專利名稱：青磚窯混燒制顆?；钚蕴康姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于活性炭的制備方法，具體涉及一種以煤為原料用氣態(tài)活化劑制備顆?；钚蕴康姆椒ā?br> 活性炭是一種多孔性含碳物質(zhì)，具有優(yōu)良的吸附性能，在化工、環(huán)保、醫(yī)藥、衛(wèi)生、輕工、紡織、食品、國防等方面有著廣泛的應(yīng)用。煤作為制造活性炭的原料，其歷史可以追朔到1916年，制造方法大致可分為兩類一種是化學(xué)法-即氯化鋅活化法，另一種是物理法-即氣態(tài)活化劑活化法。物理活化法一般都需要進行兩個步驟，在將原料煤進行予處理后分別在炭化爐炭化，然后在活化爐內(nèi)活化，我國五十年代從蘇聯(lián)引進的斯列普爐法，就是一種專門的炭化爐和活化爐制造活性炭的兩步法。該方法是將原料經(jīng)過選煤、研磨、篩分到所需要的大小，然后用煤焦油等粘結(jié)劑混和壓伸，用成型機使其成型后再經(jīng)過炭化和活化兩個步驟，最后制成活性炭，建一座年產(chǎn)500噸的活性炭廠需投資250-300萬元左右。目前，雖然制造活性炭的爐型不少，但都存在環(huán)境污染問題，干餾氣的放空，造成大氣污染。由于炭化、活化需要較高的溫度，因而使得設(shè)備能耗大，活性炭的成本提高。
1984年，浙江省林業(yè)科學(xué)研究所和湖州市塘南活性炭廠根據(jù)日本四十年代傳入的悶燒法用中國的土磚瓦窯混燒同時生產(chǎn)活性炭和青磚瓦獲得成功。關(guān)于這種混燒法，上述單位已于1984年向浙江省科委提出了名稱為′與磚瓦混燒法再活化活性炭和制造活性炭′的發(fā)明申報書。該方法應(yīng)用磚瓦窯的原窯體將裝有活性炭原料的活性罐與磚瓦以1∶8-1∶2的比例裝窯，以特定的碼窯方式碼窯，燒窯程序與燒磚瓦基本相似，只是工藝條件略有不同。但上述所說的混燒法其制造活性炭的原料只限于木質(zhì)炭、果殼、果核等植物性原料，用他們的燒窯條件無法制出煤質(zhì)活性炭，眾所周知，煤的活化較之植物性含炭原料要困難的多，因此，該方法在原料的利用上有很大的局限性。
本發(fā)明的目的在于根據(jù)我國國情利用中國式青磚窯制造以煤為原料的成本低廉的活性炭。
本發(fā)明將青磚窯內(nèi)所具有的使磚坯變青的還原反應(yīng)和活性炭活化的氧化反應(yīng)相結(jié)合，利用焙燒青磚的熱量使活性炭一次炭化、活化，可同時生產(chǎn)青磚和活性炭。
本發(fā)明用青磚窯混燒制造顆粒活性炭的方法，其特征在于采用無煙煤為原料，方法步驟如下(1)原料的予處理a.選煤，使原煤灰分保證在10%以下，b.制粉，使粒度達(dá)到d85180-200目，c.混捏，將煤粉、煤焦油、水按65-70%，20-25%，10-15%的重量比例混合均勻，d.碾練，進一步混合制成供成型坯料條塊，e.成型，經(jīng)碾練的條塊在壓力下成型，制成適宜活化的條料，f.裝罐，條料干躁后，稱重轉(zhuǎn)罐，(2)裝窯裝好條料的活化罐和磚坯以1∶8-1∶15(數(shù)量比)的比例裝窯，(3)燒窯a.前火階段從點火開始至溫度達(dá)600℃，時間70-75小時，b.中火階段溫度600-800℃，時間40-60小時，c.后火階段溫度800-950℃，時間45-60小時，后火結(jié)束前4-6小時開始從天池緩慢飲水。
d.飲水冷卻階段停水燒火，正常飲水，使溫度降至40-50℃，時間60-75小時。
