一种活性炭的制备工艺的制作方法

本发明涉及活性炭技术领域，具体涉及一种活性炭的制备工艺。

背景技术

活性炭是一种经过特殊处理的炭，将果壳、煤、木材等有机原料在隔绝空 气的条件下加热，以减少非碳成分，然后与气体反应，表面被侵蚀，产生微孔 发达的结构。由于活性炭微孔结构发达，比表面积和吸附活性大，被广泛应用 于污水处理、电极、烟气处理等领域。

活性炭的主要原料是木炭，大多数生产者会到富有森林资源深山里进行土法生产木炭，这种生产方式以活林木为原料，导致滥砍滥伐现象严重，森林植被严重被破坏，严重破坏生态环境。

随着国家对生态环境的重视，这种以牺牲生态环境换经济增长的模式被取缔，一方面由于原料的缩减，活性炭的市场价飙升；另一方面，现有的活性炭生产技术为顺行法即活性炭生产工艺流程中，炭化料进入活化筒，先直接与空气接触燃烧产生大量的热能后，活化筒中后部才会产生水煤气法进行活化，水煤气法中生产大量的一氧化炭及氢气因缺氧无法燃烧直接排放于空气中，造成了浪费热能又增加了空气污染。

中国专利CN103265027A公开了一种利用木屑、木材加工下脚料和农作物秸秆等原料通过干馏炭化-瞬间活化连续式生产物理法活性炭的方法，在处理农业固体废弃物的同时实现其资源化，变“废”为“宝”。制备方法的具体步骤为：将原料烘干至水含量为8-15％，在粉碎机里粉碎，粉末过20-100目。将粉碎好的原料送入干馏炭化炉进行炭化，炭化温度400-800℃，炭化时间为60-120分钟。将炭化过程中产生的馏分冷凝、分离、收集。炭化料送入辊压机中辊压，辊压炭化料过50-200目。接着将辊压过的炭化料送入升温炉中，升温至800-1200℃。然后将高温炭化料送入瞬间活化炉，同时喷入100-150℃的水蒸气进行活化，活化时间为0.5-3秒。最后将活性炭送入冷却管道，冷却至室温。即可得到：灼烧残渣为1-3％，亚甲基蓝吸附值为12-22(ml/0.1g)，得率为8-15％的物理法活性炭。但是，此发明制备工艺复杂，且没有利用活化产物一氧化碳和氢气，资源浪费严重。

中国专利CN105800609B公开了一种氢燃烧水蒸气活化炉的活性炭活化方法是将预处理的炭化原料加入到活化炉活化反应段，在氮气气氛下，压力为常压，升温形成活性炭初料；在活化炉底层按比例同时通入氢气和氧气进行混合，再经一级气体分布板上升到活化炉气体混合燃烧段与通入的氮气进行混合反应生成水蒸气，并以水蒸气为活化剂上升通过二级气体分布板进入气体缓冲分布段进行缓冲，然后上升通过物料支撑气体分布板与一次活性炭初料进行活化反应，后在氮气气氛下，降温后获得活性炭。提供了一种新的活化剂通入方式，并以通入的氧气精确控制水蒸气的生成量，同时利用了氢气和氧气燃烧释放的热量，不仅节约了能源，而且提高了活化效率，但是此发明工艺繁琐，操作比较困难。

因此，需要针对目前活性炭制备过程中原料成本高、活化工艺中资源浪费以及工艺热量少等问题，进行活性炭制备工艺的改进。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种活性炭的制备工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种活性炭的制备工艺，包括如下步骤：

步骤一、原料准备：将枝丫柴、木质废柴、竹头分别先切成厚度为2cm~4cm的片材，再切成均匀的块状，混合后备用；

步骤二、原料烘干：将步骤一中混合的原料用铲车装往料仓，利用料仓下方输送带将混合原料送进烘干筒烘干，得到水分含量＜8%的干制原料；

步骤三、碳化：将步骤二中干制原料经绞龙送进碳化筒碳化分解，分别收集产物木焦油、木煤气和碳；

步骤四、锅炉燃烧：产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧，得到活化筒用气；

步骤五、前端活化：将步骤三中得到的产物碳经碳化筒出料口用绞龙送进活化筒进口端，并引入步骤四得到的活化筒用气，采用逆行法在活化筒内进行水煤气法活化，得到活性炭；其中，采用水煤气法进行活化时，水蒸气来自锅炉产生的活化筒用气，水蒸汽的温度为120℃~130℃。

