一种生物质炭基活性焦及其制备方法与流程

本发明属于活性焦技术领域，特别是涉及一种生物质炭基活性焦及其制备方法。

背景技术：

活性炭是一种优良的多孔吸附材料，具有独特的孔结构和吸附性能，广泛应用于水质净化、废气处理和催化剂生产等过程，但活性炭价格昂贵、机械强度低。

与活性炭相比，活性焦克服了活性炭价格高、机械强度低、易粉碎的缺点，具有良好的吸附和催化性能，化学性能稳定，而且能够再生，可重复利用，在废水处理、大气污染治理等领域，用活性焦代替活性炭，具有更实际的意义。

传统活性焦的制备方法是以煤为原料，通过磨粉、使用煤焦油、木焦油、各类沥青等作为黏合剂，混合后经成型、炭化、活化、改性等一系列工艺而成。由于使用煤为原料。工艺过程中的炭化、活化工艺所需时间较长，原料种类较多、设备结构复杂，因而能耗和成本较高；原煤中含有的n、s等元素是造成环境污染的主要来源，并且煤作为不可再生能源，将面临着枯竭等问题。

生物质炭是生物质材料在缺氧或限氧条件下，经高温热解产生的富含碳素、高度芳香化的一类物质。生物质经适宜的炭化，可制备煤炭的替代品，相比未炭化的生物质，生物质炭的能量密度大幅度提高；与煤相比，生物质炭通常含有很低的灰分，氮、硫元素含量少；由于生物质生长过程中吸收的co2与其燃烧利用中排放的co2是相等的，在co2总量上实现了零排放；因其具有ph值高、比表面积大、孔隙发达、含碳量高、稳定性高等特点，因此生物质炭是替代煤炭制备活性焦的理想原料。

目前，利用生物质炭制备活性焦的方法尚未报道，本发明采用特定的工艺方法，制备得到了高性能的活性焦产品，填补了利用生物质炭制备活性焦的技术空白。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种生物质炭基活性焦及其制备方法。本发明具有工艺简单、成本低、能耗小，且活性焦产品强度高、灰分含量低、吸附性高及脱硫脱硝效率高等优点。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种生物质炭基活性焦的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：生物质炭经破碎、粉磨及干燥，获得一定含水率的生物质炭粉；

步骤二：将步骤一所述生物质炭粉与黏合剂混合均匀得到混合料；

步骤三：通过压力成型机将步骤二所述混合料压制得活性焦坯体；

步骤四：在无氧或低氧环境下，将步骤三所述活性焦坯体经炭化、冷却后得到活性焦。

进一步的，所述的生物质炭是农林业加工剩余物或禽畜粪便通过生物质干馏技术得到的；所述生物质炭包括木炭、花生壳炭、椰壳炭、玉米芯炭、秸秆炭、竹炭和禽畜粪便生物质炭中的一种或多种。

进一步的，所述对生物质炭进行破碎和粉磨，具体是指将生物质炭破碎及粉磨至粒度≤5mm。

进一步的，在所述对生物质炭进行破碎和粉磨步骤之前，先对所述生物质炭进行干燥，或者在所述对生物质炭进行破碎和粉磨步骤之后，对所述生物质炭粉进行干燥；最终生物质炭粉的含水率≤30％。

进一步的，所述黏合剂包括有机黏合剂和/或无机黏合剂；优选的，所述黏合剂包括煤焦油、木焦油、沥青、酚醛树脂、糠醛树脂、聚丙烯酸钠、木质素、木质素磺酸盐、海藻酸盐、水玻璃、黄原胶、阿拉伯胶、黄糊精、纤维素类及淀粉类中的一种或多种。

进一步的，步骤二混合时的加热温度控制在室温～120℃。

进一步的，所述的混合料中生物质炭粉与黏合剂的质量比为100：(15～75)。

进一步的，所述的成型机包括螺杆挤出成型机、活塞冲压成型机、平/环磨成型造粒机和对辊挤压式成型机中的任意一种。

进一步的，所述的无氧或低氧环境是指：惰性气体保护环境，或者由炭化过程产生的尾气回收后输入炭化炉以维持无氧或低氧环境，其中惰性气体包括氮气、氦气和氩气中的至少一种。