本發(fā)明所說的活化罐是指孔隙度在25-30%的活性罐，可以自己制造，各原料的配比(重量比)為鋁礬土熟料25-35%鋁礬土生料30-40%煤矸石或爐灰渣5-10%粘土20-30%各部分原料的粒度均應(yīng)＜1.5mm，加水制成膏狀用石膏模成型，制成直徑180-mm，高120mm，壁厚10mm的濕罐，干燥后在紅磚窯內(nèi)800-850℃下焙燒100小時為成品。
原料經(jīng)予處理后裝入燒好的活性罐，然后裝窯。本發(fā)明采用的裝窯方案是(1)以磚坯打底，這是因為整個窯體的溫度分布是上部高，下部低，高溫是由上往下轉(zhuǎn)移，由中心向邊部傳熱，雖然低部邊部也能達(dá)到活化所需要的溫度，但因反應(yīng)時間短，達(dá)不到深度活化的目的，容易夾生;(2)窯壁放磚坯，目的是為進一步保溫和避開低溫區(qū);(3)頂部壓磚坯，防止活性炭在飲窯時遭水淋;(4)蘭火周圍和頂部碼磚，以免因溫度過高而造成活性炭原料的灰化;(5)磚坯和活化罐以相間平行排列為宜，

圖1所示為窯內(nèi)的混裝區(qū)域分布。
本發(fā)明混燒法中活化罐和磚坯的裝窯數(shù)量比例為1∶8-1∶15，最佳比例是1∶10。活化罐裝得量大，活化氣氛不夠，容易造成夾生料，此外還會因為活化罐放出的熱量比較集中，而使罐周圍的磚燒流，如果活化罐裝得過少，則造成活性炭產(chǎn)量降低，失去了混燒法的意義。
混燒法的關(guān)鍵之處在燒窯，在常規(guī)的活性炭制造過程中，炭化和活化是分不開的兩個過程，而在混燒法中，炭化和活化則是一次在青磚窯中完成的，因此，掌握好炭化和活化的條件，決定燒窯工藝條件是至為重要的。在本發(fā)明中，條料的炭化主要是在前火階段內(nèi)完成的，條料在炭化中與焦化的速度有很大關(guān)系，焦化速度快，制得的活性炭孔隙小，強度大(難于活化造成的)，焦化速度快，制得的活性炭孔隙度大，吸附能力強，但強度低，所以焦化速度必須合適?；罨窃诙趸?、水蒸汽和氧氣的混合氣體作用下進行的。在中火后階段溫度達(dá)850℃以上二氧化碳活化已經(jīng)開始，而在后火階段的后期飲水開始后水蒸汽活化才開始，三種氣體的活化情況見圖2，由圖可見，三種活化劑氣體其中以二氧化碳?xì)怏w停留時間最長，氧氣和水蒸汽次之。對于同窯燒制的磚來說，混燒的后火階段要求還原氣氛，窯體內(nèi)的一氧化碳?xì)夥沼欣诖u坯變青，而磚中排出的二氧化碳?xì)怏w又有利于活性炭的進一步活化，因此，磚和活性炭混燒對二者都是有利的。
本發(fā)明混燒的燒窯工藝分為四個階段a.前火階段從點火開始到蘭火調(diào)正為前火階段，溫度從常溫-600℃這一階段窯內(nèi)是氧化氣氛，其作用是排潮，對活性炭初步炭化時間需65-75小時，排潮結(jié)束時封住天池，b.中火階段溫度從600-800℃，時間需40-60小時，這一階段主要是使火從中間燒到邊部，達(dá)到全窯溫度均勻。窯內(nèi)為弱氧化氣氛，使炭化料溫度升高至活化的最佳溫度，并在二氧化碳?xì)夥障聦μ炕线M行活化，c.后火階段溫度800-950℃，時間需45-60小時，減少空氣進量，窯內(nèi)主要為還原氣氛，全窯溫度均勻，活性炭繼續(xù)在CO2氣氛下活化，在后火結(jié)束前4-6小時從天池緩慢飲水，在窯內(nèi)造成CO2和水蒸汽的混合氣氛，促進活化進程，并使磚由紅變青。
