一种制备热固性树脂基球形活性炭的装置和方法与流程

本发明涉及一种活性炭的制备方法，具体涉及一种树脂基球形活性炭制备的装置和方法。

背景技术：

活性炭作为一种吸附质，被广泛应用于石化、电力、化工、环保、食品、医药等各行各业，而球形活性炭具有球形度小、阻力小和吸脱附速率快等特点，更是被广泛应用。

目前一般采用悬浮法和喷雾干燥法制备球形树脂基球形活性炭。专利CN101348573B公开了一种球形酚醛树脂的制备方法，该方法采用了悬浮聚合的合成方法，将线型酚醛树脂、固化剂、工业酒精、表面活性剂和水以一定的重量比直接加入到反应釜中，匀速搅拌，升温到110-200℃，并恒温30-180min，得到球形酚醛树脂。专利CN101774577A公开了酚醛树脂活性炭微球及其快速制备方法，该方法是先将水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂溶液经喷雾干燥或流化床干燥制备成一定大小的酚醛树脂微球，然后此微球进行热固化，将固化样品在惰性气氛下升温炭化，将固化样品(或炭化样品)与活化剂混合后在惰性气氛下升温炭化活化制得活性炭。尽管这两种方法是目前最常用的方法，但其缺点在于每次需要先将树脂进行溶解，树脂成型后需要将溶剂脱除，操作复杂、工艺繁琐，且粒径可控精度较差，同时它们只针对线型酚醛树脂和水溶性或醇溶性酚醛树脂，不适合热固性酚醛树脂。

针对热固性酚醛树脂进行研究的。专利CN 103880006 A公开了一种大粒径酚醛树脂基球状活性炭的制备方法，该方法是先将小直径的空心球分散于热固性酚醛树脂中，利用超声波对其进行分散，然后将混合物置入大直径的空心球状的壳体中，烘干固化成型，去掉壳体就进行炭化和活化，制得球形活性炭。虽然此方法是制备热固性酚醛树脂基球形活性炭，但是其操作复杂，步骤繁琐，成本较高。

技术实现要素：

为了简化制造步骤，解决现用方法的问题，本发明提供一种工艺简单、粒径可控的热固性酚醛树脂基球形活性炭的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实施的：

一种制备热固性树脂基球形活性炭的装置，其特征在于，所述的装置由压力储罐1、喷头2、流化床造粒塔3、风机4、加热器5等组成；所述的压力储罐1放置在流化床造粒塔3的顶部，压力储罐1的底部通过阀门13与喷头2相连；所述的风机4的出口与加热器5的管程进口相连，加热器5的管程出口与流化床造粒塔3下部连通；加热器5的壳程设有高温烟道气进口阀22；所述的流化床造粒塔3由造粒成形空塔部分6和树脂固化多层筛板部分7组成；所述的流化床造粒塔3的底部装有倾斜放置的气体分布板10。

所述流化床造粒塔3的高度为5~20m，造粒成形空塔部分6的高度与流化床造粒塔3高度之比为0.4~0.7:1，树脂固化多层筛板部分7的高度与流化床造粒塔3总高度之比为0.2~0.5:1。

所述的树脂固化多层筛板部分7具有3~8块内置筛板8，所述的内置筛板8的板间距为0.5~0.8m，孔隙率为10%~20%。

所述的内置筛板8带有溢流孔9，溢流孔9的横截面积与筛板的面积比为0.01~0.1：1，溢流孔9的堰高为0.05~0.35m。

所述的气体分布板10的倾斜角度为10~20°，且在较低端设有溢流管11。

所述的喷头2为无阻力喷头。

一种权利要求1-6所述的制备热固性酚醛树脂基球形活性炭装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 启动风机4，调整风机量使流化床造粒塔3中的热空气空塔气速达到设定值；

