一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，包括加熱排氣管、氧化塔和回收室，加熱排氣管的出氣口連接氧化塔的上部，氧化塔的頂部開設(shè)通風口，底部設(shè)有出口與回收室連接，回收室設(shè)有噴淋裝置和排氣扇，回收室的上部具有排放口；氧化塔上的加熱排氣管出氣口的正對面部位上設(shè)置一個可開閉的孔，孔的尺寸以方便進行加熱排氣管內(nèi)的觀察和管內(nèi)清理操作為準，在孔上配置可開閉的不銹鋼蓋；在氧化塔的周圍搭建有操作平臺。本實用新型能夠連續(xù)處理堿活化制造活性炭產(chǎn)生的廢氣，徹底解決了堿金屬的安全問題，使堿活化制造高比表面積活性炭的產(chǎn)業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)變?yōu)榭赡?，在氧化塔的周圍搭建操作平臺，方便進行排氣管內(nèi)的觀察和管內(nèi)沉積物的清理。
【專利說明】一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及產(chǎn)業(yè)化堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)安全處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高比表面積活性炭擁有極其發(fā)達的細孔結(jié)構(gòu)，作為吸附劑在各種領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。另外，在固體觸媒、觸媒載體等方面的應(yīng)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(guān)鍵電極材料。但是，堿活化技術(shù)應(yīng)用于活性炭的產(chǎn)業(yè)化連續(xù)制造還是有困難的。因為KOH經(jīng)活化后一部分以碳酸鉀等化合物的形式殘留在產(chǎn)物中，另一部分以金屬鉀蒸氣的形式隨熱氣流離開反應(yīng)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(nèi)壁析出并成長為堿金屬結(jié)晶體，在遇到空氣、水分時會激烈反應(yīng)，可能會伴隨著燃燒、爆炸的危險發(fā)生。這種生產(chǎn)安全隱患的存在，導(dǎo)致該活性炭的產(chǎn)業(yè)化的困難。
[0003]因此，在利用KOH等進行堿活化大量生產(chǎn)活性炭時，應(yīng)該注意堿金屬引起的危險，要及時對產(chǎn)生的金屬鉀進行處理。目前，在不連續(xù)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(shè)置木炭、竹炭、活性炭等多孔質(zhì)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(chǎn)生的二氧化碳等與堿金屬反應(yīng)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(zhì)材料增加成本；③產(chǎn)生的氣體無法通暢排出活化容器，內(nèi)部壓力增大使活化反應(yīng)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(chǎn)，不能用于連續(xù)生產(chǎn)，操作困難、生產(chǎn)性低，而且能源浪費大。還有如申請?zhí)?00610034388.2,200610123444.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(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)堿活化的活性炭中的具體應(yīng)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?zhí)?00710022323.0的專利文獻中提到一種緩和反應(yīng)過程中生成的金屬鉀危害的方法，即在活化爐中導(dǎo)入一定量的水蒸氣或甲醇或乙醇，與金屬鉀反應(yīng)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(zhì)，不但在高溫下產(chǎn)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(zhì)。