氯化锌法生产活性炭步骤解读

发布日期:2014-7-25 9:09:36 浏览次数:作者:

 氯化锌法的炭活化新技术及设备

贺德留,钱世江,张丽君(河南省林业科学研究所,河南郑州450008

1。 氯化锌法生产活性炭存在的问题和原因

氯化锌法生产活性炭已有相当长的历史,由于其独特的优点,至今一直被沿用。这一方法存在弊端也是显而易见的——环境污染严重,能耗高,对金属设备的严重腐蚀性,生产成本高等。所有上述问题都与炭活化的技术和设备有关,而目前氯化锌法常用的炭活化设备有回转炉和平板炉。对活性炭专业人员来讲,这两种设备的优缺点也是共知的。尤其是平板炉,无论怎样改进,它都将会成为淘汰的设备。在劳动强度、环境保护、设备腐蚀、能量消耗、氯化锌的消耗以及设备投资诸方面的平衡上,目前似乎还没有完美的可以用于生产的技术和设备。

氯化锌法生产活性炭的炭化过程存在着一个相变,尤其是当锌屑比较大时,相变非常明显。相变是炭化料结渣(结成大颗粒)的直接原因,同时也导致炭化操作困难。经实验证明静止的炭化料由外向内的导热效果极差,因此大颗粒的炭化料在活化过程很难达到理想的活化效果,为了防止结渣,在平板炉上进行炭活化时需要靠人力对物料的不断翻搅,而在回转炉是靠刮刀的不停撞击。随着人员工资的大幅度提高,平板炉炭活化操作成本也会上升,同时采用金属工具操作,由于腐蚀和摩擦,直接增加了活化料的杂质并带来后处理的困难。回转炉也不例外,刮刀的撞击还导致炉砖使用寿命的降低。

从传热学的角度考虑,平板炉的传热方式似乎属于固-固相传热,它是在耐火砖板和固体物料之间的传热。由于接触面小,传热效果当然很差,这也是平板炉炭活化周期长的原因之一。而在回转炉中,可以看成是气-固相间的传热,由于高温烟道气体走上,锌屑物料走下,两相的接触面也不是很大,又由于气体热容小,所以热效率也不是很高。由于氯化锌法的炭化过程所需的热量占整个工艺总热量的90%以上,提高这一过程的热效率对解决氯化锌生产活性炭能耗高的问题具有重要意义。另外,平板炉还存在着劳动强度大,产品质量易受人的因素和前后炉温差别的影响、环境污染以及能耗高的问题。回转炉存在着对燃料的选择性小、动力消耗大、设备投资大等问题。

2. 新的炭活化技术和设备

针对目前技术及设备存在的诸多问题,作者发明了液相炭化技术和用于活化的连续活化立式活化炉。经多年试验研究,并取得了成功,目前已向国家专利局提交专利申请。下面是对这一技术的简单介绍:所谓“液相炭化技术”,就是锌屑料的炭化是在液体介质中进行,炭化所需的热量由液体介质提供。很显然,热的液体介质直接将热量传递给它所包围的锌屑料,传热方式应该较上述的两种方式更为合理,这可以从炭化时间上看出,液相炭化进行的时间约为10分钟左右,炭化是在密闭的金属容器中进行的。由于传热介质是与水互不相溶的而且化学性较为稳定的有机物,所以不用担心设备的腐蚀问题。从设备上部连续加入的锌屑料在接触到液体介质后,迅速分散,漂浮在介质的上层完成干燥、脱水和相变。随着水分的蒸发和相变的完成,炭化料沉入介质中进一步炭化,然后随液体介质一起离开炭化罐进入液固分离机。分离出的炭化料进入立式活化炉进行活化。而分离出的液体介质经再加热后再次进入炭化罐。这一方法得到的炭化料非常疏松,堆积重在0。4g/cm3左右。炭化过程产生的废气(主要为水蒸气)从炭化器的上部排出后进入冷凝器冷凝,再作适当处理后排放。炭化过程所消耗的热量大部分在冷凝过程中以热水的形式得以回收。作者所设计的立式活化炉属于管式炉。与传统物理法使用的管式炉不同,这种立管采用数十个圆锥型耐火管叠加而成,管内设有环型挡板和气体通道。物料由上而下流过活化管时自动翻搅,不需借助机械搅拌。活化过程产生的废气(主要为水蒸气、介质气、氯化锌和氯化氢气体等)经过气体通道排至回收塔,从而避免了氯化锌的损失和环境的污染,同时附在物料上的炭化介质也一并得以回收。

尽管看起来这种炭活化分开进行没有一步进行简单,但在相同生产规模的基础上进行比较,该技术所需设备(包括炭化和活化)的费用稍高于平板炉而低于转炉。但它没有平板炉的频繁维修,而且炭化过程中的能量回收会导致锅炉负荷的降低,从而可以降低在锅炉上的投资。该装置适应各种燃料,动力消耗也不太大。机械化连续运行,不仅使得产品质量稳定,更省去了大量劳动力,同时也具有较好的操作环境。该技术的炭活化工艺流程如下:

3. 结束语

根据以上介绍,可以看出:由于液相炭化技术和立式炉的连续活化技术具有的可连续运行性、整个操作过程无污染、能效高、以及炭化料疏松等特点,它非常适合作为氯化锌法制造活性炭的升级技术。希望这一技术能够尽快在生产上得到应用,为氯化锌法制造活性炭的企业带来更好的效益。

  木质粉状活性炭

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