專利名稱：：一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法和處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法和處理裝置。
背景技術(shù)：
：高比表面積活性炭擁有極其發(fā)達的細孔結(jié)構(gòu)，作為吸附劑在各種領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。另外，在固體觸媒、觸媒載體等方面的應(yīng)用也極具前景。近年來，高比表面積、高純度的活性炭作為雙電層電容(EDLC)及燃料電池的電極材料倍受注目?；钚蕴恐圃鞎r的活化方式一般分為氣體活化和藥品活化，氣體活化是采用二氧化碳、水蒸氣等氣體來進行的；藥品活化是通過氯化鋅、磷酸、堿金屬氫氧化物(KOH、NaOH等)等化學藥品來活化的。而其中KOH的活化效果最好，不但所得的活性炭比表面積高、細孔分布合理，而且活性炭的收率也高，制備的堿活化活性炭是目前最適合的超級電容器等的關(guān)鍵電極材料。但是，堿活化技術(shù)應(yīng)用于活性炭的產(chǎn)業(yè)化連續(xù)制造還是有困難的。因為KOH經(jīng)活化后一部分以碳酸鉀等化合物的形式殘留在產(chǎn)物中，另一部分以金屬鉀蒸氣的形式隨熱氣流離開反應(yīng)爐(容器)。由于堿金屬的凝固點高，堿金屬蒸氣在遇冷時易凝固，在排氣管內(nèi)壁析出并成長為堿金屬結(jié)晶體，在遇到空氣、水分時會激烈反應(yīng)，可能會伴隨著燃燒、爆炸的危險發(fā)生。這種生產(chǎn)安全隱患的存在，導(dǎo)致該活性炭的產(chǎn)業(yè)化無法實現(xiàn)，目前只能停留在實驗室研究和少量的樣品制備階段。因此，在利用KOH等進行堿活化大量生產(chǎn)活性炭時，應(yīng)該注意堿金屬引起的危險，要及時對產(chǎn)生的鉀進行處理。目前，在不連續(xù)堿金屬活化制造活性炭工藝上采用了一些堿金屬處理方法，如在活化容器上加蓋減少氣體排放面和排放量，在氣體排放孔(或縫隙)上設(shè)置木炭、竹炭、活性炭等多孔質(zhì)材料，其原理是利用吸附來吸收堿金屬、以及這些炭材料在高溫下被氧化產(chǎn)生的二氧化碳等與堿金屬反應(yīng)形成堿金屬的碳酸鹽來達到處理目的。這種方法雖然可以處理部分堿金屬減少安全隱患，但存在許多問題，如①無法完全處理堿金屬，安全隱患依然存在；②使用多孔質(zhì)材料增加成本；③產(chǎn)生的氣體無法通暢排出活化容器，內(nèi)部壓力增大使活化反應(yīng)受影響，活化效率降低；④增加堿的使用量，提高成本的同時也給之后的洗滌、排水處理增加困難；⑤該方法只能適合于間歇式生產(chǎn)，不能用于連續(xù)生產(chǎn)，操作困難、生產(chǎn)性低，而且能源浪費大。還有如發(fā)明專利申請?zhí)?00610034388.2、200610123444.X中提到利用煤油保存金屬鉀，但沒有提到具體的回收方案和措施。該方法為一般的常識，在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)堿活化的活性炭中的具體應(yīng)用是困難的，如排氣管中的金屬鉀如何處理、高溫下煤油的安全措施等。另外發(fā)明專利申請?zhí)?00710022323.0中提到一種緩和反應(yīng)過程中生成的金屬鉀危害的方法，即在活化爐中導(dǎo)入一定量的水蒸氣或甲醇或乙醇，與金屬鉀反應(yīng)生成KOH或醇鉀，減少金屬鉀的排除，達到降低安全隱患的目的。但該方法只能減輕安全隱患，并不能完全解決安全問題。