[发明专利]一种超级活性炭的生产方法和生产装置

说明书

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种KOH活化法生产超级活性炭的安全生产关键技术，即一种超级活性炭的生产方法和生产装置。

背景技术

活性炭是一种具有高度发达孔隙结构和高比表面积(通常在800～1500m²/g之间)的优良炭质吸附剂，已广泛应用于环保、化工、食品和军工等诸多领域。超级活性炭是一类比表面积大于2000m²/g的新型多孔质炭材料，它在超级双电层电容器电极材料、催化剂载体、气体分离、氢气和天然气储存材料等领域中有着广阔的应用前景。因此，超级活性炭已成为近20年来世界炭材料行业中竞相开发的新型炭材料。目前制备高比表面积活性炭的主要方法为化学试剂活化法，化学试剂主要包括碱金属化合物，如KOH、NaOH和K₂CO₃，其中活化效果最好的为KOH。因此在制备超级活性炭时，大多采用KOH活化法。尽管KOH活化炭质前驱体能够制备超级活性炭已有较长的研究历史，但其工业化生产技术还未取得突破。其中阻碍KOH活化法生产超级活性炭的关键问题是在KOH活化过程中，会有大量的单质钾生成。而KOH活化的活化温度一般在800℃左右，超过了钾的沸点，因此超级活性炭的工业化生产过程中，会有大量的单质钾逸出活化炉。钾是一种非常活泼的金属单质，遇到空气中的水分就能够反应生成氢气，并释放出大量的热，以致产生爆炸，给超级活性炭生产带来了巨大的安全隐患。同时，单质钾在逸出过程中，会部分冷凝在活化炉的管道中，堵塞管道，也会给安全生产带来隐患。因此，采用超级活性炭的生产关键技术是安全处理KOH活化过程中单质钾的释放问题。

已有一些专利涉及到KOH活化过程中单质钾的释放处理方法或装置。专利(200610034388.2和200610123444.X)中提及到采用煤油吸收法。该方法不能解决单质钾在逸出活化炉过程中在管道中冷凝堵塞管道的问题，而且由于活化需要使用高温，在这种情况下使用大量挥发性高的易燃溶剂煤油也是非常不安全的。专利(200710022323.0)中公开了一种缓和钾危害的一种方法，主要是在活化过程中通入水蒸汽或甲醇或乙醇，通过反应使钾转化为固体产物，冷却后减少钾的危险性。显然，在活化过程所使用的高温环境下，使单质钾与水蒸汽等化学成分反应是极其危险的，也是完全行不通的。因为这些反应要放出大量的热，而且会产生大量的爆炸性气体氢气。专利(200810162825.8)公开了一种KOH活化过程中钾金属的连续处理方法和装置。其处理的方法主要是通过空气氧化、冷却和水洗的方法来解决钾的危险性。但其中的空气氧化是在活化所需的高温下进行的。作为非常活泼的金属单质钾，与空气的氧化是比较剧烈的，会放出大量的热，因此，在较高温度下的空气氧化对于工业化生产也是不利的。本申请人的另一项专利(200810243618.5)已公开一种解决钾的释放问题的方法。其主要方法是在活化过程中通过加入活化助剂碳酸盐，再通过调节压力来控制活化助剂的分解，使钾转变为碳酸钾或KOH的形式，从而较好地处理钾释放的问题。然而添加的活化助剂及其热分解产物，在水洗活化料的过程中，都会带到滤液中，显著影响回收得到的KOH的纯度，不利于KOH的再利用，并影响整个超级活性炭生产工艺的稳定性和超级活性炭的品质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级活性炭的生产方法。该该方法在不需要添加剂和保证连续通气的情况下，解决超级活性炭生产过程中钾的释放所带来的安全生产问题，并以高的回收率回收得到纯度较高的KOH，实现KOH的再利用。

本发明还要解决的技术问题是提供上述超级活性炭的生产方法中所用的装置。

本发明的技术原理如下：

研究表明，KOH活化过程中KOH与原料炭主要发生(1)和(2)的反应：

6KOH+2C＝2K₂CO₃+2K+3H₂                (1)

2KOH＝K₂O+H₂O                         (2)