一种活性炭的制备方法与流程

1.本技术涉及活性炭制备的领域，尤其是涉及一种活性炭的制备方法。


背景技术：

2.活性炭是一种经特殊处理的炭，将有机原料(果壳、煤、木材等)在隔绝空气的条件下加热，以减少非碳成分(此过程称为炭化)，然后与气体反应，表面被侵蚀，产生微孔发达结构(此过程称为活化)。
3.污泥处理已经成为世界各国的共性问题。这些污泥大多数采用填埋方式处理，造成新的水土污染问题和占用土地问题，新近开发的污泥干化技术和污泥焚烧技术，又因为投资大、产出小,易产生新的二次污染等问题难以得到大面积推广。污泥生产活性炭属于新近开发的热点技术，已经成为业内公认的最有发展前景的污泥处置方向。
4.公开号为cn115417407a的中国专利公开了一种活性炭制备方法。该方法的步骤为：a、将污泥颗粒进行烘干处理，降低污泥颗粒内的水分含量；b、将污泥颗粒、煤、煤焦油搅拌均匀后碳化，再进行冷却，得到混合料；c、将混合料快速升温活化，得到初级活性炭；d、将初级活性炭加入工业盐酸水进行酸洗；e、酸洗后再进行水洗，将初级活性炭的ph值水洗至中性；f、将水洗过后的初级活性炭进行干燥处理；g、在干燥后的初级活性炭内添加活化剂进行活化。将污泥颗粒、煤、煤焦油搅拌均匀并碳化后得到混合料，再将混合料活化成初级活性炭，最终通过活化剂进行活化，利用无机强酸反应来得到最终的活性炭，以提高活性炭的吸附能力。该申请采用煤焦油作为粘结剂对煤和干燥污泥颗粒进行捏合作为活性炭的原料，无法对煤和污泥进行有机结合，仍需要以煤作为主体生产活性炭，只是为了节约活性炭成本填充污泥，虽然能够节省部分成本但会导致活性炭质量良莠不齐。
5.针对上述中的相关技术，现有活性炭制备技术无法对煤和污泥进行有机结合，导致活性炭生产成本较高、吸附性能较差。


技术实现要素：

6.为了现有活性炭制备技术无法对煤和污泥进行有机结合，导致活性炭生产成本较高、吸附性能较差，本技术提供一种活性炭的制备方法。
7.第一方面，本技术提供一种活性炭的制备方法，采用如下的技术方案：
8.一种活性炭的制备方法，包括1.以下步骤：
9.将城市污泥和褐煤定量输送至混料机中进行混合得到混合初料；
10.将混合初料送入干燥设备中进行干燥；
11.将干燥后的混合初料送入造粒设备内加入叫焦油粘结剂进行造粒，得到粒度满足生产需求的初料颗粒；
12.将初料颗粒送入炭化炉内进行炭化，得到多孔固体炭质的活性炭初料；
13.将活性炭初料送入活化炉内进行升温活化，得到初级活性炭；
14.将初级活性炭进行水洗脱灰，将初级活性炭中可溶于水的无机盐类物质洗出；
15.对水洗脱灰后的初级活性炭进行干燥和筛分整粒加工，得到所需活性炭层成品。
16.优选的，还包括对初料颗粒炭化过程以及活性炭初料升温活化过程中产生的可燃性气体进行收集，并将收集到的可燃性气体输送至干燥设备、炭化炉和活化炉处用作燃料供能。
17.优选的，所述城市污泥、褐煤和焦油粘结剂的质量配比为90～110：18～22：2.5～3.5。
18.优选的，所述城市污泥、褐煤和焦油粘结剂的质量配比为100：20：3。
19.优选的，所述初料颗粒炭化温度为500
°
～700
°
，炭化时间为1-2h。
20.优选的，所述活性炭初料升温活化温度为750
°
～900
°
，升温活化时间为4-6h。
21.优选的，所述将活性炭初料送入活化炉内进行升温活化过程中向活化炉内通入二氧化碳和水蒸气的混合气体，并向活性炭初料中加入碱金属盐类物质或磷酸类物质作为化学活化剂。
22.优选的，所述二氧化碳和水蒸气的混合气体中二氧化碳和水蒸气的体积比为20～40:60～80。
23.优选的，所述混料机包括倒锥形的机体、机盖、用于对物料进行搅拌的搅拌组件和混合控制器；所述机体顶板安装有用于定量输送城市污泥的污泥输送组件和用于输送褐煤的褐煤输送组件；
24.所述污泥输送组件包括污泥输送管道、安装在污泥输送管道上用于定量输送城市污泥的污泥输送泵，所述污泥输送管道与机体连通；
