CN105540586B

CN105540586B - 一种用于制备活性炭的化学活化剂的循环利用装置

Info

Publication number: CN105540586B
Application number: CN201610108981.0A
Authority: CN
Inventors: 张建波; 张国荣; 乞檬; 马晓迅
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: CN105540586A

Abstract

一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，包括离子浓度监测仪、活化剂加料器、原料加料器、原料与活化剂混合池、熄焦池和打捞器；离子浓度监测仪的探头悬于原料与活化剂混合池内；离子浓度监测仪与活化剂加料器相连，反馈给活化剂加料器；原料与活化剂混合池和熄焦池并排相连通。本发明通过将经过碳化与活化后残留在活性炭半产品孔道中的化学活化剂转化成溶液，充当部分活化剂进行二次利用，为化学活化剂的循环利用提供了便利和可操作性，有利于节约生产成本。本发明还可实现熄焦废水的循环利用、缩短碳化与活化后热态活性炭的降温时间，在装备与设备方面不存在技术壁垒，便于规模化应用于工业生产，具有广阔的应用前景和市场潜力。

Description

一种用于制备活性炭的化学活化剂的循环利用装置

技术领域

本发明属于活性炭材料制备与生产设备领域，具体涉及一种用于制备活性炭的化学活化剂的循环利用装置。

背景技术

活性炭是具有丰富孔隙结构和较大比表面积的一种碳质吸附材料，具有吸附能力强、化学稳定性好、力学强度高等特点，已广泛应用于化工、食品、制药、环保、催化剂载体、溶剂回收和气体分离等领域。

活性炭的制备方法通常包括物理活化法和化学活化法两种。物理活化法通常以空气、水蒸气、二氧化碳或者它们的混合气体作为活化剂，原理是依靠氧化碳原子而形成孔隙结构，具有操作简单、避免了设备腐蚀、可免清洗活性炭产品等优点，但是存在生产过程所需温度较高、活性炭产品收率较低、比表面积较小等缺点。而化学活化法通常采用氯化锌、磷酸、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾和碳酸钠作为活化剂，将原料直接与化学活化剂混合(常用溶液浸渍法)后，在一定温度下进行碳化与活化，主要利用的是化学活化剂对原料的刻蚀作用从而形成孔隙；它虽然对生产设备有较强的腐蚀性、活化剂不便于循环利用或回收等缺点，但是具有活化温度较低、活性炭收率较高、孔隙结构发达等优点，因此，化学活化法制备活性炭也比较受关注与重视。可见，为了节约成本、推进化学活化法的产业化应用，现有技术中化学活化法制备活性炭时，活化剂的循环利用或回收问题有待于克服和解决。

发明内容

为了解决化学活化法制备活性炭时活化剂的循环利用的问题，本发明提供了一种用于制备活性炭的化学活化剂的循环利用装置，该装置为化学活化剂的循环利用提供了便利和可操作性，有利于节约生产成本。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，包括离子浓度监测仪、活化剂加料器、原料加料器、原料与活化剂混合池、熄焦池和用于打捞原料与活化剂混合池和熄焦池中物料的物料打捞器；

所述离子浓度监测仪的探头悬于原料与活化剂混合池内，用于监测原料与活化剂混合池中活化剂离子浓度的高低；所述离子浓度监测仪与活化剂加料器相连，并将离子浓度监测仪监测到的原料与活化剂混合池中活化剂离子浓度的高低信息，反馈给活化剂加料器；

所述原料与活化剂混合池和熄焦池并排相连，二者共享一面墙体，并且墙体上设有用于原料与活化剂混合池和熄焦池两个池中溶液的流通与混合的网孔区。

所述离子浓度监测仪与活化剂加料器通过电信号线相连。

所述活化剂加料器和原料加料器并排放置于原料与活化剂混合池上方。

原料加料器输送的活性炭碳源原料的颗粒尺寸不小于150μm。

所述原料与活化剂混合池和熄焦池二者均为敞口池，二者底部均设置有排水口。

所述物料打捞器固定在原料与活化剂混合池外侧。

所述网孔区的总面积不超过墙体单一侧面面积的四分之一。

所述网孔区的单孔尺寸小于活性炭碳源原料的颗粒尺寸。

所述物料打捞器包括铲斗，物料打捞器上还设置有清水水管，清水水管端部设置有能够控流水量的喷头。

铲斗各侧面上均设置有单孔尺寸不超过150μm的网孔，并且铲斗各侧面上的网孔总面积不超过铲斗总表面积的一半。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

