一種天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)，包括反應(yīng)室，熱量回收單元，氣固分離器、氣體分離器和活化單元；所述反應(yīng)室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連；所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連；所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)綜合利用天然氣部分氧化制備乙炔和合成氣過(guò)程中產(chǎn)生的炭黑和二氧化碳，提高了系統(tǒng)的能源利用率，活化過(guò)程可控，能制得高比表面積的活性炭。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種天然氣炭黑，尤其涉及一種用天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)，屬于化工生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣是目前除電石法外的主要乙炔生產(chǎn)工藝，其中乙炔是一種基礎(chǔ)化工原料，其系列產(chǎn)品制造的最終產(chǎn)品幾乎涉及所有的應(yīng)用領(lǐng)域，包括合成材料、涂料、農(nóng)藥、燃料、醫(yī)藥、助劑、溶劑、香料等各個(gè)行業(yè);合成氣主要成分包括一氧化碳、二氧化碳、氫氣等，另外還含有少量的甲烷，可用于生產(chǎn)合成氨、甲醇、尿素等或用作氣基豎爐直接還原鐵等的還原氣(一氧化碳和氫氣)。天然氣部分氧化生產(chǎn)乙炔和合成氣過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的炭黑。
[0003]活性炭是一種具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和超高比表面積的特殊多孔性炭材料。作為一種傳統(tǒng)而又新穎的炭材料，具有比表面積大、導(dǎo)電性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好、再生性能較好、吸附容量大以及不溶于大多數(shù)的溶劑等特點(diǎn)，因此早已廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、氣體的富集和分離、食品加工、超級(jí)電容器的電極材料、藥物精制、催化劑及催化劑載體、軍事化學(xué)保護(hù)等領(lǐng)域?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)大小差別很大，不同的孔隙結(jié)構(gòu)具有不同的機(jī)能，可將孔分成三類(lèi):孔隙的直徑小于2nm為微孔;孔隙的直徑介于2?50nm的為中孔;孔隙直徑大于50nm的為大孔。
[0004]活性炭制備方法主要包括物理活化法和化學(xué)活化法，物理活化法一般是指在一定溫度下，將炭化料與水蒸氣、二氧化碳、氧氣或它們的混合氣等活化氣體進(jìn)行反應(yīng)，使炭化料活化的一類(lèi)活化方法?；瘜W(xué)活化法是指利用化學(xué)試劑對(duì)活化對(duì)象進(jìn)行活化的一類(lèi)方法?；瘜W(xué)活化法活化溫度比物理活化法低，容易形成細(xì)的孔隙結(jié)構(gòu)，但化學(xué)活化對(duì)設(shè)備腐蝕性大，污染環(huán)境，其制得的活性炭中殘留有化學(xué)藥品活化劑，應(yīng)用方面受到限制。與化學(xué)活化相比，物理活化制備活性炭的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、清潔，不存在設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染的問(wèn)題，制得的活性炭不需要清洗，可直接使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)，包括反應(yīng)室，熱量回收單元，氣固分離器、氣體分離器和活化單元；
[0006]所述反應(yīng)室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連；
[0007]所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連；
[0008]所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。
