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活性炭活化炉  



一、工作原理

回转活化炉的工作 过程如下:物料从炉尾处进入回转炉内,然后从炉头端的出料 装置连续卸出,同 时活化气体混合物(水蒸汽和烟道气)从炉头进入回转炉内,最后经过炉尾焚烧排入烟囡。整个过程中,物料与活化气体混合物逆向流动接触活化。回转活化炉是目前国内外中小企业使用较多的一种活化设备。它的优点主要是投 资小, 建设周期短;机械 化程度高,劳动强度较小;更换原料及调整工艺过程快,开、停炉 方便。


二、活性炭活化炉   结构

活性炭活化炉   主要:由加料装置、炉尾、回转筒体、出料装置、炉头所组成。炉头设有活化气体入口和燃料烧咀。活化炉本体自上而 下分为四个带,分别为预热带、补充炭化带、活化带和冷却带。


1、预热带,由普通 耐火粘土砖砌成,高为1632mm左右。卸料容积 35m3,可装炭化料 22t左右。

它的作用:

①装入足够的炭化 料,以便活化炉的定时加料操作;

②预热炭化料,使 其缓慢升温。

2、补充炭化带,由 特异形耐火砖砌成,高1230mm。在这里炭化料与 活化剂不直接接触,靠高温气流加热异形砖而将热量辐射给炭化料,使其补充炭化。

3、活化带,由 60层特异形耐火粘土 砖叠成,高6.0m。在活化带炭化料 与活化剂直接接触活化,活化剂通过气道扩散渗入炭层中,与炭发生一系列化学反应,使炭形成发达的孔隙结构和巨大的比表面积。

4、冷却带,也是由 特异形耐火粘土砖叠成,高为1330mm。在冷却带炭不再 与炉气接触而是高温炭材料逐步降温冷却,以免卸出炉外的炭料在高温下与空气发生燃烧反应而影响炭的质量和活化得率。

活化炉的工作过程 如下:物料从炉尾处进入回转炉内,然后从炉头端的出料 装置连续卸出,同 时活化气体混合物(水蒸汽和烟道气)从炉头进入回转炉内,最后经过炉尾焚烧排入烟囡。整个过程中,物料与活化气体混合物逆向流动接触活化。

三、活化方法

赋予炭颗粒活性, 使炭形成多孔的微晶结构,具有发达的表面积的过程称为活化过程。活化方法通常有三种,即化学药品活化法、物理化学联合活化法和物理活化法

(1)化学药品活化法

即将含碳原料与化 学药品活化剂混捏,然后炭化、活化制取活性炭。药品有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及K2S等。

(2)物理化学联合活 化法

一般先进行化学药 品活化,然后进行物理活化。由物理活化法特别是用水蒸气活化制成的产品,微孔发达,对气相物质有很好的吸附力,当然也可以通过控制炭的活化程度而用于液相吸附;由化学药品活化法制得的活性炭次微孔发达,多用于液相 吸附。

(3)物理活化法(气 体活化法)

在活化过程中通入 气体活化剂如二氧化碳,水蒸气,空气等。

活化反应通过以下 三个阶段最终达到活化造孔的目的:

第一阶段: 开放原来的闭塞孔 。即高温下,活化气体首先与无序碳原子及杂原子发生反应,将炭化时已经形成但却被无序的碳原子及杂原子所堵塞的孔隙打开,将基本微晶表面暴露出来。

第二阶段: 扩大原有孔隙。在 此阶段暴露出来的基本微晶表面上的碳原子与活化气体发生氧化反应被烧失,使得打开的孔隙不断扩大、贯通及向纵深发展 。

第三阶段: 形成新的孔隙。微 晶表面上的碳原子的烧失是不均匀的,同炭层平行方向的烧失速率高于垂直方向,微晶边角和缺陷位置的碳原子即活性位更易与活化气体反应。同时,随着活化反应的不断进行,新的活性位暴露于微晶表面,于是这些新的活性点 又能同活化气体进行反应。微晶表面的这种不均匀的燃烧不断地导致新孔隙的形成。

随着活化反应的进 行,孔隙不断扩大,相邻微孔之间的孔壁被完全烧失而形成较大孔隙,导致中孔和大孔孔容的增加,从而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相连接的孔隙结构,具有发达的比表面积。

根据项目确定的活 性炭生产方法,本项目活性炭生产方法确定为气体活化法。气体活化法生产煤基活性炭,无论采用什么设备,其基本原理都是一致的,即采用水蒸汽、烟道气(主要成分为CO2)或其混合气体等 含氧气体作为活化剂,在高温下与炭接触发生氧化还原反应进行活化,生成一氧化碳、二氧化碳、氢气和其它碳氢化合物气体,通过碳的气化反应(“烧失”)达到在碳粒中造孔的目的。其主要化学反应式如下:

C+2H2O       2H2+CO2—18kcal           ①

C+H2O       H2+CO—31kcal              ②

CO2+C       2CO—41kcal                 ③

从上述三个化学反 应式可以看出,三个反应均是吸热反应,即随着活化反应的进行,活化炉的活化反应区域温度将逐步下降,如果活化区域的温度低于800℃,上述活化反应 就不能正常进行,所以在活化炉的活化反应区域需要同时通入部分空气与活化产生的煤气燃烧补充热量,或通过补充外加热源,以保证活化炉活化反应区域的活化温度。

活化反应属于气固 相系统的多相反应,活化过程中包括物理和化学两个过程,整个过程包括气相中的活化剂向炭化料外表面的扩散、活化剂向炭化料内表面的扩散、活化剂被炭化料内外表面所吸附、炭化料表面发生气化反应生成中间产物(表面络 合物)、中间产物分解成反应产物、反应产物脱附、脱附下来的反应产物由炭化料内表面向外表面扩散等过程。

目前的研究表明, 活化反应通过以下三个阶段最终达到活化造孔的目的。

第一阶段: 是炭化时形成的但却被无序的碳原子及杂原子所堵塞的孔隙的打开,即高温下,活化气体首先与无序碳原子及杂原子发生反应。

第二阶段: 是打开的孔隙不断扩大、贯通及向纵深发展,孔隙边缘的碳原子由于具有不饱和结构,易于与活化气体发生反应,从而造成孔隙的不断扩大和向纵深发展。

第三阶段: 是新孔隙的形成,随着活化反应的不断进行,新的不饱和碳原子或活性点则暴露于微晶表面,于是这些新的活性点又能同活化气体的其它分子进行反应,微晶表面的这种不均匀的燃烧就不断地导致新孔隙的形成。

活化工艺控制的主 要操作条件包括活化温度、活化时间、活化剂的流量及温度、加料速度、活化炉内的氧含量等。



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