活性炭炭化过程及其设备

  活性炭炭化过程及其设备活性炭炭化过程及其设备 炭化工序是气体活化法生产活性炭过程中的重要工序之一,该过程是把原料隔绝空气加热,使非碳元素减少,以生产出适合活化工序所需要的碳质材料的工序,是活化前的主要准备与基础。在煤基活性炭生产的全部过程中,炭化过程通常包括物料的炭化和炭化尾气处理两部分。 炭化 炭化过程实际上就是物料在低温条件下的干馏过程。在该过程中,物料在一定的低温范围内和隔绝空气的条件下逐步升温加热,物料中的低分子物质首先挥发,然后煤及煤焦油沥青分解和固化.整个炭化过程中物料会发生一系列复杂的物理变化和化学变化,其中物理变化主要...

  活性炭炭化过程及其设备 炭化工序是气体活化法生产活性炭过程中的重要工序之一,该过程是把原料隔绝空气加热,使非碳元素减少,以生产出适合活化工序所需要的碳质材料的工序,是活化前的主要准备与基础。在煤基活性炭生产的全部过程中,炭化过程通常包括物料的炭化和炭化尾气处理两部分。 炭化 炭化过程实际上就是物料在低温条件下的干馏过程。在该过程中,物料在一定的低温范围内和隔绝空气的条件下逐步升温加热,物料中的低分子物质首先挥发,然后煤及煤焦油沥青分解和固化.整个炭化过程中物料会发生一系列复杂的物理变化和化学变化,其中物理变化主要是脱水、脱气和干燥过程;化学变化主要是热分解和热缩聚两类反应。物料在热分解和热缩聚反应过程中析出煤气和煤焦油,物料中有机物的氧键结合基被破坏,氧元素以Hz 0, CO, CO:等气体析出,同时形成芳香族化合物和交联的高强度碳分子结构固体;在炭化过程中,由于物料在高温分解时将氧和氢等非碳物质排出,失去氧氢后的碳原子则进行重新组合,形成具基本石墨微晶结构的有序物,这种结晶物由六角形排列的碳原子平面组成,它们的排列是不