d.飲窯冷卻階段停止燒火，正常飲水，使窯體溫度逐漸降至40-50℃，時間需60-75小時，窯溫漸漸下降，使沒有活化好的料繼續(xù)活化，青磚固色，整個窯內(nèi)造成水蒸汽正壓，防止空氣進入，避免活性炭燒失灰化。窯體冷卻后，將燒制好的青磚和活性炭分別出窯?；钚蕴拷?jīng)篩分后，按標(biāo)準(zhǔn)分析各項指標(biāo)，經(jīng)化驗合格后的活性炭包裝出廠。
附圖1是青磚窯內(nèi)磚坯和活化罐與磚坯混裝區(qū)域的裝窯分布圖。圖中1是煙道，2是窯壁，3是炕，4是最佳混裝區(qū)域。
附圖2是三種活化劑氣體在窯內(nèi)的活化時間分布圖。
本發(fā)明的混燒法為煤為原料制造活性炭開僻鐳一條新的工藝過程，該工藝過程簡單，投資少，如以鞍式爐計算，炭化爐需投資25萬元，活化爐需投資80萬元，總計105萬元，而建三十部青磚窯才需投資3-4.5萬元，而且原煤的予處理所用設(shè)備均為定型產(chǎn)品，不另需專用設(shè)備。由于磚坯和活性炭在制造過程中氣氛條件的相互補充，雙方都有利于各自質(zhì)量的提高，炭化過程中放出的揮發(fā)分進一步燃燒，補充了燃燒的熱能，因此可使原燒磚用煤節(jié)約20%左右，同時消除了大氣污染。所用原煤可以是無煙煤，估計用煙煤作原料更容易活化，燒窯條件可能要有適當(dāng)?shù)母淖?，用本方法制造的活杏炭可以根?jù)改變原料的成型工藝而制成不同形狀的活性炭，如園柱形、球形等。
本發(fā)明制造活性炭的方法在燒好青磚窯的前提下，活性炭就能達(dá)到合格產(chǎn)品，因此，對熟練燒窯工不需單獨培訓(xùn)。所制得的活性炭可用凈化水、溶劑回收，作催化劑載體以及脫硫等。
實施例原料選用山西省翼城縣石河煤礦的無煙煤，煤質(zhì)分析如下Wf0.5%Af9.20%Vf9.54%Sf0.27%原料的予處理保持煤水分在5%以下1.將4噸左右的煤經(jīng)人工手選，使原煤灰分保證在10%以下，2.選好的原煤通過鄂式破碎機破碎，使粒度小于1mm，再通過振動磨使粒度達(dá)到85%通過180目，
3.混捏，所使用的粘結(jié)劑是煤焦油，煤焦油為山西洪洞焦化廠所產(chǎn)的高溫焦油，分析指標(biāo)如下比重水分灰分游離炭粘度E801.12-1.29＜4.0%＜0.15%＜6.0%＜5.0將煤粉、焦油、水按67%，23%，10%(重量比)裝入灰漿攪拌機混合，焦油需加熱至60℃，水需加熱至80℃，在機中攪拌10-15分鐘，使這三種成份混合均勻，4.然后送入擠泥機中碾練并擠成直徑為120mm的膏狀條件，5.碾練后的條料放入油壓機中成型，壓?？讖綖?.5mm，開孔率在6%，壓力保持在180-200kg/cm2，壓制出的條料再通過斷條機制出直徑3.5mm，長度3-5mm的合格條料，要求條料無毛刺，不粘結(jié)，經(jīng)涼干后裝罐，6.活性罐按說明書中所述的配料方法制成，將涼干的條料裝入活性罐，每罐約裝0.7-0.9公斤。
裝窯實驗所用青磚窯的容量為裝磚3.8萬塊，窯體的直徑為5m，高5.7m，裝窯比例約為9∶1(磚與活性罐數(shù)量之比)，其中裝磚3.1萬塊，裝活性罐3500個。
燒窯各個階段的溫度變化如說明書所述，各階段的時間為前火階段72小時，中火階段48小時，后火階段48小時，飲窯冷卻階段72小時。
待窯體完全冷卻后將活性炭和磚分別出窯，用1mm的篩子篩分活性炭，篩掉不合格的粉料并揀出雜質(zhì)，然后對活性炭進行分析。
本試驗的分析方法全部采用國家標(biāo)準(zhǔn)局委托國營新華化工廠起草待批的國家標(biāo)準(zhǔn)。
(1)GB××××·1-84煤質(zhì)顆?；钚蕴克譁y定(2)GB××××·2-84煤質(zhì)顆粒活性炭強度測定(3)GB××××·5-84