进一步的，步骤五中，前端活化过程中，水蒸汽经过碳发生反应，生成产物一氧化碳和氢气，所述活化筒出口端鼓入空气，与一氧化碳和氢气可在活化筒出口端里燃烧，产生热量，并通过控制活化筒出料端的进风量和氧气量来控制活化的程度和活化效果。

其中，现有技术中空气都是从炭化进料与进风口一端送入（空气进风口与炭化进料口相同），存在大量的一氧化炭及氢气因为缺氧无法燃烧，直接排放于空气，浪费热能又增加了空气污染，还有氧气燃烧完成，就消耗木炭；而本申请文件中氧气从出料端进入可以解决一氧化炭及氢气直接与空气中的氧气燃烧，即增加了热能的收集又减少了空气的污染，本身活化炉需要高温，空气出料端送入工序改变就能解决活化所需能量）。

更进一步的，一氧化碳和氢气在活化筒前端里燃烧产生的热量，一部分输可输送到碳化筒外部加热，一部分可输送到锅炉加热水蒸汽；同时碳化筒外部加热完的余热，经管道输送到烘干筒内可对块状原料进行烘干，最终烘干完成后的尾气经锅炉尾部除尘设备除尘、排放。

上述中，采用水煤气法进行活化过程中，水蒸汽经过碳发生反应，生成产物氢气和一氧化碳，化学方程式为C H2O（g）=(高温)CO H2，这个反应是一个吸热反应，必须向活化筒鼓入水蒸气，在筒内产生水蒸汽气化反应，此时将料层的热量进一步吸收，同时料层温度也明显下降；同时，所述活化筒出料端鼓入空气，与一氧化碳和氢气可在活化筒前端里燃烧，产生热量，化学程式：1、2CO O2=2CO2；2、2H2 O2=2H2O，这个反应是一个放热反应；空气从活化筒出料端鼓入，避免木炭本身的继续燃烧减少产出，而是空气中的氧气与氢气和一氧化碳继续燃烧，一氧化碳和氢气在活化筒进口端里燃烧产生的热量，一部分输可输送到碳化筒外部加热，一部分可输送到锅炉加热水蒸汽；同时碳化筒外部加热完的余热，经管道输送到烘干筒内可对块状原料进行烘干，最终烘干完成后的尾气经锅炉尾部除尘设备除尘、排放。

进一步的，步骤一中，枝丫柴、木质废柴、竹头的质量比为1：2：0.4~0.6。根据枝丫柴、木质废柴和竹头的结构和组成特性，竹头是一种天然生长的有机体，主要成分是纤维素（43%左右），半纤维素（20%左右）和木塑（23%左右），壁薄中空，直径较小，尖削度大，结构不均匀，竹材节间细胞全部严格纵向排列，缺少木材那样经向分布的薄壁细胞和射线细胞的交叉排列结构，选择特定比例的混合对活性炭产品性能的提高有很重要的影响。

进一步的，步骤一中，块状长宽为3~5cm*3cm。根据本申请文件中设备尺寸和生产要求，将原料尺寸固定在该范围内可得到炭化程度高和活化程度均匀，活性炭质量稳定的产品。

进一步的，步骤二中，烘干具体为：先在温度为80℃~90℃的条件下烘干2小时~3小时，再在温度为105℃~110℃的条件下烘干20min~30min。

进一步的，步骤三中，碳化分解具体为：先在温度为220℃~320℃的条件下预热20min~30min，再在温度为600℃~660℃的条件下碳化90min~120min。