[0009]本實(shí)用新型中，所述活化單元包括依次連接的活化室和成品室，在連接過(guò)程中，所述活化室的固體出口連接于所述成品室的固體入口；所述成品室上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱裝置；
[0010]所述氣固分離器的固體出口與活化室相連的固體入口相連，所述氣體分離器的二氧化碳出口連接至所述二氧化碳預(yù)熱裝置，所述二氧化碳的預(yù)熱裝置的出口連接至活化室的進(jìn)氣口。
[0011 ]本實(shí)用新型中，所述氣體分離器為變壓吸附塔。
[0012]本實(shí)用新型中，所述反應(yīng)室和熱量回收單元的設(shè)置包括兩種情況，第一種情況為:
[0013]所述反應(yīng)室包括氣化爐，所述氣化爐的外壁上設(shè)有天然氣預(yù)熱通道，所述預(yù)熱通道的出氣口連接至所述氣化爐的原料入口 ；
[0014]所述反應(yīng)室還包括設(shè)于所述氣化爐底部的急冷室，所述氣化爐的下降管插入所述急冷室的冷卻腔中，所述急冷室的氣體出口連接至所述熱量回收單元；
[0015]所述熱量回收單元包括一個(gè)熱量回收裝置，所述熱量回收裝置上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道，所述氧氣預(yù)熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口，所述熱量回收裝置為管式換熱裝置；
[0016]所述熱量回收裝置的進(jìn)氣口與所述急冷室的氣體出口相連，所述熱量回收裝置的出氣口與所述氣固分離器相連。
[0017]另一種情況為:
[0018]所述反應(yīng)室包括氣化爐，所述氣化爐的外壁上設(shè)有天然氣預(yù)熱通道，所述預(yù)熱通道的出氣口連接至所述氣化爐的原料入口 ；
[0019]氣化爐的出口連接至所述熱量回收裝置；
[0020]所述熱量回收單元包括兩個(gè)串聯(lián)的熱量回收裝置，所述第一個(gè)熱量回收裝置的進(jìn)氣口與所述氣化爐的出氣口相連；
[0021]所述第一個(gè)熱量回收裝置的外壁上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道，所述氧氣預(yù)熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口 ；
[0022]所述第二個(gè)熱量回收裝置上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱通道，所述二氧化碳預(yù)熱通道的進(jìn)口與所述氣體分離器的二氧化碳出口相連，出口與所述活化單元相連；
[0023]第二個(gè)熱量回收裝置的出氣口與所述氣固分離器相連；
[0024]所述第一個(gè)熱量回收裝置為管式換熱裝置，所述第二個(gè)熱量回收裝置為蜂窩狀蓄熱裝置或旋轉(zhuǎn)換向蓄熱裝置。
[0025]本實(shí)用新型所述的裝置，還包括一端連接至活化單元且另一端連接至氣固分離器和氣體分離器之間的煙氣凈化裝置；
[0026]所述煙氣凈化裝置與所述活化室的出氣口相連；
[0027]所述煙氣凈化裝置為除塵凈化裝置。
[0028]本實(shí)用新型所述的裝置制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0029]I)將天然氣和氧氣預(yù)熱至500?700°C后，通往反應(yīng)室，反應(yīng)得到1200?1500°C的高溫產(chǎn)物；
[0030]2)所述高溫產(chǎn)物經(jīng)熱量回收裝置降溫后通入氣固分離器，得到氣體產(chǎn)物和炭黑，所述氣體產(chǎn)物通向氣體分離器，所述炭黑進(jìn)入活化單元；
[0031]3)所述氣體產(chǎn)物中的二氧化碳經(jīng)氣體分離器分離后通入活化單元，在800?950°C下，與其中的炭黑反應(yīng)生成活性炭。
[0032]還包括如下步驟:活化過(guò)程中所產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)煙氣凈化裝置除塵，經(jīng)過(guò)氣體分離器分離后提取還原氣一氧化碳。
[0033]本實(shí)用新型所述的裝置具有如下有益效果:
[0034](I)綜合利用天然氣部分氧化制備乙炔和合成氣過(guò)程中產(chǎn)生的炭黑和二氧化碳，提高了系統(tǒng)的能源利用率；
[0035](2)利用二氧化碳作為活化劑制備活性炭，活化過(guò)程可控，能制得高比表面積的活性炭；
[0036](3)相較于化學(xué)活化法來(lái)說(shuō)，利用二氧化碳作為活化劑，活化過(guò)程對(duì)設(shè)備腐蝕小，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；
[0037](4)回收利用活化過(guò)程中產(chǎn)生的碳氧化合物(一氧化碳)，以及產(chǎn)物高溫活性炭的熱量，提高系統(tǒng)的能源和熱量利用率；