b．开启加热器5上的高温烟道气进口阀17，对加热器5管程中的空气进行加热，使加热器5管程出口空气温度达到设定值；

c. 打开装料阀14，将液态热固性树脂加入到压力储罐1中，之后打开氮气进口阀15，充入氮气对压力储罐1进行加压，使压力储罐1的压力达到设定值；

d. 当所述造粒成形空塔部分6上部温度达到设定值后，打开进料阀13，压力储罐1中的液态热固性酚醛树脂在压力作用下通过喷头2喷入造粒流化床3的所述造粒成形空塔部分6中，初始阶段在表面张力的作用下首先形成液态球形树脂，通过改变压力储罐1中的氮气压力控制树脂液体的流速，改变由喷头2喷出的液滴大小，形成不同粒径大小的液态球形树脂；

e. 随即在所述造粒成形空塔部分6中与热空气直接接触升温，所述的液态球形树脂的表面进行固化形成外壳固化的树脂球；

f. 树脂球随之落入所述树脂固化多层筛板部分7的上部第一块筛板上，与通过筛孔上来的热空气进行充分的接触，继续发生固化反应；在上一块筛板停留一定时间后通过溢流堰9落入下一层；在经过所有筛板后形成了完全固化的树脂球18，落在底部的气体分布板10上，然后通过溢流管11和树脂球排出阀16从流化床底部排出；热空气从排风口12排出。

所述的压力储罐1压力控制在0.05~0.5MPa。

所述的加热器5的出口热空气温度为150~200℃，所述造粒成形空塔部分6上部温度维持在120~150℃；所述流化床造粒塔3中的热空气空塔气速控制在0.1~0.5m/s。

所述炭化过程所用的炭化介质为氮气，升温速率为0.5~10℃/min，温度为400~800℃，时间为0.5~4小时；所述活化过程所用的活化介质为水蒸气，升温速率为0.5~10℃/min，温度为850~1000℃，时间为0.5~3小时。

本发明提出的方案具有以下优点：（1）热固性酚醛树脂不添加任何物质，直接进行造粒；（2）制得的树脂基活性炭的粒径可由喷头2型号进行控制，减少了后期筛选的麻烦；（3）在热固性酚醛树脂喷出后，在下降过程中，利用高温气体进行加热固化，降落到筛板时已经定形，在筛板上处于流化状态，进行充分固化，使得操作更方便，工艺更加简单，同时使其固化更快，提高了成品率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1为本发明所提供的制备树脂基球形活性炭的装置的结构示意图，图2为筛板的结构示意图。

附图标记说明：

1-压力储罐；2-喷头；3-流化床造粒造粒塔；4-风机；5-加热器；6-造粒成形空塔部分；7-树脂固化多层筛板部分；8-筛板；9-溢流孔；10-气体分布板；11-溢流管；12-排风口；13-进料阀；14-装料阀；15-氮气进口阀；16-树脂球排出阀；17-高温烟道气进口阀；18-树脂球。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实例来详细说明本发明：

实施例1

所述的流化床造粒塔3的高度为10m，造粒成形空塔部分6的高度与流化床造粒塔3高度之比为0.6:1，树脂固化多层筛板部分7的高度与流化床造粒塔3总高度之比为0.3:1；所述的树脂固化多层筛板部分7具有5块内置筛板8，板间距为0.6m，孔隙率为10%；内置筛板8带有溢流孔9，其横截面积与筛板的面积比为0.03：1，堰高为0.05m；所述的气体分布板10的倾斜角度为15°，且在较低端设有溢流管11；

启动风机4，调整风机量使流化床造粒塔3中的热空气空塔气速达到为0.3m/s。开启加热器5上的高温烟道气进口阀17，对加热器5管程中的空气进行加热，使加热器5管程出口空气温度达到170℃。打开装料阀14，将液态热固性树脂加入到压力储罐1中，之后打开氮气进口阀15，充入氮气对压力储罐1进行加压，使压力储罐1的压力达到0.2MPa；