另外，在堿活化中添加這些在高溫下氧化性極強的物質(zhì)，不但在高溫下產(chǎn)生大量的氫氣而帶來新的安全隱患，而且減少活性炭的收率和活化效果，還會影響活性炭的細孔等品質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明首先所要解決的技術(shù)問題是提供一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法，在無需封閉排氣孔、在活化爐內(nèi)不要添加水蒸氣等氧化物的情況下，能夠連續(xù)處理活化時產(chǎn)生的堿金屬。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它包括以下步驟1).將堿活化制造活性炭產(chǎn)生的廢氣通過排氣管排入氧化塔內(nèi)，對排氣管進行加i和保溫，排氣管內(nèi)的溫度保持在堿金屬的沸點以上，2).將經(jīng)過步驟l)排出的氣體在氧化塔內(nèi)利用空氣將堿金屬氧化成堿金屬氧化物，并在氣流中被冷卻，3).將經(jīng)過步驟2)冷卻后的堿金屬氧化物粉體在氣流的帶動進入回收室，在回收室利用水噴淋溶解進行洗滌回收。由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明能夠連續(xù)處理堿活化制造活性炭產(chǎn)生的廢氣，徹底解決了堿金屬的安全問題，使堿活化制造高比表面積活性炭的產(chǎn)業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)變?yōu)榭赡?。并且，活化氣體中的有害有機物成分能在處理過程中被燃燒去除、噴淋吸收，處理后的堿金屬能被回收利用。本發(fā)明另一個所要解決的技術(shù)問題是提供一種能應(yīng)用上述方法的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它包括氧化塔、回收室，所述氧化塔的上部與堿活化制造活性炭的容器的排氣口通過第一連接管道相連，所述氧化塔的下部與回收室的下部通過第二連接管道相連；回收室的上部設(shè)有排氣口及排風裝置，回收室內(nèi)設(shè)有噴淋裝置，第一連接管道外設(shè)有加熱裝置和保溫機構(gòu)(如圖l所示)。由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果1.通過對氧化塔上部與堿活化制造活性炭的容器的排氣口之間的連接管道的加熱保溫，使堿活化制造活性炭的容器所排出的氣體中的堿金屬以蒸氣的狀態(tài)進入氧化塔內(nèi)，不會在管內(nèi)析出結(jié)晶。同時，也消除了以往設(shè)備中的活化爐(容器)排氣管管壁被析出的堿金屬附著所產(chǎn)生的安全隱患。2.通過氧化塔內(nèi)的空氣氧化，使堿金屬變成氧化物，降低其活性，在之后的遇水反應(yīng)時不會產(chǎn)生氫氣，消除燃燒、爆炸的危險。3.由于氧化塔上部與堿活化制造活性炭的容器的排氣口之間的連接管道的溫度保持在堿金屬的沸點以上，活化時產(chǎn)生的可燃性氣體在氧化塔內(nèi)連接管道出口處燃燒，可以除去活化氣體中的有害有機物成分。4.通過排風裝置對氧化塔進行抽風，除了為氧化塔內(nèi)提供足夠的氧氣外，還可以加快冷卻的速度。5.回收室內(nèi)進行水噴淋，能夠洗凈排氣中的可溶性成分，使堿性物質(zhì)等不會排放到空氣中。6.由于排風裝置的作用，使活化爐中保持微弱的負壓，可以加速活化的速度，提高生產(chǎn)效率。7.可以回收回收室母液，通過處理有效再利用。圖1為本專利所提供的堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置實施方式的示意圖。圖2為圖1中的回收室的構(gòu)造示意圖。圖3為防止加熱管和保溫層腐蝕的密閉不銹鋼盒的構(gòu)造示意圖。