25.所述褐煤输送组件包括褐煤输送通道和安装在褐煤输送通道内的褐煤输送料带，所述褐煤输送通道与机体连通，且所述褐煤输送通道与机体连通处安装有电动封闭板；
26.所述搅拌组件包括搅拌电机和双螺旋搅拌轴，所述搅拌电机安装在机盖顶部，且所述搅拌电机的输出轴延伸至机体内与双螺旋搅拌轴同轴连接；
27.所述污泥输送泵、电动封闭板、褐煤输送料带和搅拌电机均与混合控制器连接。
28.优选的，所述双螺旋搅拌轴包括搅拌杆、沿搅拌杆螺旋设置的第一螺旋搅拌片和第二螺旋搅拌片，所述第二螺旋搅拌片搅拌半径大于第一螺旋搅拌片，且所述第一螺旋搅拌片和第二螺旋搅拌片的搅拌半径均沿竖直方向逐步减小；所述第一螺旋搅拌片一侧贴合在搅拌杆上与搅拌杆固定连接，所述第二螺旋搅拌片顶部和底部与搅拌杆固定连接，所述搅拌杆沿其长度方向设置有多个连接板，多个所述连接板均与第二螺旋搅拌片连接。
29.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
30.1.本技术以城市污泥和褐煤作为原料，以处理城市污泥为主，辅以褐煤为增碳剂，在现有成熟煤基活性炭生产工艺和设备的基础上，优化原料配比，实现对城市污泥和褐煤的有机结合，并对炭化和活化工艺参数进行进一步优化，兼顾碳平衡和系统能量自平衡，在环保回收城市污泥的基础上，进一步提高活性炭的吸附性能，达到绿色环保和提高活性炭生产效率和生产质量的效果；
31.2.采用烟气加热方式对原料进行干燥炭化，并对炭化和活化过程中原料热解以及高温分解产生的可燃性气体进行收集，作为燃料和热源为干燥、炭化和活化工序供能，再通过调节褐煤比例，有效促进了碳平衡和能量平衡，有助于节约能源消耗，降低废气排放量，实现绿色环保，达到提高活性炭质量和降低生产成本的效果；
32.3.通过第一螺旋搅拌片和第二螺旋搅拌片的设置，实现差速对城市污泥以及褐煤进行全方位均匀混合，第一螺旋搅拌片和第二螺旋搅拌片自转将物料向上提升，转臂慢速公转运动；使螺旋外的物料，不同程度进入螺柱，从而达到全圆周方位物料的不断更新扩散，被提到上部的两股物料再向中心凹穴汇合，形成一股向下的物料流，补充了底部的空缺，从而形成对流循环的三重混合效果，进一步促进了城市污泥和褐煤的有机结合，达到有效提高活性炭生产效率和生产质量的效果
附图说明
33.图1是本技术实施例中活性炭制备的方法流程图；
34.图2是本技术实施例中混料机的结构示意图；
35.图3是本技术实施例中混料机的系统框图。
36.附图标记说明：1、机体；2、机盖；3、搅拌组件；31、搅拌电机；32、双螺旋搅拌轴；321、搅拌杆；322、第一螺旋搅拌片；323、第二螺旋搅拌片；324、连接板；4、污泥输送组件；41、污泥输送管道；42、污泥输送泵；5、褐煤输送组件；51、褐煤输送通道；52、褐煤输送料带；53、电动封闭板；6、混合控制器。
具体实施方式
37.以下结合附图1-3对本技术作进一步详细说明。
38.本技术实施例公开一种活性炭的制备方法。参照图1，一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：
39.s1、混合：将城市污泥和褐煤定量输送至混料机中进行混合得到混合初料；
40.s2、干燥：将混合初料送入干燥设备中进行干燥；
41.本实施例中干燥设备采用烟气式干燥设备，以热烟气为热源对混合初料进行直接加热干燥物料；
42.s3、造粒：将干燥后的混合初料送入造粒设备内加入叫焦油粘结剂进行造粒，得到粒度满足生产需求的初料颗粒；焦油粘结剂可以采用煤焦油；
43.s4、炭化：将初料颗粒送入炭化炉内进行炭化，得到多孔固体炭质的活性炭初料；
44.s5、活化：将活性炭初料送入活化炉内进行升温活化，得到初级活性炭；
45.s6、水洗脱灰：将初级活性炭进行水洗脱灰，将初级活性炭中可溶于水的无机盐类物质洗出；
