[发明专利]用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置及方法

权利要求书

1.一种用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置，其特征在于，该装置包括预活化反应器、立式连续活化炉及其外置多段加热炉、活化产物收集器和出料机构；

所述的预活化反应器包括进料仓、螺杆挤出室和气固分离室三部分；螺杆挤出室水平设置，其出料端与垂直设置的气固分离室相连，在气固分离室外和靠近气固分离室的螺杆挤出室筒体外设有外部电加热套，其中螺杆挤出筒体加热段的长度约为其总长度的1/2；气固分离室下部和上部分别设有惰性载气进、出口；气固分离室底端通过螺旋出料机与立式活化炉顶端相连；

所述的活化炉为立式圆筒形连续活化炉；活化炉内由上至下设多层等距水平平行排列的料板，料板上开有多个下料孔，多个下料孔呈扇形排列，其中扇形圆心角α介于30~160%；下料孔的总开孔率为料板面积的5%~40%；相邻两层料板的扇形下料口的位置错开角度β，其中β大于扇形圆心角α但不超过180^o；

活化炉中心有一转轴，由设于活化炉上部或下部的调速电机驱动；相邻两层料板之间有一与料板垂直的刮板，刮板一端固定在中心转轴上，另一端与炭化炉内筒壁留有间隙，刮板下沿贴近料板表面，刮板高度为相邻两层料板间距的1/3~2/3；相邻两层料板间的两刮板的位置错开角度与上述扇形下料孔的位置错开角度β相同；

活化炉顶端设有固体物料进料口，通过进料管与上部的预活化反应器的螺旋出料机相联；活化炉底端设固体下料口，通过下料管和螺旋出料机与活化产物收集器相联；在活化炉下部设有载气入口；活化炉中上部设气态产物出口； 

活化炉外置多段加热炉由至少2段可独立控制的环形加热炉组成；

活化产物收集器为圆筒形，下端为锥形筒，其下部设有入水口，其底端与气密式出料机相连；活化产物收集器上部设有气体和水蒸气出口；

出料机构采用一级气密型固体出料阀或两级气密型固体料阀，在两级固体料阀之间设有一料仓。

2.根据权利要求1所述的连续碱活化装置，其特征在于，预活化反应器为螺杆挤出式反应器，其中螺杆挤出式为单螺杆挤出式或双螺杆挤出式。

3.根据权利要求1或2所述的连续碱活化装置，所述的加热炉为电加热炉。

4.使用权利要求1或2所述的连续碱活化装置制备高比表面积活性炭的方法，其特征包括如下步骤：在常压下，将原料炭与碱KOH按1:1~4的质量比在混捏机中混合均匀；将混捏得到的碱炭固体混合物连续加入预活化反应器中在惰性载气保护下进行预活化，得到预活化的固体物料；将预活化的固体物料连续送入立式活化炉上部，在立式活化炉内置刮板推动和固体物料自身重力作用下，所述固体物料由上至下以螺旋形或Z字形下降的运行轨迹依次经过在垂直方向上平行排列的多层水平布置的料板，经历升温、恒温和降温三个阶段，完成活化过程，所得到的活化产物从活化炉下部的连续送入活化产物收集器；活化过程的载气从活化炉底部通入，与固体物料逆流接触，与活化过程产生的气体产物一起，从活化炉上部气体出口引出；在活化产物收集器下部通入水，与活化产物逆流接触，使残留在活化产物中的K转化为KOH，同时产生H₂气，并使活化产物冷却，所产生的H₂气和水蒸气从活化产物收集器上部引出；冷却后的活化产物从产物收集器排出，用水洗涤至滤液呈中性后，在100~120℃之间干燥1~3h，得到高比表面积活性炭产品。 

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的混合过程加入不超过原料炭和KOH总质量的15%的水或乙醇水溶液作为混捏助剂，混捏温度控制为100~250℃，混捏时间控制在0.5~1.5h。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述的预活化在螺杆挤出式连续预活化反应器中进行；碱炭混合物在被螺杆推进过程中被逐渐加热到400~550℃，在此过程中发生反应，所产生的气态产物在惰性载气携带下与预活化后的固体物料快速分离后外送。