进一步的，步骤三中，产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧。

进一步的，步骤五中，活化具体为，在温度为950℃~1060℃的条件下活化4h~6h。

本发明活性炭的制备工艺中所用的设备及尺寸如下：

烘干筒：长18m、直径1.6m圆筒（铁制材料）；

碳化筒：长18m、直径1.8m圆筒（不锈钢304材质）；

活化筒：长18m、直径2m圆铁筒、筒内壁内径0.3m耐火砖；

切片机1套，铲车20型号1台，调速料仓输送带1台，烘干筒至碳化筒绞龙1台，碳化筒至活化筒绞龙1台，进风口50瓦鼓风机1台；

驱动烘干筒、碳化筒转动电机22kW的减速器各1台，驱动活化筒转动电机38kW减速器1台。

本发明的优点是：

（1）本发明公开的活性炭的制备工艺，原料采用枝丫柴、木质废柴、竹头等，避免砍伐树木植被，保护生态环境，同时在活化工艺中采用逆行法，活化筒前端水煤气反应产生的一氧化碳和氢气直接与空气中的氧气接触燃烧，产生大量的热量，以供碳化筒和锅炉热量消耗，减少了工艺成本，同时，锅炉还有富余热量以供售卖，增加收益，大大提高了热量的利用效果；

（2）本发明公开的活性炭的制备工艺，减少了工艺外源热量的输入，减少能耗，降低成本，实现资源利用最大化，符合可持续发展理念，同时减少污染废气的排放，生态环保；

（3）本发明公开的活性炭的制备工艺，在活化筒前端进行水煤气反应实现活化，同时可直接利用空气中的氧气燃烧水煤气反应产生的一氧化碳和氢气，保持活化筒内的持续高温。

附图说明

图1是本发明公开的活性炭的制备工艺的流程示意图。

图2是本发明公开的活性炭的制备工艺中锅炉流程示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

如图1和图2所示，一种活性炭的制备工艺

步骤如下：

步骤一、原料准备：将质量比为1：2：0.4的枝丫柴、木质废柴、竹头分别先切成厚度为2cm的片材，再切成长宽为3cm*3cm的均匀的块状，混合后备用；

步骤二、原料烘干：将步骤一中混合的原料用铲车装往料仓，利用料仓下方输送带将混合原料送进烘干筒先在温度为80℃的条件下烘干2小时，再在温度为105℃的条件下烘干20min，得到水分含量为8%的干制原料；

步骤三、碳化：将步骤二中干制原料经绞龙送进碳化筒先在温度为220℃的条件下预热20min，再在温度为600℃的条件下碳化90min，分别收集产物木焦油、木煤气和碳；其中，产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧；

步骤四、锅炉燃烧：产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧，得到活化筒用气；

步骤五、前端活化：将步骤三中得到的产物碳经碳化筒出料口用绞龙送进活化筒进口端，并引入步骤四得到的活化筒用气，采用逆行法在活化筒内进行水煤气法在温度为950℃的条件下活化4h，得到活性炭；其中，采用水煤气法进行活化时，水蒸气来自锅炉产生的活化筒用气，水蒸汽的温度为120℃。

上述中，采用水煤气法进行活化过程中，水蒸汽与碳发生反应，生成产物氢气和一氧化碳，化学方程式为C H2O（g）=(高温)CO H2，这个反应是一个吸热反应，必须向活化筒鼓入水蒸气，在筒内产生水蒸汽气化反应，此时将料层的热量进一步吸收，同时料层温度也明显下降；同时，所述活化筒出料端鼓入空气，与一氧化碳和氢气可在活化筒进口端里燃烧，产生热量，化学程式：1、2CO O2=2CO2；2、2H2 O2=2H2O，这个反应是一个放热反应；空气从活化筒出料端鼓入，避免木炭本身的继续燃烧减少产出，而是空气中的氧气与氢气和一氧化碳继续燃烧，一氧化碳和氢气在活化筒进口端里燃烧产生的热量，一部分输可输送到碳化筒外部加热，一部分可输送到锅炉加热水蒸汽；同时碳化筒外部加热完的余热，经管道输送到烘干筒内可对块状原料进行烘干，最终烘干完成后的尾气经锅炉尾部除尘设备除尘、排放。

上述实施例中，枝丫柴、木质废柴、竹头的总质量为40吨，工艺得到活性炭总质量为2.8吨、水蒸气为48.9吨。

实施例2

如图1和图2所示，一种活性炭的制备工艺

步骤如下：

步骤一、原料准备：将质量比为1：2：0.6的枝丫柴、木质废柴、竹头分别先切成厚度为4cm的片材，再切成长宽为5cm*3cm的均匀的块状，混合后备用；

步骤二、原料烘干：将步骤一中混合的原料用铲车装往料仓，利用料仓下方输送带将混合原料送进烘干筒先在温度为90℃的条件下烘干3小时，再在温度为110℃的条件下烘干30min，得到水分含量为7%的干制原料；