[0038](5)本實(shí)用新型利用天然氣部分氧化過(guò)程中產(chǎn)生的炭黑制備活性炭，原料中不含各種氧化物(硅、鋁等灰分)存在，且原料粒度為超細(xì)粉末，原料與活化劑二氧化碳接觸充分，更有益于得到微孔發(fā)達(dá)的活性炭。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為天然氣炭黑制備活性炭系統(tǒng)I;
[0040]圖2為天然氣炭黑制備活性炭系統(tǒng)2;
[0041]圖中:1、氣化爐;2、急冷室;3、熱量回收裝置a;4、氧氣預(yù)熱通道;5、氣固分離器;6、天然氣預(yù)熱通道;7、氣體分離器;8、活化室;9、成品室；10、煙氣凈化裝置;11、二氧化碳預(yù)熱裝置;12、熱量回收裝置b; 13、二氧化碳預(yù)熱通道。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。
[0043]實(shí)施例1
[0044]本實(shí)施例涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)，包括反應(yīng)室，熱量回收單元，氣固分離器5、氣體分離器7和活化單元；
[0045]所述反應(yīng)室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連；
[0046]所述氣固分離器5的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器7相連；
[0047]所述氣體分離器7的二氧化碳出口與所述活化單元相連。
[0048]所述活化單元包括依次連接的活化室8和成品室9，所述成品室9上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱裝置11;
[0049]所述氣固分離器5的固體出口與所述活化室8相連，所述氣體分離器7的二氧化碳出口連接至所述二氧化碳預(yù)熱裝置11，所述二氧化碳預(yù)熱裝置11的出氣口連接至活化室8的進(jìn)氣口。
[0050]實(shí)施例2
[0051]本實(shí)施例涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，與實(shí)施例I相比，其區(qū)別在于:
[0052]所述反應(yīng)室包括氣化爐I，所述氣化爐的外壁上設(shè)有天然氣預(yù)熱通道6，所述預(yù)熱通道的出氣口連接至所述氣化爐I的原料入口 ；
[0053]所述反應(yīng)室還包括設(shè)于所述氣化爐底部的急冷室2，所述氣化爐的長(zhǎng)筒狀出氣管插入所述急冷室2的冷卻腔中，所述急冷室的氣體出口連接至所述熱量回收單元；
[0054]所述熱量回收單元包括熱量回收裝置a3，所述熱量回收裝置a 3上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道4，所述氧氣預(yù)熱通道4的出口連接至所述氣化爐I的原料入口，所述熱量回收裝置為管式換熱裝置；
[0055]所述熱量回收裝置a3的進(jìn)氣口與所述急冷室2的氣體出口相連，所述熱量回收裝置的出氣口與所述氣固分離器5相連。
[0056]所述活化室8與所述氣體分離器7之間設(shè)有煙氣凈化裝置10。
[0057]實(shí)施例3
[0058]本實(shí)施例涉及一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2，與實(shí)施例I相比，其區(qū)別在于:
[0059]所述反應(yīng)室包括氣化爐I，所述氣化爐的外壁上設(shè)有天然氣預(yù)熱通道6，所述預(yù)熱通道6的出氣口連接至所述氣化爐I的原料入口 ；
[0060]氣化爐的出口連接至熱量回收裝置a3，熱量回收裝置a 3與熱量回收裝置b 12相連；
[0061]所述熱量回收裝置a3的外壁上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道4，所述氧氣預(yù)熱通道的出口連接至所述氣化爐I的原料入口 ；
[0062]所述熱量回收裝置b12上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱通道13，所述二氧化碳預(yù)熱通道13的進(jìn)口與所述氣體分離器7的二氧化碳出口相連，出口與所活化室8相連；
[0063]熱量回收裝置b12的出氣口與所述氣固分離器5相連；
[0064]所述熱量回收裝置a為管式換熱裝置，所述熱量回收裝置b為蜂窩狀蓄熱裝置或旋轉(zhuǎn)換向蓄熱裝置。
[0065]所述活化室8與所述氣體分離器7之間設(shè)有煙氣凈化裝置10。
[0066]實(shí)施例4
