[发明专利]一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法

说明书

本发明提供一种利用含碳原料经碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法。将混合物料依次经过进料单元、反应单元及冷却和收集单元，进行低温预活化反应、高温活化反应及冷却作用得到活化产物，活化产物经后续处理得到高比表面积活性炭。在预活化或活化装置内，滚珠的存在将“黏壁”问题的影响降到最低，同时滚珠起到很好的增强传热和输送物料的作用。本发明消除“黏壁”现象的同时，实现高比表面积活性炭的连续生产，提高比表面积高活性炭的产品质量和生产效率，降低高比表面积活性炭的生产成本并减少环境污染。

技术领域

本发明属于化学活化法领域，涉及一种利用含碳原料经碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法。

背景技术

高比表面积活性炭因具有丰富的微孔结构和超大的吸附容量而被广泛应用在燃气存储、气体分离、催化反应和超级电容器等领域。近年来，对于高比表面积活性炭的需求也日益增加。制备活性炭的方式主要有物理活化法和化学活化法。本发明主要涉及的方法是使用碱性活化剂处理含碳原料制备高比表面积活性炭。

在工业化生产过程中，KOH与含碳原料的混合物料在加热反应过程中，随着温度的升高，KOH熔融，混合物料会黏附在反应器壁上，同时，由于反应产生的气体不能顺利穿过塑性的混合物料层，而导致混合物料的膨胀。这就是所谓“黏壁”现象。进一步升高温度，混合物料由塑性体转化为结块的固体。“黏壁”现象不仅影响生产的正常进行，而且降低生产效率和产品质量。现有技术采用搅拌桨机械搅拌以减少“黏壁”的影响，并将反应过程分成低温(通常低于600℃)预活化和高温(800-1000℃)活化两阶段。例如日本专利JP297414在带有搅拌装置的釜式反应器中，将椰壳和石油焦与数倍量的KOH混合后，在惰性气氛中400℃脱水，使混合物料由塑性体转变为分散良好的热固性颗粒后再在较高温度下完成活化过程，得到高比表面积活性炭产品。该反应装置属于间歇反应设备，生产效率不高；美国专利US4082694分两段活化炉进行高比表面积活性炭生产，将石油焦与活化剂KOH充分混合，在带有搅拌桨的卧式活化炉中，温度300-500℃，完成预活化过程，实现脱水炭化，使混合物料由塑性体转变为分散良好的热固性颗粒；最后在700-1000℃回转炉中完成活化过程，活化产物洗除碱的反应残余物后得到高比表面积活性炭。该过程中预活化产物直接进入回转炉中反应，生产连续，但生产过程中存在搅拌装置结构复杂、搅拌不均匀等问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法，其能够有效消除活性炭连续工业生产过程中产生的“黏壁”问题，提高生产效率。

本发明的技术方案是：

一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的预活化或活化装置，该装置在常压下操作,包括进料单元，用于预活化或活化反应的反应单元，出料机构，冷却和收集单元。

所述的进料单元包括气密式料仓1和螺旋进料器2，气密式料仓1安装在螺旋进料器2上方，储存储存混合物料、滚珠6或二者混合物；螺旋进料器2一侧与电机13相连，另一侧与转炉5连接；螺旋进料器2将混合物料、滚珠6或二者混合物送入反应单元；螺旋进料器2由可调速电机13驱动。

所述的反应单元包括转炉5和可调高度的基座11；转炉5进料端设有转炉进料端通气孔4，由通气孔4向转炉5内通入惰性气体或具有反应活性的反应气体，进行保护或参与反应，或由通气孔4导出反应尾气。滚珠(6)可填充在转炉5内，可也随混合物料一起进入转炉内；转炉5采用炉体外部加热炉加热，转炉5前端与传动机构12连接，传动机构12由可调速电机13驱动。

所述的惰性气体或具有反应活性的反应气体在转炉5中与混合物料并流或逆流，优选逆流。并流时，惰性气体或具有反应活性的反应气体由转炉进料端通气孔4通入，通过出料机构上部通气孔7引出；逆流时，惰性气体或具有反应活性的反应气体由出料机构上部通气孔7通入，通过转炉进料端通气孔4引出；