46.s7、筛分整粒加工：对水洗脱灰后的初级活性炭进行干燥和筛分整粒加工，得到所需活性炭层成品。本技术以城市污泥和褐煤作为原料，以处理城市污泥为主，辅以褐煤为增碳剂，在现有成熟煤基活性炭生产工艺和设备的基础上，优化原料配比，实现对城市污泥和褐煤的有机结合，并对炭化和活化工艺参数进行进一步优化，兼顾碳平衡和系统能量自平衡，在环保回收城市污泥的基础上，进一步提高活性炭的吸附性能，达到绿色环保和提高活性炭生产效率和生产质量的效果。
47.上述城市污泥、褐煤和焦油粘结剂的质量配比为90～110：18～22：2.5～3.5。本实施例中城市污泥、褐煤和焦油粘结剂的质量配比为100：20：3。由于城市污泥中的含水量仍有85％左右，因此采用上述比例原料生成活性炭，可以使后续生成的活性炭的质量更好，且
强度、孔隙率和活性更高。
48.上述步骤s4中炭化炉采用热式回转窑热解碳化炉或者采用热式隧道窑热解碳化炉，采用对流工作方式，煤气等可燃气体在燃烧室燃烧，热烟气从炉体尾部流向前端，与从逆向而来的物料直接接触，物料随着向炉体尾部流动，温度逐渐升高，经历干燥，挥发组分热解逸出，炭化过程，最后由尾部排出凉料场。初料颗粒炭化温度为500
°
～700
°
，炭化时间为1-2h。采用传统阶梯式升温炭化，使成型料内外部的孔隙初步形成，可以避免成型料受到温度急剧变化而产生裂缝，从而保证了炭化料的质量和强度；在热解炭化过程中由于采用对流工作方式，在阶梯式温度变化，基于原料特性大幅提高炭化温度，使得初料颗粒中大部分非碳元素裂解形成挥发性气体被去除，炭化产物碳原子组合形成芳香族环之片状结构，由于形状非常不规则，故而会形成一些裂隙，而又由于采用阶梯式温度变化控制裂隙规模，使得初料颗粒中形成规模适宜的裂隙，这些裂隙在后续活化工序中，能够促进活性炭初料形成更加发达的微孔结构，达到有效提高活性炭生产效率和生产质量的效果。
49.上述步骤s5中活化炉采用斯列普活化炉；所述活性炭初料升温活化采用物料活化为主，化学活化为辅的叠加活化法，其中升温活化温度为750
°
～900
°
，升温活化时间为4-6h。相较于传统物理活化活化时间较长，产品收得率降低，化学活化生产成本高，系统流程复杂，同时产生二次污染等问题。本技术通过采用物料活化为主，化学活化为辅的叠加活化法，通过对活化参数的进一步优化，获得综合成本最低、系统效益最大的活化方案，最终实现产品较大的市场竞争优势，达到绿色环保和提高企业竞争力的效果。
50.在升温活化过程中，将活性炭初料送入活化炉内进行升温活化过程中向活化炉内通入二氧化碳和水蒸气的混合气体，并向活性炭初料中加入碱金属盐类物质或磷酸类物质作为化学活化剂。金属盐包含镍、锰、钴、锌、钇、铜、铁、以及它们中两种或更多种的组合。如硝酸锰、硝酸镁、硫酸镍、硝酸铜等。磷酸类物质可采用磷酸氢二铵等磷酸活化剂。一方面，通过活化剂物质的高温分解及其分解产物与碳之间的氧化还原反应，达到改善碳材料孔结构性能指标的目的；另一方面，通过二氧化碳和水蒸汽物质高温下与碳之间的反应,清除炭化过程中积蓄在孔隙结构中的焦油物质及裂解产物，发生炭原子氧化，扩大炭化料裂孔隙及创造微孔以提高孔洞体积或比表面积，实现高效率制备高吸附量活性炭的的效果。
51.上述所述二氧化碳和水蒸气的混合气体中二氧化碳和水蒸气的体积比为20～40:60～80。本实施例中混合气体中二氧化碳和水蒸气的体积比为30:70。采用该体积比的混合气体，能够更加高效的清除炭化过程中积蓄在孔隙结构中的焦油物质及裂解产物，达到有效提高活性炭吸附率的效果。
52.另外对初料颗粒炭化过程以及活性炭初料升温活化过程中产生的可燃性气体进行收集，并将收集到的可燃性气体输送至干燥设备、炭化炉和活化炉处用作燃料供能。本技术采用烟气加热方式对原料进行干燥炭化，并对炭化和活化过程中原料热解以及高温分解产生的可燃性气体进行收集，作为燃料和热源为干燥、炭化和活化工序供能，再通过调节褐煤比例，有效促进了碳平衡和能量平衡，有助于节约能源消耗，降低废气排放量，实现绿色环保，达到提高活性炭质量和降低生产成本的效果。