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 + 2H20==2K0H+ H2丨”的反應(yīng)，把堿金屬轉(zhuǎn)變?yōu)閴A(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，(I)沒有提出消除所產(chǎn)生的氫氣和熱量的技術(shù)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(chǎn)生劇烈反應(yīng)，出現(xiàn)火花并產(chǎn)生氫氣(H2)，氫氣在火花存在下極易產(chǎn)生爆炸。(2 )沒有對涉及對尾氣的輸送管的安全處理?；罨矚庵械膲A金屬在高溫的活化爐內(nèi)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(jié)晶形態(tài)附著在排氣管內(nèi)壁，久而久之在排氣管內(nèi)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(fā)生劇烈爆炸，輕易地把排氣管炸掉，還會對周圍產(chǎn)生破壞，包括人員傷亡。所以該方法是不安全的，不適應(yīng)于實際生產(chǎn)上的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)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(xù)處理活化時產(chǎn)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(shù)方案:
[0005]一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于所述裝置包括加熱排氣管、氧化塔和回收室，所述加熱排氣管的出氣口連接氧化塔的上部，所述氧化塔的頂部開設(shè)通風口，通風口上方設(shè)有防雨罩，其底部為斜面構(gòu)造并設(shè)有出口與回收室連接，所述回收室設(shè)有噴淋裝置和排氣扇，排氣扇處于回收室的上部，回收室的上部具有排放口 ；
[0006]所述氧化塔上的加熱排氣管出氣口的正對面部位上設(shè)置一個可開閉的孔，孔的尺寸以方便進行加熱排氣管內(nèi)的觀察和管內(nèi)清理操作為準，在孔上配置可開閉的不銹鋼蓋；在氧化塔的周圍搭建有操作平臺。
[0007]在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還可采用以下進一步的技術(shù)方案:
[0008]所述加熱排氣管為不銹鋼管，其外圍設(shè)有加熱裝置和保溫層。
[0009]加熱裝置采用可溫控的電加熱裝置，所述電加熱裝置中的電加熱元件為圈繞型或直管型的電熱管，或為電加熱片，所述電加熱元件裝在加熱排氣管外表。
[0010]所述可溫控的電加熱裝置被分為若干段可分別進行溫控的加熱段。
[0011]所述氧化塔由不銹鋼材質(zhì)構(gòu)成；其主體為圓筒形，直徑為0.5米-3米，高度為直徑的2-4倍；頂部的通風口的直徑為主體直徑的1/3-1/2 ;氧化塔底部斜面的角度為30度-60度。
[0012]在氧化塔內(nèi)設(shè)有加熱排氣管與氧化塔內(nèi)壁間的密閉罩殼。
[0013]在回收室內(nèi)設(shè)置的噴淋裝置為旋轉(zhuǎn)式噴淋管。