当造粒成形空塔部分6上部温度达到130℃后，打开进料阀13，压力储罐1中的液态热固性酚醛树脂在压力作用下通过喷头2喷入造粒流化床3的所述造粒成形空塔部分6中，初始阶段在表面张力的作用下首先形成液态球形树脂，通过改变压力储罐1中的氮气压力控制树脂液体的流速，改变由喷头2喷出的液滴大小，形成不同粒径大小的液态球形树脂。随即在所述造粒成形空塔部分6中与热空气直接接触升温，所述的液态球形树脂的表面进行固化形成外壳固化的树脂球。树脂球随之落入所述树脂固化多层筛板部分7的上部第一块筛板上，与通过筛孔上来的热空气进行充分的接触，继续发生固化反应；在上一块筛板停留一定时间后通过溢流堰9落入下一层；在经过所有筛板后形成了完全固化的树脂球18，落在底部的气体分布板10上，然后通过溢流管11和树脂球排出阀16从流化床底部排出；热空气从排风口12排出；

将树脂球进行炭化过程，所用的炭化介质为氮气，升温速率为1℃/min，温度为600℃，时间为1.5小时。随后进行活化过程，所用的活化介质为水蒸气，升温速率为1.5℃/min，温度为850℃，时间为2小时，形成热固性树脂基球形活性炭产品。最终得到的树脂基球形活性炭的粒径为0.85~1mm、BET比表面积为968m²/g。

实施例2

所述的流化床造粒塔3的高度为14m，造粒成形空塔部分6的高度与流化床造粒塔3高度之比为0.65:1，树脂固化多层筛板部分7的高度与流化床造粒塔3总高度之比为0.28:1；所述的树脂固化多层筛板部分7具有6块内置筛板8，板间距为0.65m，孔隙率为10%；内置筛板8带有溢流孔9，其横截面积与筛板的面积比为0.04：1，堰高为0.07m；所述的气体分布板10的倾斜角度为13°，且在较低端设有溢流管11；

启动风机4，调整风机量使流化床造粒塔3中的热空气空塔气速达到为0.35m/s。开启加热器5上的高温烟道气进口阀17，对加热器5管程中的空气进行加热，使加热器5管程出口空气温度达到180℃。打开装料阀14，将液态热固性树脂加入到压力储罐1中，之后打开氮气进口阀15，充入氮气对压力储罐1进行加压，使压力储罐1的压力达到0.3MPa；

当造粒成形空塔部分6上部温度达到135℃后，打开进料阀13，压力储罐1中的液态热固性酚醛树脂在压力作用下通过喷头2喷入造粒流化床3的所述造粒成形空塔部分6中，初始阶段在表面张力的作用下首先形成液态球形树脂，通过改变压力储罐1中的氮气压力控制树脂液体的流速，改变由喷头2喷出的液滴大小，形成不同粒径大小的液态球形树脂。随即在所述造粒成形空塔部分6中与热空气直接接触升温，所述的液态球形树脂的表面进行固化形成外壳固化的树脂球。树脂球随之落入所述树脂固化多层筛板部分7的上部第一块筛板上，与通过筛孔上来的热空气进行充分的接触，继续发生固化反应；在上一块筛板停留一定时间后通过溢流堰9落入下一层；在经过所有筛板后形成了完全固化的树脂球18，落在底部的气体分布板10上，然后通过溢流管11和树脂球排出阀16从流化床底部排出；热空气从排风口12排出；

将树脂球进行炭化过程，所用的炭化介质为氮气，升温速率为2.5℃/min，温度为650℃，时间为2小时。随后进行活化过程，所用的活化介质为水蒸气，升温速率为1℃/min，温度为900℃，时间为1.5小时，形成热固性树脂基球形活性炭产品。最终得到的树脂基球形活性炭的粒径为0.75~0.9mm、BET比表面积为985m²/g。

实施例3

所述的流化床造粒塔3的高度为16m，造粒成形空塔部分6的高度与流化床造粒塔3高度之比为0.68:1，树脂固化多层筛板部分7的高度与流化床造粒塔3总高度之比为0.3:1；所述的树脂固化多层筛板部分7具有4块内置筛板8，板间距为0.7m，孔隙率为14%；内置筛板8带有溢流孔9，其横截面积与筛板的面积比为0.05：1，堰高为0.09m；所述的气体分布板10的倾斜角度为15°，且在较低端设有溢流管11；