基于化学活化法操作过程中，存在以下两点因素：①活性炭制备的原料与化学活化剂常用的混合方式是溶液浸渍法(由于化学活化剂都溶于水，易形成溶液，而且溶液浸渍法有利于原料与化学活化剂的充分混合)；②活性炭制备的原料与化学活化剂的混合物经过碳化与活化后，化学活化剂的部分有效成分仍然残留在活性炭半成品的孔道中，通过水洗可回收。基于此两点因素，本发明提出的基本原理是：将经过碳化与活化后残留在活性炭半成品孔道中的化学活化剂转化成溶液，充当部分活化剂再次用于活性炭制备的原料与化学活化剂的混合，即进行二次利用。

在操作过程中，根据设定条件或实际需要，将一定量的活性炭碳源原料、化学活化剂和清水输送到原料与活化剂混合池中，用物料打捞器进行搅拌，混合均匀后，浸渍适当时间。然后用物料打捞器从原料与活化剂混合池中到捞出浸渍过的活性炭碳源原料，通过皮带或者运输车送到活性炭制备的干燥系统。干燥完成后，经碳化与活化程序后，直接将热态的活性炭半成品投入到熄焦池中，便于残留在活性炭半成品孔道中的化学活化剂溶入到原料与活化剂混合池和熄焦池两个池中的溶液中，减少化学活化剂损失，同时实现二次利用。这种操作方式，相对于传统方法(惰性气体保护下的自然降温)，不仅可缩短碳化与活化后热态活性炭的降温时间、实现快速熄焦和降温；同时，还可增大熄焦池中水分的蒸发量，缓解因洗涤而造成的化学活化剂溶液浓度的降低程度。之后，再用物料打捞器从熄焦池中打捞出充分降温后的活性炭半成品，悬于熄焦池上方，经清水充分冲洗后再输送到干燥系统，完成干燥操作即可获得活性炭产品。这样操作可使冲洗活性炭半成品的废水流入到熄焦池中，从而实现洗涤废水的重复利用，同时减少活性炭产品夹带的活化剂溶液的损失。

本发明提供的活性炭制备的化学活化剂循环利用的装置，为化学活化剂的循环利用提供了便利和可操作性，有利于节约生产成本。

本发明通过将活化剂混合池和熄焦池并排相连，且两个池中的溶液可相互流通与混合，有利于减少因洗涤而造成残留在活性炭半成品孔道中的化学活化剂损失，并可使之充当部分活化剂再次用于原料与化学活化剂的混合，形成二次利用。此外，也可实现熄焦废水的循环利用。

本发明中的熄焦池用于经碳化与活化后热态活性炭的快速降温或湿法熄焦，相对于传统方法(惰性气体保护下的自然降温)，可缩短碳化与活化后热态活性炭的降温时间；同时，可增大熄焦池中水分的蒸发量，缓解因洗涤而造成的化学活化剂溶液浓度的降低程度。

本发明的主要设备均可采用已市场化生产的传统设备，其余辅助设备较少，且可自行建造；因此，在装备与设备方面不存在技术壁垒，便于规模化生产或市场推广。

附图说明

图1是本发明提供的活性炭制备的化学活化剂循环利用的装置的示意图。

其中，1-离子浓度监测仪；2-活化剂加料器；3-原料加料器；4-电信号线；5-物料打捞器；6-可控流水量的喷头；7-物料打捞器的铲斗；8-排水口；9-表示原料与活化剂混合池；10-熄焦池；11-墙体；12-网孔区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明提供的活性炭制备的化学活化剂循环利用的装置，包括离子浓度监测仪1、活化剂加料器2、原料加料器3、原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')、熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')和物料打捞器5六个主体设备。