[0014]由于采用本實用新型的技術(shù)方案，本實用新型能夠連續(xù)處理堿活化制造活性炭產(chǎn)生的廢氣，徹底解決了堿金屬的安全問題，使堿活化制造高比表面積活性炭的產(chǎn)業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)變?yōu)榭赡?。并且，活化氣體中的有害有機物成分能在處理過程中被燃燒去除、噴淋吸收，處理后的堿金屬能被回收利用。本實用新型具有以下技術(shù)效果:
[0015]1.通過對堿活化爐(容器)與氧化塔上部之間連接的排氣管的加熱保溫，使堿活化所排出的尾體中的堿金屬以氣體的狀態(tài)進入氧化塔內(nèi)，不會在管內(nèi)析出結(jié)晶，消除了以往的活化設(shè)備的排氣管管壁被析出的堿金屬附著所產(chǎn)生的安全隱患。
[0016]2.通過氧化塔內(nèi)空氣的氧化，使堿金屬變成氧化物，降低了活性，在之后的遇水反應(yīng)時不會產(chǎn)生氫氣，消除燃燒、爆炸的危險。
[0017]3.由于連接氧化塔的加熱排氣管處于高溫狀態(tài)，活化時產(chǎn)生的可燃性氣體會在氧化塔內(nèi)的排氣管出口處燃燒，可以除去活化氣體中的有害有機物成分。
[0018]4.通過在氧化塔上的加熱排氣管出口的正對面部位上設(shè)置一個可開閉的孔，并在氧化塔的周圍搭建一個操作平臺，方便進行排氣管內(nèi)的觀察和管內(nèi)沉積物的清理。
[0019]5.通過排風扇對氧化塔進行抽風，除了為氧化塔內(nèi)提供足夠的氧氣外，還可以加快塔內(nèi)的冷卻速度。
[0020]6.回收室內(nèi)進行水噴淋，能夠洗凈排氣中的可溶性成分，使堿性物質(zhì)等不會排放到空氣中。
[0021]7.由于排風扇的作用，使活化爐中保持微弱的負壓，可以加速活化的速度，提高生
產(chǎn)效率。
[0022]8.可以回收回收室母液，通過處理有效再利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型所提供的堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置實施方式的示意圖。
[0024]圖2為防止加熱管和保溫層腐蝕的密閉罩殼的構(gòu)造示意圖。
[0025]圖3為氧化塔開孔和操作臺的示意圖。
[0026]圖4為圖1中的回收室的構(gòu)造示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如附圖所示，本實用新型所提供的堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置主要由三部分組成:1)加熱排氣管，2)氧化塔，3)回收室，詳細說明如下:
[0028]I).加熱排氣管I的主要作用是，將堿活化制造活性炭產(chǎn)生的尾氣通過排氣管I排入氧化塔2內(nèi)，所述加熱排氣管I為不銹鋼管，其外圍設(shè)有加熱裝置和保溫層11，使加熱排氣管I內(nèi)的溫度保持在堿金屬的沸點以上，使尾體中的堿金屬以氣體的狀態(tài)進入氧化塔2內(nèi)，不會在加熱排氣管I內(nèi)析出結(jié)晶，消除了以往的活化設(shè)備的排氣管管壁被析出的堿金屬附著所產(chǎn)生的安全隱患。
[0029]2).氧化塔2的主要作用是，從堿活化制造活性炭的容器即活化爐排出的高溫堿金屬在該塔內(nèi)與空氣中的氧氣反應(yīng)生成堿金屬氧化物，隨氣流在從上到下降落的過程中受到冷卻，通過塔底的連接管道4排向回收室3。在氧化塔的上方空氣進口 21的上面設(shè)有防雨罩22，防止雨水等進入氧化塔2內(nèi)，在下方設(shè)有腳架23，用于固定和支撐氧化塔2。
[0030]3).回收室3的作用是①在上方設(shè)有排氣扇5及排放口 30，形成整個處理系統(tǒng)的氣流方向，使氣流流向從氧化塔的頂部空氣進口 21吸入空氣，沿著氧化塔2的圓筒體從上至下，最終通過連接通道4從回收室的下部進入回收室3，附圖標號51所指為排氣扇的電機，排氣量為可調(diào)節(jié)。②在回收室內(nèi)設(shè)置噴淋裝置，噴淋方式為逆流式、橫流式以及混流式皆可，以逆流式為最佳；噴淋裝置可采用旋轉(zhuǎn)式噴淋管6，在兩邊不同方向的噴水的推動下轉(zhuǎn)動起來，對室內(nèi)進行全面的噴淋，洗去氣體中的堿金屬氧化物等可溶性物質(zhì)，噴淋水由底部的水泵從儲水箱61提供循環(huán)利用。