53.参照图2和图3，所述混料机包括倒锥形的机体1、机盖2、用于对物料进行搅拌的搅拌组件3和混合控制器6。机体1顶板安装有用于定量输送城市污泥的污泥输送组件4和用于输送褐煤的褐煤输送组件5。污泥输送组件4包括污泥输送管道41、安装在污泥输送管道41
上用于定量输送城市污泥的污泥输送泵42，所述污泥输送管道41与机体1连通。本技术中污泥输送泵42采用螺杆泵。褐煤输送组件5包括褐煤输送通道51和安装在褐煤输送通道51内的褐煤输送料带52，所述褐煤输送通道51与机体1连通，且所述褐煤输送通道51与机体1连通处安装有电动封闭板53。搅拌组件3包括搅拌电机31和双螺旋搅拌轴32，所述搅拌电机31安装在机盖2顶部，且所述搅拌电机31的输出轴延伸至机体1内与双螺旋搅拌轴32同轴连接。污泥输送泵42、电动封闭板53、褐煤输送料带52和搅拌电机31均与混合控制器6连接。通过污泥输送组件4和褐煤输送组件5的设置，实现城市污泥和褐煤定量给料，其中通过污泥输送管道41和污泥输送泵42的设置，实现对城市污泥进行密闭输送的方式，保证给料的准确性和放置污泥臭味外溢对周围环境和居民造成影响；而通过褐煤输送通道51和褐煤输送料带52则实现了褐煤的精确高效给料，保证褐煤给料精准度的同时有效提高褐煤给料速度。通过搅拌组件3的设置，在原料干燥前对实现对城市污泥和褐煤进行均匀搅拌，有助于实现城市污泥和褐煤的有机结合，在环保回收城市污泥的基础上，调节褐煤比例，促进碳平衡和系统能量自平衡，达到节约成本和提高活性炭生产效率和生产质量的效果；
54.参照图2和图3，所述双螺旋搅拌轴32包括搅拌杆321、沿搅拌杆321螺旋设置的第一螺旋搅拌片322和第二螺旋搅拌片323，所述第二螺旋搅拌片323搅拌半径大于第一螺旋搅拌片322，且所述第一螺旋搅拌片322和第二螺旋搅拌片323的搅拌半径均沿竖直方向逐步减小；所述第一螺旋搅拌片322一侧贴合在搅拌杆321上与搅拌杆321固定连接，所述第二螺旋搅拌片323顶部和底部与搅拌杆321固定连接，所述搅拌杆321沿其长度方向设置有多个连接板324，多个所述连接板324均与第二螺旋搅拌片323连接。通过第一螺旋搅拌片322和第二螺旋搅拌片323的设置，实现差速对城市污泥以及褐煤进行全方位均匀混合，第一螺旋搅拌片322和第二螺旋搅拌片323自转将物料向上提升，转臂慢速公转运动；使螺旋外的物料，不同程度进入螺柱，从而达到全圆周方位物料的不断更新扩散，被提到上部的两股物料再向中心凹穴汇合，形成一股向下的物料流，补充了底部的空缺，从而形成对流循环的三重混合效果，进一步促进了城市污泥和褐煤的有机结合，达到有效提高活性炭生产效率和生产质量的效果。
55.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。

技术特征：
1.一种活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将城市污泥和褐煤定量输送至混料机中进行混合得到混合初料；将混合初料送入干燥设备中进行干燥；将干燥后的混合初料送入造粒设备内加入叫焦油粘结剂进行造粒，得到粒度满足生产需求的初料颗粒；将初料颗粒送入炭化炉内进行炭化，得到多孔固体炭质的活性炭初料；将活性炭初料送入活化炉内进行升温活化，得到初级活性炭；将初级活性炭进行水洗脱灰，将初级活性炭中可溶于水的无机盐类物质洗出；对水洗脱灰后的初级活性炭进行干燥和筛分整粒加工，得到所需活性炭层成品。2.根据权利要求1所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于，还包括对初料颗粒炭化过程以及活性炭初料升温活化过程中产生的可燃性气体进行收集，并将收集到的可燃性气体输送至干燥设备、炭化炉和活化炉处用作燃料供能。3.根据权利要求1所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述城市污泥、褐煤和焦油粘结剂的质量配比为90～110：18～22：2.5～3.5。4.根据权利要求3所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述城市污泥、褐煤和焦油粘结剂的质量配比为100：20：3。5.根据权利要求1所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述初料颗粒炭化温度为500