  的,因此形成了微晶之间的空隙,这些空隙便是炭化料的初始孔隙。因此,炭化的目的是使物料形成容易活化的二次孔隙结构并赋予能经受活化所需要的机械强度。对物料炭化的要求是通过炭化所得的 炭化料外观要达到一定的规格和形状要求,内部结构上要具有一定的初孔结构,同时要具有较高的机械强度。 一、炭化过程通常能分为以下几个阶段。 (1)干燥阶段温度在120℃以下,原料煤释放出外在水分和内在水分,此时原料煤的外形无变化。 (2)开始热解阶段原料煤开始发生分解反应释放出热解水,形成气态产物(如CQ, C02, H2 S等),不同煤种开始热解的温度不同,变质程度低的煤的开始热解温度也较低,东北泥炭约为100—1600,褐煤约为200~ 3000C,烟煤约为300^-4000C,无烟煤约为300-450C。由于煤的分子结构和生成条件有较大差异,故上述开始热解温度只是不同煤种间的相对参考值。 (3)炭化阶段温度在300-600 摄氏度,以缩聚和分解反应为主,原料煤大量析出挥发分,炭化过程析出的焦油和煤气产物几乎全部均在此阶段产生。黏结性烟煤在此阶段逐渐软化、熔融,形成气、液、固三相共存的胶质体,再经流动、缩聚、固化等过程转变为半焦;非黏结性则形成针状半焦或块状半焦。 炭化终温和升温速率是炭化工艺控制的主要操作条件 对于不同煤种来说,焦油形成过程均在550℃左右结束·大量的实验室研究和一工业生产经验均表明,600℃是最佳的炭化终温,温度过低炭化产物没办法形成足够一的机械强度,温度过高则会促使炭化产物中的石墨微晶结构有序化,减少微晶之间一的空隙,影响活化造孔过程。 炭化升温速率对炭化产物的产率有较大影响。高升温速率能使物料析出更多的焦油和煤气,降低炭化料产率。降低升温速率时,物料在低温区受热时间长,热解反应的选择性较强,初期热解使物料分子中较弱的键断开,发生了平行的和顺序的热缩聚反应,形成具有较高热稳定性的结构,由此减少高温阶段热解析出物的挥发分产率,获得更高的固体炭化产物(即炭化料)产率。 炭化工艺中炭化料的质量主要是通过挥发分、焦昨特性指数、水容量和强度来进行评价。合格的炭化料的挥发分为7%-18%,焦昨特性指数为1-3,水容量为15%-25%,球盘强度)90%. 由于上述指标的测量需要一段时间,而在生产现场调试过程中常常应该要依据炭化料质量迅速调节工艺参数,因此也能够最终靠感官对炭化料质量进行粗略评价。合格的炭化料应具有平整、无裂纹的表面,较高的强度,物料断面色泽一致。 炭化尾气处理 物料的炭化过程产生炭化尾气,其组成主要为两部分:一部分为炭化时外加燃料热源燃烧产生的高温加热气体,主要成分为CO2. H2 0, N2及少量的so2和CO;另一部分为物料炭化热分解时所产生的挥发物组分,如CO, H2, CH4、烷烃、烯烃、煤焦油等。炭化尾气中含有少量有毒有害于人体健康的物质,这些气体直接排人大气将给周围环境能够造成污染,因此炭化尾气需要经过处理才能直接排人大气。 目前,炭化尾气处理采用的方法主要有两类:一类是焚烧法; 另一类是电捕集器法。 焚烧法是使炭化尾气进人焚烧炉,在800-950℃的高温条件下并有过量空气的气氛中充分燃烧,将可燃气体及有害于人体健康的物质全部燃烧成Co2后排入大气。焚烧炉可用煤气、天然气、柴油、重油加热;也可用煤加热,以煤作为焚烧炉的焚烧燃料,运行成本较低。焚烧炉中燃烧产生的热量能够最终靠废热锅炉进行回收产生蒸汽。这种方法投资少,简单易操作,能够脱除绝大部分对环境有害的物质,同时能产生活性炭生产的全部过程所需要的蒸汽,因此焚烧法在活性炭生产中采取了比较普遍。电捕集器法是采用成套工艺设备通过捕集、回收、燃烧、净化等过程将炭化尾气净化排人大气。这种解决方法借鉴于焦化厂的焦炉气处理方法,从炭化炉排出的炭化尾气首先通人直冷塔,用水直接喷淋将温度从 500-600℃降至80^-850C;再通人间冷塔进一步冷却至25 ^-400C,在此处煤气与焦油、水、焦油渣等分离。分离下来的焦油、水及焦油渣一起进人焦油氨水澄清池,经澄清分离后上层的水可用泵打回直冷塔喷淋,中层的焦油可通过液面调节器流出用来进一步精制,下层的焦油渣可用刮板运输机运出。其余煤气经鼓风机后进人电捕焦油器,在此处将煤气中悬浮的焦油雾滴捕集,煤气再经焚烧回收热量后排空或用作燃料气燃烧利用(如欲用作燃料气则需进一步净化处理)。 在焦化行业处理荒煤气的流程中使用的是氨水进行喷淋冷却,处理过程更复杂,可得到多种副产品,但此方法投资庞大, 一般在生产规模较大的焦化厂中才会应用。这种方法一次性投资较大,产生的工业废水中含有氰、酚等化合物,净化处理很难,运行成本比较高,而且由于活性炭的炭化炉与炼焦用高炉操作温度不同,尾气成分差别很大,导致焦油回收效率低,目前该方法在国内活性炭行业尚无成功范例。 以上资料来源于: 转载请注明出处。

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