煤質(zhì)顆?；钚蕴克萘繙y定(4)GB××××·7-84煤質(zhì)顆粒活性炭碘吸收值測定(5)GB××××·10-84煤質(zhì)顆?；钚蕴炕曳譁y定(6)GB××××·11-84煤質(zhì)顆?；钚蕴勘秸魵馕铰蕼y定方法本試驗的產(chǎn)品合格率在90-95%以上，各項性能指標(biāo)如下粒度(篩目)4-8強度90-95%水分1.5-4%碘值800-940mg/g吸苯率30-36%水容量70-88%亞甲蘭125mg/g(單樣)物理性質(zhì)(單樣)真比重2.17g/cm3顆粒比重0.61g/cm3堆積重457g/l總孔容積1.16cm3/g大孔容積0.46cm3/g中孔容積0.16cm3/g微孔容積0.55cm3/g總表面積960m2/gPH9.5灰成分組成CaO3.36%Fe2O31.04%CuO0.11%Na2O 0.22%SiO245.45%
Al2O337.95%TiO21.20%最后，根據(jù)分析結(jié)果確定凈化水炭、回收炭、脫硫炭、載體炭四種型號的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種用青磚窯混燒制造顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在于采用無煙煤為原料，方法步驟如下①原料的予處理a.選煤，使原煤灰分保證在10%以下，b.制粉，使粒度達(dá)到d85=180-200目，c.混捏，將煤粉、煤焦油、水按65-70%，20-25%，10-15%的重量比例充分混合均勻，d.碾練進一步混合制成供成型的坯料條塊，e.成型，經(jīng)碾練的條塊在壓力下成型，制成適宜活化的條料，f.裝罐，條料干躁后，稱重裝罐，②裝窯裝好條料的活化罐和磚坯以1.8-1.15(數(shù)量比)的比例裝窯，③燒窯a.前火階段從點火開始至溫度達(dá)600℃，時間70-75小時，b.中火階段溫度600-800℃，時間40-60小時，c.后火階段溫度800-950℃，時間45-60小時，后火結(jié)束前4-6小時從天池緩慢飲水，d.飲水冷卻階段停止燒火，正常飲水，使溫度降至40-50℃，時間60-75小時。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說的活性罐和磚坯的裝窯最佳比為1∶10。
全文摘要
本發(fā)明是利用中國式青磚窯用無煙煤為原料混燒制造青磚和活性炭的方法，該方法包括原料的預(yù)處理，裝窯和燒窯三部分，裝有活性炭原料的活化罐與磚坯的裝窯比例為1∶8--1∶15，其燒窯程序基本延用燒制青磚的程序。本發(fā)明所提供的制造活性炭的方法工藝簡單，將活性炭的炭化和活化合而為一，消除了污染，同時還節(jié)約燒青磚的燃料約20％，特別適于在煤炭資源豐富的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)推廣應(yīng)用。
文檔編號C01B31/14GK1031514SQ8710579
公開日1989年3月8日 申請日期1987年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月19日
發(fā)明者王貴余, 顏振明, 王祖侗, 文立賢, 王永朝, 朱明德 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所, 翼城縣機制磚廠