离子浓度监测仪1的探头悬于原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')内中下部，但不触及原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')的底部或侧面墙体，用于监测原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')中活化剂离子浓度的高低。比如，使用KOH作为活化剂时，可根据钾离子(K+)和氢氧根(OH-)二者的浓度和溶液的体积(或者加水量)来确定溶液中的KOH含量。离子浓度监测仪1与活化剂加料器2通过电信号线4相连，通过将离子浓度监测仪1监测到的原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')中活化剂离子浓度的高低信息，反馈给活化剂加料器2，从而调控活化剂加料器2的加料状态。

活化剂加料器2和原料加料器3分别独自控制输送到原料与活化剂混合池9中的物料量；活化剂加料器2根据电信号线4从离子浓度监测仪1反馈的电信号，调控和输送活化剂的加料量。原料加料器3用于调控和输送活性炭碳源原料的加料量，要求原料加料器3输送的活性炭碳源原料的颗粒尺寸不小于150μm。活化剂加料器2和原料加料器3并排放置于原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')上方。

原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')并排相连，二者共享一面墙体11(四边形EFF'E')。墙体11(四边形EFF'E')上设有网孔区(四边形MNOP)，用于原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')两个池中溶液的流通与混合。原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')用于活性炭制备的原料与化学活化剂的溶液浸渍法混合，熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')用于经碳化与活化后热态活性炭的快速降温或湿法熄焦。原料与活化剂混合池9和熄焦池10二者均为敞口池，二者底部均设置有排水口8。网孔区12(四边形MNOP)位于墙体11(四边形EFF'E')靠近池口的上半部分、穿过墙体11(四边形EFF'E')且分布于墙体11(四边形EFF'E')两侧表面对应位置上，墙体11(四边形EFF'E')单一侧面上的网孔区12(四边形MNOP)总面积不超过墙体11(四边形EFF'E')单一侧面面积的四分之一，网孔区12(四边形MNOP)的单孔尺寸可根据使用的活性炭碳源原料的颗粒尺寸进行选定，但网孔区12(四边形MNOP)的单孔尺寸通常小于活性炭碳源原料的颗粒尺寸，即网孔区12(四边形MNOP)的单孔尺寸一般不超过150μm，即网孔区(四边形MNOP)的单孔尺寸通常小于活性炭碳源原料的颗粒尺寸。

所述物料打捞器5的形状与部分功能类似于传统的挖掘机，用于打捞原料与活化剂混合池9和熄焦池10中的物料，可固定在墙体11的外侧。

首次使用原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')时，需同时关闭原料与活化剂混合池9和熄焦池10底部的排水口8；通过物料打捞器5的骨架上设置的清水水管和可控流水量的喷头6定量地向原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')或熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')中注入适量的水，以便于活化剂形成溶液，同时便于活性炭的碳源原料与活化剂的均匀混合。物料打捞器5可用于搅拌原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')两池中的物料，从而使物料充分混合或快速换热。需清理原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')两个池时，先用物料打捞器5打捞出原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')两个池中的固体物料，然后同时打开原料与活化剂混合池9和熄焦池10底部的排水口8，通过物料打捞器5骨架上设置的清水水管，清水水管的端部设置有可控流水量的喷头6，通过喷头6注入清水洗刷，从而实现清理工序。

物料打捞器5的骨架上设置有清水水管和可控流水量的喷头6，可用于冲洗从熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')中打捞出的物料、向原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')两个池中定量注入水。物料打捞器5包括铲斗7，铲斗7各侧面上均设置有单孔尺寸不超过150μm的网孔，用于滤出所打捞物料夹带的溶液或喷头6喷洒的清水，铲斗7各侧面上的网孔总面积不超过所述铲斗7总表面积的一半。物料打捞器5同时具有足够的机械硬度和强度，可用于搅拌原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')两池中的物料，从而使物料充分混合或快速换热。