③為了讓洗滌更加完善，在回收室3的噴淋管下方設(shè)置上下兩塊多孔濾網(wǎng)7，在其間放入具有排氣通道的填充材料71，以增加其接觸面(如圖4所示)。④儲水箱61中的水可以通過進水口 62進入回收室，通過排水口 63排放到回收室外部的液體回收儲罐，以減少水中的鹽濃度。排氣扇的馬達51設(shè)在上面，在排氣扇的上面的排放口 30設(shè)有防護網(wǎng)31，防止異物從上面落入回收室3。經(jīng)噴淋洗滌處理后的氣體從回收室的下方向上流動，通過排氣扇5排出裝置外。
[0031]加熱排氣管I的加熱裝置和保溫層11主要作用是使從活化爐出來的氣體在加熱排氣管I內(nèi)保持在堿金屬的沸點以上，一般為700-1000°C?；罨磻?yīng)生成的堿金屬不會在管內(nèi)遇冷析出附著在管壁上，以蒸氣的狀態(tài)排入氧化塔2內(nèi)。所述加熱裝置采用可溫控的電加熱裝置，所述電加熱裝置中的電加熱元件為圈繞型或直管型的電熱管，所述電熱管裝在加熱排氣管I外壁外，在其上包上保溫層11。所述電加熱裝置可以被分為若干段可分別進行溫控的加熱段，或者未被分成若干段而接受同一個溫控機構(gòu)的控制對加熱排氣管進行加熱。
[0032]如圖2所示，為了防止氧化塔2內(nèi)的氣體、粉末對加熱排氣管1、保溫層11的腐蝕，在加熱排氣管I的出口處和氧化塔2的本體間焊接上一個密閉的不銹鋼盒12，切斷氣體等和加熱排氣管上的加熱管、保溫層11之間的接觸。另外，該不銹鋼盒12的尺寸要考慮實際使用時加熱排氣管的膨脹幅度。
[0033]如圖3所示，在氧化塔2上的加熱排氣管I出口的正對面部位上設(shè)置一個可開閉的孔，在孔上配置可開閉的不銹鋼蓋24，并在氧化塔的周圍搭建一個操作平臺25，方便進行加熱排氣管內(nèi)的觀察和管內(nèi)沉積物的清理。
[0034]氧化塔2、回收室3的尺寸、空氣進口 21的大小、加熱排氣管I的管徑等要根據(jù)實際生產(chǎn)的情況而定。為了充分的氧化和冷卻，氧化塔2的直徑為0.5米-3米，最適直徑為I米-2米，高度為直徑的2-4倍，最適為3倍；空氣進口 21的直徑為主體直徑的1/3-1/2 ；氧化塔2的材質(zhì)選用不銹鋼，厚度在1.5毫米以上，更優(yōu)選為2-3毫米?；厥帐?的材質(zhì)采用不銹鋼、表面涂有防銹漆的鐵材和塑料等。回收室3可以用常用的室外水冷機加以適當?shù)母脑於?。連接管道4的材質(zhì)選用不銹鋼，加熱排氣管要采用高溫型的圈繞型或直管型加熱管或為電加熱片，所述電加熱元件緊貼在加熱排氣管I上，分I?4段控溫；保溫層11采用耐高溫型的材料，如輕質(zhì)(多孔質(zhì))碳酸鈣、硅酸鹽、氧化鋁等，厚度在6厘米以上，更優(yōu)選為8?15厘米。這里要強調(diào)的是排氣扇5的排氣量，不但要滿足堿金屬氧化所需的空氣，還要考慮到活化時產(chǎn)生的氫氣、一氧化碳等可燃性氣體燃燒時的空氣用量，要控制可燃性氣體與氧氣的比例在引爆濃度之下(一般要保持在2%以下)。
[0035]以下通過實施例，對本實用新型進行更具體的說明。
[0036]實施例1
[0037]利用本實用新型的裝置對堿活化制造活性炭時的發(fā)生氣體進行處理，活化爐排出的氣體在氧化塔內(nèi)遇到空氣燃燒，減少或去除排氣中的有害有機成分。根據(jù)測定回收室回收水溶液中的堿金屬濃度和活化物中的殘留堿金屬的量的計算結(jié)果，可以確認從活化時產(chǎn)生的堿金屬蒸氣經(jīng)本裝置處理后全部被回收，排氣管中沒有殘留堿金屬，本裝置是有效可行的。
[0038]實施例2
[0039]通過對處理裝置的改造，可以對氧化塔和排氣管內(nèi)部進行觀察和清掃。在連接管道1-1正對面的氧化塔圓筒主體上開一個40厘米X 30厘米左右的孔，在其上配置一個可開閉的不銹鋼蓋24。打開不銹鋼蓋24，可以觀察氧化塔和排氣管內(nèi)部的情況，必要時也可以對其進行清掃。在氧化塔2外搭起一個配有階梯的操作平臺25，以便人員在其上操作(如圖3所示)。
[0040]實施例3