圖4為氧化塔開孔和操作臺的示意圖。具體實施例方式如附圖所示，本發(fā)明所提供的堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置主要由三部分組成1)氧化塔，2)回收室，3)氧化塔的上部與堿活化制造活性炭的容器的排氣口之間的連接管道及加熱、保溫裝置。詳細說明如下1).氧化塔l的主要作用是，從堿活化制造活性炭的容器即活化爐排出的高溫堿金屬在該塔內(nèi)與空氣中的氧氣反應(yīng)生成堿金屬氧化物，隨氣流在從上到下降落的過程中受到冷卻，通過塔底的通道2-4排向回收室2。在氧化塔的上方空氣進口1-2的上面設(shè)有蓋帽l-l，防止雨水等進入氧化塔1內(nèi)，在下方設(shè)有腳架1-6，用于固定和支撐氧化塔l。2).回收室2的作用是①在上方設(shè)有排氣扇2-3，形成整個處理系統(tǒng)的氣流方向，使氣流流向從氧化塔的頂部空氣進口l-2吸入空氣，沿著氧化塔l的圓筒體l-5從上至下，最終通過連接通道2-4從回收室的下部進入回收室，附圖標號2-1所指為排氣扇的電機。②在回收室內(nèi)設(shè)置旋轉(zhuǎn)式噴淋管2-8，在兩邊不同方向的噴水的推動下轉(zhuǎn)動起來，對室內(nèi)進行全面的噴淋，洗去氣體中的堿金屬氧化物等可溶性物質(zhì)，噴淋水由底部的水泵從儲水箱2-5提供循環(huán)利用。③為了讓洗滌更加完善，在回收室2上下方各設(shè)置一塊多孔濾網(wǎng)2-9，在其間放入具有排氣通道的填充材料2-10，以增加其接觸面(如圖2所示)。儲水箱2-5中的水可以通過進水口2-6進水，通過排水口2-7排放到外部的液體回收儲罐，以減少水中的鹽濃度。排氣扇的馬達2-l設(shè)在上面，在排氣扇的上面設(shè)有防護網(wǎng)2-2,防止異物從上面落入回收室2。經(jīng)噴淋洗滌處理后的氣體從回收室的下方向上流動，通過排氣扇2-3排出裝置外，洗滌后的液體流入儲水箱2-5。3).氧化塔的上部與堿活化制造活性炭的容器的排氣口之間的連接管道1-4的加熱裝置和保溫機構(gòu)主要作用是使從活化爐出來的氣體在連接管道1-4內(nèi)保持在堿金屬的沸點以上，一般為700-100(TC?；罨磻?yīng)生成的堿金屬不會在管內(nèi)遇冷析出附著在管壁上，以蒸氣的狀態(tài)排入氧化塔l內(nèi)。所述加熱裝置采用可溫控的電加熱裝置，所述電加熱裝置中的電加熱元件為圈繞型或直管型的電熱管，所述電熱管裝在連接管道1-4外壁外，在其上包上保溫層l-3。所述電加熱裝置可以被分為若干段可分別進行溫控的加熱段，或者未被分成若干段而接受同一個溫控機構(gòu)的控制對連接管道1-4進行加熱。如圖3所示，為了便于排入氧化塔內(nèi)的氣體能更好地進行氧化，在氧化塔內(nèi)還具有連接管道1-4的延伸管道。為了防止氧化塔內(nèi)的氣體、粉末對延伸管道上的加熱管、保溫層的腐蝕，在連接管道l-4出口處和氧化塔本體l-5間焊接上一個密閉的不銹鋼盒1-7，切斷氣體等和延伸管道上的加熱管、保溫層之間的接觸。氧化塔1、回收室2的尺寸、空氣進口1-2的大小、連接管道1-4的管徑等要根據(jù)實際生產(chǎn)的情況而定。為了充分的氧化和冷卻，氧化塔1的高度一般要求在2米以上，更優(yōu)選為34米；直徑一般在1米以上，更優(yōu)選為1.52米；其材質(zhì)最好選用不銹鋼，厚度在1.5毫米以上，更優(yōu)選為2-3毫米?；厥帐?的材質(zhì)采用不銹鋼、表面涂有防銹漆的鐵材和塑料等?；厥帐?可以用常用的室外水冷機加以適當?shù)母脑於?。連接管道1"4的材質(zhì)一般選用不銹鋼，加熱管要采用高溫型的圈繞型或直管型加熱管緊貼在排氣管1-4上，分14段控溫；保溫材1-3采用高溫型的材料，如輕質(zhì)(多孔質(zhì))碳酸鈣、硅酸鹽、氧化鋁等，厚度在6厘米以上，更優(yōu)選為815厘米。