步骤三、碳化：将步骤二中干制原料经绞龙送进碳化筒先在温度为320℃的条件下预热30min，再在温度为660℃的条件下碳化120min，分别收集产物木焦油、木煤气和碳；其中，产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧；

步骤四、锅炉燃烧：产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧，得到活化筒用气；

木焦油和水煤气进入锅炉进行燃烧，加热锅炉产生的蒸汽引入到活化筒内利用，而锅炉燃烧产生的废气经多管除尘装置进行除尘处理，并在多管除尘装置内回收气体产生的热量，用于加热水罐，得到预热水，引入到锅炉内，而经多管除尘后的气体经过引风机依次引入到水浴除尘装置和静电除尘装置，经静电除尘装置处理后的灰尘引入到沉淀池，得到淤泥，而除尘得到的合格气体由静电除尘装置排出，排放和生产达到环保排放要求；

步骤五、前端活化：将步骤三中得到的产物碳经碳化筒出料口用绞龙送进活化筒进口端，并引入步骤四得到的活化筒用气，采用逆行法在活化筒内进行水煤气法在温度为1060℃的条件下活化6h，得到活性炭；其中，采用水煤气法进行活化时，水蒸气来自锅炉产生的活化筒用气，水蒸汽的温度为130℃。

上述中，原料切片柴、竹头由进料口进入烘干机进行烘干，烘干设备设置有引风机和除尘设备，烘干后的原料由出料口排出，并进入炭化室，炭化室的热量来自后续活化室的剩余热量，经炭化后的原料由出料口排出，得到固体产物炭、液体产物木焦油和其他产物木煤气，其中木焦油和木煤气进入锅炉，进行燃烧处理，加热锅炉，产生的热蒸汽用于活化室出料端的活化筒用气，炭化室出料口得到的炭送入活化室进行活化，一氧化碳和氢气在活化筒前端里燃烧产生的热量，一部分输可输送到碳化筒外部加热，一部分可输送到锅炉加热水蒸汽；同时碳化筒外部加热完的余热，经管道输送到烘干筒内可对块状原料进行烘干，最终烘干完成后的尾气经锅炉尾部除尘设备除尘、排放，完成活性炭的生产。

上述实施例中，枝丫柴、木质废柴、竹头的总质量为40吨，工艺得到活性炭总质量为3.2吨、水蒸气为50.2吨。

实施例3

如图1和图2所示，一种活性炭的制备工艺

步骤如下：

步骤一、原料准备：将质量比为1：2：0.6的枝丫柴、木质废柴、竹头分别先切成厚度为2.5cm的片材，再切成长宽为3.5cm*3cm的均匀的块状，混合后备用；

步骤二、原料烘干：将步骤一中混合的原料用铲车装往料仓，利用料仓下方输送带将混合原料送进烘干筒先在温度为82℃的条件下烘干3小时，再在温度为106℃的条件下烘干22min，得到水分含量为7%的干制原料；

步骤三、碳化：将步骤二中干制原料经绞龙送进碳化筒先在温度为250℃的条件下预热22min，再在温度为620℃的条件下碳化100min，分别收集产物木焦油、木煤气和碳；其中，产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧；

步骤四、锅炉燃烧：产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧，得到活化筒用气；

步骤五、前端活化：将步骤三中得到的产物碳经碳化筒出料口用绞龙送进活化筒进口端，并引入步骤四得到的活化筒用气，采用逆行法在活化筒内进行水煤气法在温度为980℃的条件下活化4.5h，得到活性炭；其中，采用水煤气法进行活化时，水蒸气来自锅炉产生的活化筒用气，水蒸汽的温度为122℃。

上述中，采用水煤气法进行活化过程中，水蒸汽与碳发生反应，生成产物氢气和一氧化碳，一氧化碳和氢气可在活化筒前端里燃烧，产生热量；一氧化碳和氢气在活化筒前端里燃烧产生的热量，一部分输可输送到碳化筒外部加热，一部分可输送到锅炉加热水蒸汽；同时碳化筒外部加热完的余热，经管道输送到烘干筒内可对块状原料进行烘干，最终烘干完成后的尾气经锅炉尾部除尘设备除尘、排放。

