催化燃燒器中所使用的催化劑可以是市售的氧化鋁纖維載貴金屬鈀、鉑催化劑，在燃燒處理時加入適量空氣作氧化介質(zhì)，在控制適當?shù)姆磻?yīng)溫度和空氣流量時可使氰化氫的凈化率達96％左右，排放尾氣中氰化氫含量可降至0.72PPm以下。
整個設(shè)備是一個密封系統(tǒng)，爐體底部連接密封箱13，其上的保護氣入口使保護氣從底部輸入可避免由于熱氣流而形成的煙囪效應(yīng)。密封箱與收縮段之間聯(lián)接的軟式透明材料12則有助于在密封隔絕狀態(tài)下觀察爐體內(nèi)部物料的動態(tài)及爐體加熱狀態(tài)，便于整個工藝的觀察、控制與操作。為避免物料在送入時夾帶空氣進入爐體內(nèi)部，在低溫炭化爐上部也送入一定量的保護氣體，其方向為由內(nèi)向外吹出，這一措施同時也起到氣封爐頂?shù)淖饔谩?br> 本實用新型所適于炭化活化的原料可以是經(jīng)過預(yù)處理的人造絲或聚乙烯醇，予氧化處理過的聚丙烯腈或經(jīng)不溶化處理過的瀝青系制品，其形態(tài)可以是纖維，亦可以是帶、布、氈等織物。在實施過程中，有機物料置于原料滾軸上，通過爐體上部的送料滾軸1，根據(jù)炭化活化條件的要求，控制進料速度，使物料通過加熱到一定溫度的兩段爐爐體(一般低溫炭化爐溫度在500-650℃，高溫炭化活化爐溫度780-850℃)在保護氣氛和活化介質(zhì)的作用下進行分段炭化和活化?；罨橘|(zhì)水蒸汽通過爐內(nèi)的分布管6將水蒸汽均勻分布于整個爐體。物料可通過重力下垂將產(chǎn)品收集于密封箱13內(nèi)，亦可加裝滾軸卷收。有機物的炭化活化需在惰性氣體保護下進行以防止空氣中的氧參與反應(yīng)在高溫下燃燒。傳統(tǒng)的惰性保護氣采用高純氮。一般是直接外接鋼瓶高純氮或?qū)⑵盏M一步凈化脫氧后使用。在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)時，由于氣體用量大，導致設(shè)備投資大，運轉(zhuǎn)和維護費用高。本實用新型采用烴類(氣體或液體燃料)燃燒而產(chǎn)生的含大量氮氣和二氧化碳的燃燒氣作為保護氣源同樣可以達到炭化活化的要求。燃燒氣組成為氧70-82％，二氧化碳8-12％，氫、一氧化碳、甲烷10-14％。整個供氣系統(tǒng)由空氣壓縮機、燃燒主機及貯氣袋組成，結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)量大，易于操作，殘氧量低，其固定投資少，運轉(zhuǎn)及維護費用低。本實用新型的外接氣源裝置可以采用中國科學院山西煤炭化學研究所生產(chǎn)的RSL-180型氮氣發(fā)生器，該發(fā)生器用煤油作燃料的產(chǎn)氣組成如上所述。
實施例13毫米厚的聚丙烯腈預(yù)氧氈以每小時3-5米的速度通過低溫炭化爐和高溫炭化活化爐，上段爐溫保持在500-600℃，下段爐爐溫保持在800℃，每小時用5-6升煤油經(jīng)RSL-180型氮氣發(fā)生器產(chǎn)生20-40m3的燃燒氣供爐體作保護氣，每小時5-8升水經(jīng)汽化爐產(chǎn)生水蒸汽從下段爐內(nèi)的分布管噴出作活化介質(zhì)，預(yù)氧氈經(jīng)炭化活化后得到比表面積為700-800m2/g的活性炭氈，收率為28-30％。
實施例2其它條件均同實施例1，僅物料用預(yù)氧化聚丙烯腈纖維經(jīng)牽切紡紗織成的布，進水量比實施例1略有提高為每小時8-12升，經(jīng)炭化活化后得到比表面積為600-800m2/g的活性炭布，收率30-33％，布質(zhì)柔軟、耐折疊。
實施例3其它條件均同實施例1，但聚丙烯腈預(yù)氧氈的厚度為5毫米，下段高溫炭化活化爐的爐溫提高到820℃，進氈速率為每小時1-3米，進水量為每小時8-12升，所得活性炭化氈的比表面積為800-1100m2/g，收率為20-28％。
權(quán)利要求1.連續(xù)制備活性炭纖維或其織物的裝置，其特征是包括立式低溫炭化爐(3)和高溫炭化活化爐(7)兩部分，兩爐體通過中間段(4)連接，高溫炭化活化爐內(nèi)垂直布置有活化介質(zhì)分布管(6)，兩爐體上均設(shè)置保護氣體入口(2)、(5)、(11)及廢氣排出口(16)，高溫炭化活化爐的下部綰口段通過軟式透明材料(12)與密封箱(13)連接，密封箱上設(shè)置保護氣體入口(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的燃燒氣體入口均通過管線與燃燒式氮氣發(fā)生器的排氣口連接。
3.如權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征是在所述的廢氣排氣口(16)上安裝一套由熱交換器(17)和催化燃燒器(18)構(gòu)成的廢氣處理器，對來自爐體的大量含氰化氫的氣體進行催化處理。
專利摘要本實用新型提供一種制備活性炭纖維或其織物的裝置，包括立式低溫炭化爐和高溫炭化活化爐兩部分，兩爐體通過中間段連接，高溫炭化活化爐內(nèi)垂直布置有活化介質(zhì)分布管，兩爐體上均設(shè)置保護氣體入口及廢氣排出口，高溫炭化活化爐的下部縮口段通過一個透明軟式材料與密封箱連接，密封箱上設(shè)置保護氣體入口。該裝置可與燃燒式氮氣發(fā)生器連接，使保護氣源來之容易，設(shè)備簡單。爐體密封性能好，便于觀察、操作和控制。由于對排放廢氣進行了處理，使排空氣體不再污染環(huán)境。
文檔編號D01F9/14GK2218755SQ9424539
公開日1996年1月31日 申請日期1994年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月3日
發(fā)明者王茂章, 鄭經(jīng)堂, 劉平光, 馬謙中, 賀福, 劉振羽 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所