°
～700
°
，炭化时间为1-2h。6.根据权利要求1所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述活性炭初料升温活化温度为750
°
～900
°
，升温活化时间为4-6h。7.根据权利要求1所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述将活性炭初料送入活化炉内进行升温活化过程中向活化炉内通入二氧化碳和水蒸气的混合气体，并向活性炭初料中加入碱金属盐类物质或磷酸类物质作为化学活化剂。8.根据权利要求7所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述二氧化碳和水蒸气的混合气体中二氧化碳和水蒸气的体积比为20～40:60～80。9.根据权利要求1所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述混料机包括倒锥形的机体(1)、机盖(2)、用于对物料进行搅拌的搅拌组件(3)和混合控制器(6)；所述机体(1)顶板安装有用于定量输送城市污泥的污泥输送组件(4)和用于输送褐煤的褐煤输送组件(5)；所述污泥输送组件(4)包括污泥输送管道(41)、安装在污泥输送管道(41)上用于定量输送城市污泥的污泥输送泵(42)，所述污泥输送管道(41)与机体(1)连通；所述褐煤输送组件(5)包括褐煤输送通道(51)和安装在褐煤输送通道(51)内的褐煤输送料带(52)，所述褐煤输送通道(51)与机体(1)连通，且所述褐煤输送通道(51)与机体(1)连通处安装有电动封闭板(53)；所述搅拌组件(3)包括搅拌电机(31)和双螺旋搅拌轴(32)，所述搅拌电机(31)安装在机盖(2)顶部，且所述搅拌电机(31)的输出轴延伸至机体(1)内与双螺旋搅拌轴(32)同轴连接；所述污泥输送泵(42)、电动封闭板(53)、褐煤输送料带(52)和搅拌电机(31)均与混合控制器(6)连接。
10.根据权利要求9所述的一种活性炭的制备方法，其特征在于：所述双螺旋搅拌轴(32)包括搅拌杆(321)、沿搅拌杆(321)螺旋设置的第一螺旋搅拌片(322)和第二螺旋搅拌片(323)，所述第二螺旋搅拌片(323)搅拌半径大于第一螺旋搅拌片(322)，且所述第一螺旋搅拌片(322)和第二螺旋搅拌片(323)的搅拌半径均沿竖直方向逐步减小；所述第一螺旋搅拌片(322)一侧贴合在搅拌杆(321)上与搅拌杆(321)固定连接，所述第二螺旋搅拌片(323)顶部和底部与搅拌杆(321)固定连接，所述搅拌杆(321)沿其长度方向设置有多个连接板(324)，多个所述连接板(324)均与第二螺旋搅拌片(323)连接。

技术总结
本申请涉及一种活性炭的制备方法，其包括以下步骤：将城市污泥和褐煤定量输送至立式混料机中进行混合得到混合初料；将混合初料送入干燥设备中进行干燥；将干燥后的混合初料送入造粒设备内加入叫焦油粘结剂进行造粒，得到粒度满足生产需求的初料颗粒；将初料颗粒送入炭化炉内进行炭化，得到多孔固体炭质的活性炭初料；将活性炭初料送入活化炉内进行升温活化，得到初级活性炭；将初级活性炭进行水洗脱灰，将初级活性炭中可溶于水的无机盐类物质洗出；对水洗脱灰后的初级活性炭进行干燥和筛分整粒加工，得到所需活性炭层成品。本申请具有绿色环保和提高活性炭生产效率和生产质量的效果。果。果。


技术研发人员：杨金杯
受保护的技术使用者：江苏浦士达环保科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/25