在操作过程中，根据设定条件或实际需要，将一定量的活性炭碳源原料、化学活化剂和清水输送到原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')中，用物料打捞器5进行搅拌，混合均匀后，浸渍适当时间。然后用物料打捞器5从原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')中到捞出浸渍过的活性炭碳源原料，通过皮带或者运输车送到活性炭制备的干燥系统。干燥完成后，经碳化与活化程序后，直接将热态的活性炭半成品投入到熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')中，便于残留在活性炭半成品孔道中的化学活化剂溶入到原料与活化剂混合池9(立方体AFED-A'F'E'D')和熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')两个池中的溶液中，减少化学活化剂损失，同时实现二次利用。这种操作方式，相对于传统方法(惰性气体保护下的自然降温)，不仅可缩短碳化与活化后热态活性炭的降温时间、实现快速熄焦和降温；同时，还可增大熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')中水分的蒸发量，缓解因洗涤而造成的化学活化剂溶液浓度的降低程度。之后，再用物料打捞器5从熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')中打捞出充分降温后的活性炭半成品，悬于熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')上方，经清水充分冲洗后再输送到干燥系统，完成干燥操作即可获得活性炭产品。这样操作可使冲洗活性炭半成品的废水流入到熄焦池10(立方体FBCE-F'B'C'E')中，从而实现洗涤废水的重复利用，同时减少活性炭产品夹带的活化剂溶液的损失。

本发明提供了一种活性炭制备的化学活化剂循环利用的装置，包括离子浓度监测仪、活化剂加料器、原料加料器、原料与活化剂混合池、熄焦池和物料打捞器六个主体设备，通过将经过碳化与活化后残留在活性炭半产品孔道中的化学活化剂转化成溶液，充当部分活化剂进行二次利用，为化学活化剂的循环利用提供了便利和可操作性，有利于节约生产成本。同时，本发明还可实现熄焦废水的循环利用、缩短碳化与活化后热态活性炭的降温时间，在装备与设备方面不存在技术壁垒，便于规模化应用于工业生产，具有广阔的应用前景和市场潜力。

Claims

1.一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，包括离子浓度监测仪(1)、活化剂加料器(2)、原料加料器(3)、原料与活化剂混合池(9)、熄焦池(10)和用于打捞原料与活化剂混合池(9)和熄焦池(10)中物料的物料打捞器(5)；

所述离子浓度监测仪(1)的探头悬于原料与活化剂混合池(9)内，用于监测原料与活化剂混合池(9)中活化剂离子浓度的高低；所述离子浓度监测仪(1)与活化剂加料器(2)相连，并将离子浓度监测仪(1)监测到的原料与活化剂混合池(9)中活化剂离子浓度的高低信息，反馈给活化剂加料器(2)；

所述原料与活化剂混合池(9)和熄焦池(10)并排相连，二者共享一面墙体，并且墙体上设有用于原料与活化剂混合池(9)和熄焦池(10)两个池中溶液的流通与混合的网孔区(12)；

所述网孔区(12)的单孔尺寸小于活性炭碳源原料的颗粒尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，所述离子浓度监测仪(1)与活化剂加料器(2)通过电信号线(4)相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，所述活化剂加料器(2)和原料加料器(3)并排放置于原料与活化剂混合池(9)上方。

4.根据权利要求1所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，原料加料器(3)输送的活性炭碳源原料的颗粒尺寸不小于150μm。

5.根据权利要求1所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，所述原料与活化剂混合池(9)和熄焦池(10)二者均为敞口池，二者底部均设置有排水口(8)。

6.根据权利要求1所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，所述物料打捞器(5)固定在原料与活化剂混合池(9)外侧。

7.根据权利要求1所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，所述网孔区(12)的总面积不超过墙体(11)单一侧面面积的四分之一。

8.根据权利要求1所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，所述物料打捞器(5)包括铲斗(7)，物料打捞器(5)上还设置有清水水管，清水水管端部设置有能够控流水量的喷头(6)。

9.根据权利要求8所述的一种用于制备活性炭的化学活化剂循环利用的装置，其特征在于，铲斗(7)各侧面上均设置有单孔尺寸不超过150μm的网孔，并且铲斗(7)各侧面上的网孔总面积不超过铲斗(7)总表面积的一半。