进一步的，所述步骤四的炭化升温速率为2～30℃/min，炭化终温为300～900℃。

进一步的，所述步骤四在炭化终温时保持的炭化时间为0～3h。

进一步的，所述步骤四冷却方式包括自然冷却、风冷和水冷中的至少一种。

本发明进一步提供一种由前述方法制备得到的活性焦。

本发明具有以下技术特点：

1)本发明采用特定的工艺方法，制备得到了高性能的活性焦产品，从而填补了利用生物质炭制备活性焦的技术空白。

2)本发明以生物质炭替代原煤作为原料，生物质炭相较原煤具有很低的灰分含量，氮、硫元素含量少等特点，因而解决了不可再生能源日益减少的问题，同时降低了对环境造成的危害。

3)基于生物质炭自身的高比表面积和丰富的孔隙结构，本发明在活性焦的制备工艺中省去了活化、改性阶段，从而节省了生产时间、降低了能耗及成本。

4)本发明的活性焦具有综合强度高、吸附性能好、灰分含量低及脱硫脱硝效果佳的优点；本发明的活性焦耐压强度为35-50dn，耐磨强度为97％以上，着火点为435-460℃，灰分含量为2.5-5.0％，脱硫值为55-70mg/g，脱硝率为50-60％。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明具体实施例的生物质炭基活性焦的制备工艺流程图如图1所示。

实施例1：

步骤一：将木炭破碎并粉磨至粒度≤3.35mm的木炭粉，然后干燥至含水率低于5％；

步骤二：取上述木炭粉100份，黄原胶10份及熔融成液态的高温煤焦油45份于混合器中，控制加热温度为80±5℃下混合均匀；

步骤三：将上述混合均匀的混合料，通过螺杆挤出成型机造粒成型得到活性焦坯体；

步骤四：在氮气气氛保护下，将上述活性焦坯体，以炭化升温速率为5℃/min，炭化终温为600℃，待到炭化终温时保持的炭化时间为1.0h；炭化结束，自然冷却后得到活性焦；

经本方法制得的活性焦呈柱状颗粒，测得耐压强度为38dn，耐磨强度为97％，着火点为435℃，灰分含量为3.3％，脱硫值为58mg/g，脱硝率为52％。

实施例2：

步骤一：将玉米芯炭破碎并粉磨至粒度≤2.36mm的玉米芯炭粉，然后干燥至含水率低于10％；

步骤二：取上述玉米芯炭粉100份、酚醛树脂20份及甲基纤维素钠25份于混合器中，于室温下混合均匀；

步骤三：将上述混合均匀的混合料，通过螺杆挤出成型机造粒成型得到活性焦坯体；

步骤四：在氮气气氛保护下，将上述活性焦坯体，以炭化升温速率为10℃/min，炭化终温为650℃，待到炭化终温时保持的炭化时间为2.5h；炭化结束，自然冷却后得到活性焦；

经本方法制得的活性焦呈柱状颗粒，测得耐压强度为42dn，耐磨强度为98％，着火点为440℃，灰分含量为4.1％，脱硫值为60mg/g，脱硝率为55％。

实施例3：

步骤一：将花生壳炭破碎并粉磨至粒度≤1.18mm的花生壳炭粉，然后干燥至含水率低于15％；

步骤二：取上述花生壳炭粉100份、木质素35份、海藻酸钠15及水玻璃10份于混合器中，于室温下混合均匀；

步骤三：将上述混合均匀的混合料，通过螺杆挤出成型机造粒成型得到活性焦坯体；

步骤四：在氮气气氛保护下，将上述活性焦坯体，以炭化升温速率为15℃/min，炭化终温为750℃，待到炭化终温时保持的炭化时间为3.0h；炭化结束，自然冷却后得到活性焦；

经本方法制得的活性焦呈柱状颗粒，测得耐压强度为46dn，耐磨强度为98％，着火点为457℃，灰分含量为4.8％，脱硫值为63mg/g，脱硝率为60％。

实施例4：

步骤一：将竹炭破碎并粉磨至粒度≤0.83mm的竹炭粉，然后干燥至含水率低于30％；

步骤二：取上述竹炭粉100份，水溶性淀粉20份、聚丙烯酸钠20及木质素磺酸钠25份于混合器中，于常温下混合均匀；

步骤三：将上述混合均匀的混合料，通过环磨成型造粒机成型得到活性焦坯体；

步骤四：在氮气气氛保护下，将上述活性焦坯体，以炭化升温速率为30℃/min，炭化终温为900℃，待到炭化终温时保持的炭化时间为1.5h；炭化结束，自然冷却后得到活性焦；

经本方法制得的活性焦呈柱状颗粒，测得耐压强度为47dn，耐磨强度为99％，着火点为460℃，灰分含量为2.5％，脱硫值为68mg/g，脱硝率为59％。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。