這里要強調(diào)的是排氣扇2-3的排氣量，不但要滿足堿金屬氧化所需的空氣，還要考慮到活化時產(chǎn)生的氫氣、一氧化碳等可燃性氣體燃燒時的空氣用量，要控制可燃性氣體與氧氣的比例在引爆濃度之下(一般要保持在2%以下)。以下通過實施例，對本發(fā)明進行更具體的說明。實施例1利用本發(fā)明的裝置對堿活化制造活性炭時的發(fā)生氣體進行處理，活化爐排出的氣體在氧化塔內(nèi)遇到空氣燃燒，減少或去除排氣中的有害有機成分。根據(jù)測定回收室回收水溶液中的堿金屬濃度和活化物中的殘留堿金屬的量的計算結(jié)果，可以確認從活化時產(chǎn)生的堿金屬蒸氣經(jīng)本裝置處理后全部被回收，排氣管中沒有殘留堿金屬，本裝置是有效可行的。實施例2通過對處理裝置的改造，可以對氧化塔和排氣管內(nèi)部進行觀察和清掃。在連接管道1-4正對面的氧化塔圓筒主體上開一個40厘米x30厘米左右的孔，在其上配置一個可開閉的不銹鋼蓋3-l。打開蓋子，可以觀察氧化塔和排氣管內(nèi)部的情況，必要時也可以對其進行清掃。在氧化塔外搭起一個配有階梯的固定架臺3-2，以便人員在其上操作(如圖4所示)。實施例3用酚醛樹脂的炭化物(800°C、2小時炭化，平均粒徑為200-400|Jm)與KOH按照1:3的重量比混合后，置于鎳活化爐中，在氮氣氛圍中攪拌下升溫到55(TC后保持2小時，使反應(yīng)物形成粉末(細粒)狀，然后升溫到80(TC，保持30分鐘后，將生成物排入冷卻器中冷卻到5(TC以下，排出后用熱水/熱鹽酸洗滌到中性，回收洗滌液，活化過程中排氣管的溫度保持在80(TC，利用本發(fā)明裝置對金屬鉀進行安全處理、回收。利用ICP測定洗滌回收液和金屬鉀處理回收液中金屬鉀的濃度，計算的鉀的總量。其結(jié)果歸納在表l?？梢钥闯觯?jīng)本發(fā)明裝置處理，金屬鉀基本沒有在排氣管殘留。洗滌后的活性炭經(jīng)干燥，其性能如表2所示，比表面積超過2000m2/g。實施例4用回收聚脂(PET)薄片直接與KOH按照l:3的重量比混合，置于鎳活化爐中，在氮氣氛圍中加熱到350'C，保持30分鐘，讓PET在該溫度段分解，這時的排氣管的溫度控制為350°C-400°C,目的是使分解物能以氣體的狀態(tài)排出排氣管。之后的活化、洗滌、鉀處理、測定等實驗方法與實施例3相同，金屬鉀的處理回收結(jié)果歸納在表1，可以看出，用樹脂直接制造高比表面積活性炭的場合，經(jīng)本發(fā)明裝置處理，金屬鉀基本沒有在排氣管殘留。所得活性炭的性能如表2所示，比表面積高，超過3000m"g。表1金屬鉀的處理結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法，其特征在于它包括以下步驟1).將堿活化制造活性炭產(chǎn)生的廢氣通過排氣管排入氧化塔內(nèi)，對排氣管進行加熱和保溫，排氣管內(nèi)的溫度保持在堿金屬的沸點以上，2).將經(jīng)過步驟1)排出的氣體在氧化塔內(nèi)利用空氣將堿金屬氧化成堿金屬氧化物，并在氣流中被冷卻，3).將經(jīng)過步驟2)冷卻后的堿金屬氧化物粉體在氣流的帶動進入回收室，在回收室利用水噴淋溶解進行洗滌回收。2.如權(quán)利要求1所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法，其特征在于所述堿活化為利用堿金屬的氫氧化物以及堿金屬的氧化物的一種或兩種以上的混合物對炭素原料活化。3.如權(quán)利要求1所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法，其特征在于步驟1)中所述排氣管內(nèi)的溫度保持在700-IOO(TC。4.