專利名稱：一種物理法處理煙桿廢棄物制活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
物理法制造活性炭領(lǐng)域、背景技術(shù)：
活性炭已被廣泛應(yīng)用于國防、化工、石油、紡織、食品、醫(yī)藥、原子能工業(yè)、城市建設(shè)、環(huán)境保護(hù)以及人類生活的各個方面，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，活性炭的年需求量呈逐年上升的態(tài)勢。
在活性炭的生產(chǎn)中，物理活化法生產(chǎn)活性炭是先把含碳原料預(yù)熱、干燥和炭化，然后將氣體活化劑-水蒸氣、二氧化碳、氧氣、空氣、煙道氣通過灼熱的碳層，并與碳發(fā)生活化反應(yīng)進(jìn)行活化，活化后的物料經(jīng)過酸洗和水洗，干燥后粉碎即制得活性炭產(chǎn)品。物理活化法的顯著特征是有效克服了化學(xué)法污染嚴(yán)重(大氣和水體)，有重金屬殘留影響產(chǎn)品質(zhì)量等缺點(diǎn)。在物理活化法中又分為燜燒爐煙道氣體活化法、機(jī)械耙動爐水蒸氣活化法、沸騰爐水蒸氣活化法和多管爐水蒸氣活化法等，上述方法的活化溫度都在850～1100℃，活化時間在120分鐘以上，導(dǎo)致能耗和成本過高，因而開發(fā)出一種短流程、能耗低的活性炭制造方法顯得尤為重要。
《云南化工》2003年第1期文章《水蒸氣-微波法制備顆?；钚蕴啃鹿に嚒?，《黃金》2003年第7期文章《微波輻射水蒸氣法制備提金活性炭的研究》，《林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)》2003年第3期《微波輻射煙桿水蒸氣法制活性炭工藝研究》，這些文獻(xiàn)中涉及的活性炭制造工藝都采用微波輻射作為熱源，利用水蒸氣為活化劑，分別以椰子殼、椰子殼炭化料和煙桿來制造活性炭的工藝，均為本申請人發(fā)表，文獻(xiàn)所涉及的活性炭制造工藝尚處實(shí)驗(yàn)室水平，在上述工藝條件基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步研究。
(三)發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是以煙桿廢棄物為原料，以微波輻射為熱源，通過控制進(jìn)料速度和物料溫度，調(diào)節(jié)活化時間和水蒸氣流量，對原料進(jìn)行活化處理，獲得活性炭產(chǎn)品。
本發(fā)明是通過下面的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
工藝流程圖如圖1所示。原料煙桿固體廢棄物經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后，送入微波輻射裝置中進(jìn)行微波輻射加熱，通入水蒸氣活化處理，得到活性炭產(chǎn)品。
發(fā)明按以下步驟完成①原料煙桿廢棄物破碎為長度5～10mm，直徑3～5mm；②破碎后的原料入微波輻射裝置中加熱處理，控制輻射功率為2～60kW，進(jìn)料速度為2～200kg/h；加熱時間為2～15分鐘，加熱到720～730℃時通入水蒸氣進(jìn)行活化，水蒸氣流量為50～600mL/min，活化2～5分鐘，得到活性炭塊；③活性炭塊冷卻至室溫后經(jīng)粉碎至粒度-200目，得到活性炭產(chǎn)品。
本發(fā)明的原理如下煙桿廢棄物在加熱過程中，大量揮發(fā)性物質(zhì)被去除，留下了大部分不易揮發(fā)的碳，當(dāng)通入水蒸氣時，炭會發(fā)生氧化反應(yīng)。通常認(rèn)為，炭的氧化反應(yīng)并不是在炭的整個表面都均勻地進(jìn)行，而僅僅是在活性點(diǎn)即和水蒸氣親和力大的部位進(jìn)行。
炭和水蒸氣的反應(yīng)如下式(1)(2)(3)在傳統(tǒng)加熱過程中，吸收熱量后的微晶端部或微晶平面上晶格缺損的部分等被認(rèn)為是氧化反應(yīng)的活性點(diǎn)，活性點(diǎn)數(shù)目很少，最多是比表面積的百分之幾，同時在通入水蒸氣后，由于物料溫度的降低，活性點(diǎn)數(shù)目急劇降低，促使反應(yīng)速度降低，導(dǎo)致活化反應(yīng)時間的延長，為加快反應(yīng)速度的進(jìn)行，必須要將活化反應(yīng)溫度維持在850～1100℃；由于傳統(tǒng)加熱過程中，熱量由表及里的進(jìn)行，要得到較多的活性點(diǎn)，必須要將整個物料加熱到850～1100℃，才能使反應(yīng)進(jìn)行得比較充分，這無疑浪費(fèi)了大量的能量。而對于微波輻射加熱，除微晶端部或微晶平面上晶格缺損的部分吸收微波輻射的能量作為活性點(diǎn)外，物料中會有多點(diǎn)吸收微波積聚能量成為活性點(diǎn)促使反應(yīng)加速，大幅降低了活化反應(yīng)時間，在微波場中，活性點(diǎn)與水蒸氣反應(yīng)后即形成孔隙，避免將整個物料加熱，從而使反應(yīng)溫度降低到720～730℃；同時碳的損耗降低，在后續(xù)步驟中可以省去酸洗和水洗兩個工藝過程。
本發(fā)明同公知技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)①原料加熱溫度可控為720～730℃，有效降低活化溫度130～380℃；②省去了酸洗和水洗兩個工藝過程；僅用4～20分鐘即可完成加熱和活化過程，縮短了反應(yīng)時間；③微波輻射裝置可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出料，進(jìn)料速度可調(diào)節(jié)；微波輻射功率可調(diào)節(jié)，④活性炭產(chǎn)品的質(zhì)量高，吸附性能強(qiáng)，碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值達(dá)到或超過了國家一級品標(biāo)準(zhǔn)，同時活性炭產(chǎn)品成本低。