[0041]用酚醛樹脂的炭化物(800°C、2小時炭化，平均粒徑為200-400 μ m)與KOH按照1:3的重量比混合后，置于鎳活化爐中，在氮氣氛圍中攪拌下升溫到550°C后保持2小時，使反應(yīng)物形成粉末(細粒)狀，然后升溫到800°C，保持30分鐘后，將生成物排入冷卻器中冷卻到50°C以下，排出后用熱水/熱鹽酸洗滌到中性，回收洗滌液，活化過程中排氣管的溫度保持在800°C，利用本實用新型裝置對金屬鉀進行安全處理、回收。利用ICP測定洗滌回收液和金屬鉀處理回收液中金屬鉀的濃度，計算的鉀的總量。其結(jié)果歸納在表1?？梢钥闯觯?jīng)本實用新型裝置處理，金屬鉀基本沒有在排氣管殘留。洗滌后的活性炭經(jīng)干燥，其性能如表2所示，比表面積超過2000m2/g。
[0042]實施例4
[0043]用回收聚脂(PET)薄片直接與KOH按照1:3的重量比混合，置于鎳活化爐中，在氮氣氛圍中加熱到350°C，保持30分鐘，讓PET在該溫度段分解，這時的排氣管的溫度控制為3500C -400°C,目的是使分解物能以氣體的狀態(tài)排出排氣管。之后的活化、洗滌、鉀處理、測定等實驗方法與實施例3相同，金屬鉀的處理回收結(jié)果歸納在表1，可以看出，用樹脂直接制造高比表面積活性炭的場合，經(jīng)本實用新型裝置處理，金屬鉀基本沒有在排氣管殘留。所得活性炭的性能如表2所示，比表面積高,超過3000m2/g。
[0044]表1金屬鉀的處理結(jié)果
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于所述裝置包括加熱排氣管、氧化塔和回收室，所述加熱排氣管的出氣口連接氧化塔的上部，所述氧化塔的頂部開設(shè)通風口，通風口上方設(shè)有防雨罩，其底部為斜面構(gòu)造并設(shè)有出口與回收室連接，所述回收室設(shè)有噴淋裝置和排氣扇，排氣扇處于回收室的上部，回收室的上部具有排放口 ； 所述氧化塔上的加熱排氣管出氣口的正對面部位上設(shè)置一個可開閉的孔，孔的尺寸以方便進行加熱排氣管內(nèi)的觀察和管內(nèi)清理操作為準，在孔上配置可開閉的不銹鋼蓋；在氧化塔的周圍搭建有操作平臺。
2.如權(quán)利要求1所述的一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于所述加熱排氣管為不銹鋼管，其外圍設(shè)有加熱裝置和保溫層。
3.如權(quán)利要求2所述的一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于加熱裝置采用可溫控的電加熱裝置，所述電加熱裝置中的電加熱元件為圈繞型或直管型的電熱管，或為電加熱片，所述電加熱元件裝在加熱排氣管外表。
4.如權(quán)利要求3所述的一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于所述可溫控的電加熱裝置被分為若干段可分別進行溫控的加熱段。
5.如權(quán)利要求1所述的一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于所述氧化塔由不銹鋼材質(zhì)構(gòu)成；其主體為圓筒形，直徑為0.5米-3米，高度為直徑的2-4倍；頂部的通風口的直徑為主體直徑的1/3-1/2 ;氧化塔底部斜面的角度為30度-60度。
6.如權(quán)利要求1所述的一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于在氧化塔內(nèi)設(shè)有加熱排氣管與氧化塔內(nèi)壁間的密閉罩殼。
7.如權(quán)利要求1所述的一種堿活化制造活性炭的尾氣連續(xù)處理裝置，其特征在于在回收室內(nèi)設(shè)置的噴淋裝置為旋轉(zhuǎn)式噴淋管。
【文檔編號】C01D15/02GK203620487SQ201320801106
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】陳再華 申請人: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