启动风机4，调整风机量使流化床造粒塔3中的热空气空塔气速达到为0.4m/s。开启加热器5上的高温烟道气进口阀17，对加热器5管程中的空气进行加热，使加热器5管程出口空气温度达到190℃。打开装料阀14，将液态热固性树脂加入到压力储罐1中，之后打开氮气进口阀15，充入氮气对压力储罐1进行加压，使压力储罐1的压力达到0.4MPa；

当造粒成形空塔部分6上部温度达到140℃后，打开进料阀13，压力储罐1中的液态热固性酚醛树脂在压力作用下通过喷头2喷入造粒流化床3的所述造粒成形空塔部分6中，初始阶段在表面张力的作用下首先形成液态球形树脂，通过改变压力储罐1中的氮气压力控制树脂液体的流速，改变由喷头2喷出的液滴大小，形成不同粒径大小的液态球形树脂。随即在所述造粒成形空塔部分6中与热空气直接接触升温，所述的液态球形树脂的表面进行固化形成外壳固化的树脂球。树脂球随之落入所述树脂固化多层筛板部分7的上部第一块筛板上，与通过筛孔上来的热空气进行充分的接触，继续发生固化反应；在上一块筛板停留一定时间后通过溢流堰9落入下一层；在经过所有筛板后形成了完全固化的树脂球18，落在底部的气体分布板10上，然后通过溢流管11和树脂球排出阀16从流化床底部排出；热空气从排风口12排出；

将树脂球进行炭化过程，所用的炭化介质为氮气，升温速率为2℃/min，温度为700℃，时间为3小时。随后进行活化过程，所用的活化介质为水蒸气，升温速率为2℃/min，温度为920℃，时间为1小时，形成热固性树脂基球形活性炭产品。最终得到的树脂基球形活性炭粒径为0.65~0.8mm、BET比表面积为1012m²/g。

实施例4

所述的流化床造粒塔3的高度为18m，造粒成形空塔部分6的高度与流化床造粒塔3高度之比为0.55:1，树脂固化多层筛板部分7的高度与流化床造粒塔3总高度之比为0.4:1；所述的树脂固化多层筛板部分7具有8块内置筛板8，板间距为0.8m，孔隙率为15%；内置筛板8带有溢流孔9，其横截面积与筛板的面积比为0.045：1，堰高为0.1m；所述的气体分布板10的倾斜角度为16°，且在较低端设有溢流管11；

启动风机4，调整风机量使流化床造粒塔3中的热空气空塔气速达到为0.5m/s。开启加热器5上的高温烟道气进口阀17，对加热器5管程中的空气进行加热，使加热器5管程出口空气温度达到185℃。打开装料阀14，将液态热固性树脂加入到压力储罐1中，之后打开氮气进口阀15，充入氮气对压力储罐1进行加压，使压力储罐1的压力达到0.5MPa；

当造粒成形空塔部分6上部温度达到137℃后，打开进料阀13，压力储罐1中的液态热固性酚醛树脂在压力作用下通过喷头2喷入造粒流化床3的所述造粒成形空塔部分6中，初始阶段在表面张力的作用下首先形成液态球形树脂，通过改变压力储罐1中的氮气压力控制树脂液体的流速，改变由喷头2喷出的液滴大小，形成不同粒径大小的液态球形树脂。随即在所述造粒成形空塔部分6中与热空气直接接触升温，所述的液态球形树脂的表面进行固化形成外壳固化的树脂球。树脂球随之落入所述树脂固化多层筛板部分7的上部第一块筛板上，与通过筛孔上来的热空气进行充分的接触，继续发生固化反应；在上一块筛板停留一定时间后通过溢流堰9落入下一层；在经过所有筛板后形成了完全固化的树脂球18，落在底部的气体分布板10上，然后通过溢流管11和树脂球排出阀16从流化床底部排出；热空气从排风口12排出；

将树脂球进行炭化过程，所用的炭化介质为氮气，温度为685℃，升温速率为1.5℃/min，时间为2.5小时。随后进行活化过程，所用的活化介质为水蒸气，升温速率为2.5℃/min，温度为930℃，时间为0.5小时，形成热固性树脂基球形活性炭产品。最终得到的树脂基球形活性炭粒径为0.55~0.7mm、BET比表面积为992m²/g。