圖1是本發(fā)明工藝流程圖具體實(shí)施例方式實(shí)施例一將取自云南玉溪地區(qū)的煙桿固體廢棄物破碎成顆粒，其長度為5～8mm，直徑為4～5mm；裝入功率為60kW的微波輻射裝置(輻射功率的輸入連續(xù)可調(diào)，微波輻射裝置可連續(xù)進(jìn)出料)中加熱，控制進(jìn)料速度為200kg/h，輻射加熱時間10min，溫度達(dá)到725±3℃，通入水蒸氣進(jìn)行活化，水蒸氣流量為480mL/min，活化時間為5min，得到活性炭經(jīng)冷卻至25℃后粉碎至-200目以下?；钚蕴康牡寐蕿?4.73％，按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB12496.1～22-1999)的要求對活性炭產(chǎn)品進(jìn)行分析，主要質(zhì)量指標(biāo)-亞甲基藍(lán)吸，附值為14mL/0.1g，碘吸附值為1108.37mg/g。
實(shí)施例二將取自云南昭通地區(qū)的煙桿固體廢棄物破碎成顆粒，其長度為8～10mm，直徑為3～4mm，后裝入功率為20kW的微波輻射裝置(輻射功率的輸入連續(xù)可調(diào)，微波輻射裝置可連續(xù)進(jìn)出料)中輻射8min，溫度達(dá)到723±3℃，通入水蒸氣進(jìn)行活化，水蒸氣流量為385mL/min，活化時間為4min，活化過程中調(diào)節(jié)微波輻射功率控制物料的溫度在720～730℃，進(jìn)料速度為80kg/h；物料取出冷卻至25℃后粉碎至-200目以下?；钚蕴康牡寐蕿?4.37，后按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB12496.1～22-1999)的要求對活性炭產(chǎn)品進(jìn)行分析，主要質(zhì)量指標(biāo)-亞甲基藍(lán)吸附值為13mL/0.1g，碘吸附值為1082.37mg/g。而國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13803.3-1999)中活性炭一級品的亞甲基藍(lán)吸附值為9ml/0.1g，碘吸附值為1000mg/g。
實(shí)施例三將取自云南玉溪地區(qū)的煙桿固體廢棄物破碎成顆粒，其長度為5～7mm，直徑為3～4mm；后裝入功率為2kW的微波輻射裝置中輻射12min，溫度達(dá)到726±3℃，通入水蒸氣進(jìn)行活化，水蒸氣流量為85mL/min，活化時間為3min，活化過程中調(diào)節(jié)微波輻射功率控制物料的溫度在726±3℃，進(jìn)料速度為3kg/h；物料取出冷卻至25℃后粉碎至-200目以下。活性炭的得率為25.34％，后按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB12496.1～22-1999)的要求對活性炭產(chǎn)品進(jìn)行分析，主要質(zhì)量指標(biāo)-亞甲基藍(lán)吸附值為14mL/0.1g，碘吸附值為1062.12mg/g。而國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13803.3-1999)中活性炭一級品的亞甲基藍(lán)吸附值為9ml/0.1g，碘吸附值為1000mg/g。
權(quán)利要求
1.一種物理法處理煙桿廢棄物制造活性炭的方法，其特征是發(fā)明按以下步驟完成原料破碎為長度5～10mm，直徑3～5mm，入微波輻射裝置中加熱處理，控制輻射功率為2～60kW，進(jìn)料速度為2～200kg/h，加熱時間為2～15分鐘，加熱到720～730℃時通入水蒸氣進(jìn)行活化，水蒸氣流量為50～600mL/min，活化2～5分鐘，得到活性炭塊，活性炭塊冷卻后經(jīng)粉碎至粒度-200目，得到活性炭產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理法處理煙桿廢棄物制造活性炭的方法，其特征是微波輻射裝置的功率輸入連續(xù)可調(diào)，微波輻射裝置連續(xù)進(jìn)出料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種物理法處理煙桿廢棄物制造活性炭的方法，將原料煙桿廢棄物破碎后，入微波輻射裝置中加熱處理，控制輻射功率為2～60kW，進(jìn)料速度為2～200kg/h，加熱時間為2～15分鐘，加熱到720～730℃時通入水蒸氣進(jìn)行活化，水蒸氣流量為50～600mL/min，活化2～5分鐘，得到活性炭塊，活性炭塊冷卻后經(jīng)粉碎至粒度－200目，得到活性炭產(chǎn)品。本發(fā)明省去了酸洗和水洗兩個工藝過程，微波輻射裝置可連續(xù)進(jìn)出料，進(jìn)料速度可調(diào)節(jié)，輻射功率可調(diào)節(jié)，僅用4～20分鐘即可完成加熱和活化過程，縮短了反應(yīng)時間，可獲得高質(zhì)量的活性炭產(chǎn)品。
文檔編號C01B31/08GK1669917SQ200510010669
公開日2005年9月21日 申請日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者彭金輝, 張利波, 張世敏, 郭勝惠 申請人:昆明理工大學(xué)