上述实施例中，枝丫柴、木质废柴、竹头的总质量为40吨，工艺得到活性炭总质量为2.9吨、水蒸气为49.6吨。

实施例4

如图1和图2所示，一种活性炭的制备工艺

步骤如下：

步骤一、原料准备：将质量比为1：2：0.4的枝丫柴、木质废柴、竹头分别先切成厚度为3.5cm的片材，再切成长宽为4.5cm*3cm的均匀的块状，混合后备用；

步骤二、原料烘干：将步骤一中混合的原料用铲车装往料仓，利用料仓下方输送带将混合原料送进烘干筒先在温度为88℃的条件下烘干2小时，再在温度为109℃的条件下烘干28min，得到水分含量为6%的干制原料；

步骤三、碳化：将步骤二中干制原料经绞龙送进碳化筒先在温度为300℃的条件下预热28min，再在温度为640℃的条件下碳化110min，分别收集产物木焦油、木煤气和碳；其中，产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧；

步骤四、锅炉燃烧：产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧，得到活化筒用气；

步骤五、前端活化：将步骤三中得到的产物碳经碳化筒出料口用绞龙送进活化筒前端采用水煤气法在温度为1030℃的条件下活化5.5h，得到活性炭，其中，采用水煤气法进行活化时，水蒸汽的温度为128℃。

上述中，采用水煤气法进行活化过程中，水蒸汽与碳发生反应，生成产物氢气和一氧化碳，一氧化碳和氢气可在活化筒前端里燃烧，产生热量；一氧化碳和氢气在活化筒前端里燃烧产生的热量，一部分输可输送到碳化筒外部加热，一部分可输送到锅炉加热水蒸汽；同时碳化筒外部加热完的余热，经管道输送到烘干筒内可对块状原料进行烘干，最终烘干完成后的尾气经锅炉尾部除尘设备除尘、排放。

上述实施例中，枝丫柴、木质废柴、竹头的总质量为40吨，工艺得到活性炭总质量为3.1吨、水蒸气为50.1吨。

实施例5

如图1和图2所示，一种活性炭的制备工艺

步骤如下：

步骤一、原料准备：将质量比为1：2：0.5的枝丫柴、木质废柴、竹头分别先切成厚度为3cm的片材，再切成长宽为4cm*3cm的均匀的块状，混合后备用；

步骤二、原料烘干：将步骤一中混合的原料用铲车装往料仓，利用料仓下方输送带将混合原料送进烘干筒先在温度为85℃的条件下烘干2.5小时，再在温度为108℃的条件下烘干25min，得到水分含量为6%的干制原料；

步骤三、碳化：将步骤二中干制原料经绞龙送进碳化筒先在温度为270℃的条件下预热25min，再在温度为630℃的条件下碳化105min，分别收集产物木焦油、木煤气和碳；其中，产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧；

步骤四、锅炉燃烧：产物木焦油和木煤气经碳化筒出料口用不锈钢管送进锅炉燃烧室燃烧，得到活化筒用气；

步骤五、前端活化：将步骤三中得到的产物碳经碳化筒出料口用绞龙送进活化筒前端采用水煤气法在温度为1010℃的条件下活化5h，得到活性炭，其中，采用水煤气法进行活化时，水蒸汽的温度为125℃。

上述中，原料切片柴、竹头由进料口进入烘干机进行烘干，烘干设备设置有引风机和除尘设备，烘干后的原料由出料口排出，并进入炭化室，炭化室的热量来自后续活化室的剩余热量，经炭化后的原料由出料口排出，得到固体产物炭、液体产物木焦油和其他产物木煤气，其中木焦油和木煤气进入锅炉，进行燃烧处理，加热锅炉，产生的热蒸汽用于活化室出料端的活化筒用气，炭化室出料口得到的炭送入活化室进行活化，一氧化碳和氢气在活化筒前端里燃烧产生的热量，一部分输可输送到碳化筒外部加热，一部分可输送到锅炉加热水蒸汽；同时碳化筒外部加热完的余热，经管道输送到烘干筒内可对块状原料进行烘干，最终烘干完成后的尾气经锅炉尾部除尘设备除尘、排放，完成活性炭的生产。

上述实施例中，枝丫柴、木质废柴、竹头的总质量为40吨，工艺得到活性炭总质量为3吨、水蒸气为50吨。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。