如權(quán)利要求1所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法，其特征在于步驟2)和步驟3)中所述氣流是由回收室上方裝備的排風裝置的排氣形成的，所述步驟l)中所述的廢氣自氧化塔的上部進入氧化塔，并在氣流的引導(dǎo)下自氧化塔的下部排出氧化塔，然后，從回收室的下部進入回收室，在回收室內(nèi)，在氣流的引導(dǎo)下上升而排出回收室。5.—種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置，其特征在于它包括氧化塔、回收室，所述氧化塔的上部與堿活化制造活性炭的容器的排氣口通過第一連接管道相連，所述氧化塔的下部與回收室的下部通過第二連接管道相連；回收室的上部設(shè)有排氣口及排風裝置，回收室內(nèi)設(shè)有噴淋裝置，第一連接管道外設(shè)有加熱裝置和保溫機構(gòu)。6.如權(quán)利要求5所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置，其特征在于所述加熱裝置采用可溫控的電加熱裝置，所述電加熱裝置中的電加熱元件為圈繞型或直管型的電熱管，所述電熱管裝在第一連接管道外。7.如權(quán)利要求6所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置，其特征在于所述電加熱裝置被分為若干段可分別進行溫控的加熱段。8.如權(quán)利要求5所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置，其特征在于所述氧化塔在第一連接管道的上方設(shè)有通外界的進氣口。9.如權(quán)利要求5所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置，其特征在于所述回收室內(nèi)在噴淋裝置的下方設(shè)有兩層過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)之間設(shè)有具有排氣通道的填充物質(zhì)。10.如權(quán)利要求5所述的一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置，其特征在于它在氧化塔內(nèi)還具有第一連接管道的延伸管道，在氧化塔內(nèi)還設(shè)有對延伸管道上的加熱裝置和保溫機構(gòu)保護的密閉罩殼。全文摘要本發(fā)明提供了一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理方法，它包括將堿活化制造活性炭產(chǎn)生的廢氣通過排氣管排入氧化塔內(nèi)，對排氣管進行加熱和保溫；將經(jīng)過步驟1)排出的氣體在氧化塔內(nèi)利用空氣將堿金屬氧化成堿金屬氧化物，并在氣流中被冷卻；將經(jīng)過步驟2)冷卻后的堿金屬氧化物粉體在氣流的帶動進入回收室，在回收室利用水噴淋溶解進行洗滌回收。本發(fā)明還提供了一種堿活化制造活性炭的堿金屬連續(xù)處理裝置。本發(fā)明徹底解決了堿金屬的安全問題，使堿活化制造高比表面積活性炭的產(chǎn)業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)變?yōu)榭赡?。并且，活化氣體中的有害有機物成分能在處理過程中被燃燒去除、噴淋吸收，處理后的堿金屬能被回收利用。文檔編號C01D1/02GK101428823SQ20081016282公開日2009年5月13日申請日期2008年12月11日優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日發(fā)明者陳再華申請人:浙江富來森竹炭有限公司