[0067]本實(shí)施例涉及利用實(shí)施例2所述的系統(tǒng)制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0068]I)將天然氣和氧氣在天然氣預(yù)熱通道和氧氣預(yù)熱通道中預(yù)熱至500?700°C后，通往氣化爐，反應(yīng)得到1200?1500 0C的高溫產(chǎn)物；
[0069]2)所述高溫產(chǎn)物經(jīng)急冷室降溫后停止反應(yīng)，經(jīng)熱量回收裝置a回收熱量后通入氣固分離器，得到氣體產(chǎn)物和炭黑，所述氣體產(chǎn)物通向氣體分離器，所述炭黑進(jìn)入活化室；
[0070]3)對(duì)所述氣體產(chǎn)物中的乙炔、一氧化碳和氫氣等還原氣進(jìn)行收集，二氧化碳分離后通入成品室上的二氧化預(yù)熱裝置，加熱至930°C后，與活化室中的炭黑反應(yīng)生成比表面積為3480m2/g的活性炭。
[0071]4)活化過(guò)程中所產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)煙氣凈化裝置除塵，經(jīng)過(guò)氣體分離器分離后回收利用還原氣一氧化碳。
[0072]實(shí)施例5
[0073]本實(shí)施例涉及利用實(shí)施例3所述的裝置制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0074]I)將天然氣和氧氣在天然氣預(yù)熱通道和氧氣預(yù)熱通道中預(yù)熱至500?700°C后，通往氣化爐，反應(yīng)得到1200?1500 0C的高溫產(chǎn)物；
[0075]2)所述高溫產(chǎn)物經(jīng)熱量回收裝置a和熱量回收裝置b回收熱量后通入氣固分離器，所述氣體產(chǎn)物通向氣體分離器，所述炭黑進(jìn)入活化室；
[0076]3)經(jīng)氣體分離器分離后，對(duì)所述氣體產(chǎn)物中的乙炔、一氧化碳和氫氣等還原氣進(jìn)行收集，將二氧化碳通入熱量回收裝置b上的二氧化碳預(yù)熱通道，進(jìn)行初步加熱，初步加熱后的二氧化碳進(jìn)入成品室中的二氧化碳預(yù)熱裝置，進(jìn)行再次加熱，加熱至880 0C后，與活化室中的炭黑反應(yīng)生成比表面積為3275m2/g的活性炭。
[0077]4)活化過(guò)程中所產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)煙氣凈化裝置除塵，經(jīng)過(guò)氣體分離器分離后回收利用一氧化碳。
[0078]雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明、【具體實(shí)施方式】及試驗(yàn)，對(duì)本實(shí)用新型作了詳盡的描述，但在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本實(shí)用新型精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用天然氣炭黑制備活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，包括反應(yīng)室，熱量回收單元，氣固分離器、氣體分離器和活化單元； 所述反應(yīng)室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連； 所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連； 所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述活化單元包括依次連接的活化室和成品室，所述成品室上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱裝置； 所述氣固分離器的固體出口與所述活化室固體入口相連，所述氣體分離器的二氧化碳出口連接至所述二氧化碳預(yù)熱裝置連接，所述二氧化碳預(yù)熱裝置的出氣口連接至所述活化室的進(jìn)氣口。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體分離器為變壓吸附塔。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室包括氣化爐，所述氣化爐的外壁上設(shè)有天然氣預(yù)熱通道，所述預(yù)熱通道的出氣口連接至所述氣化爐的原料入口。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室還包括設(shè)于所述氣化爐底部的急冷室，所述氣化爐的下降管插入所述急冷室的冷卻腔中，所述急冷室的氣體出口連接至所述熱量回收單元； 所述熱量回收單元包括一個(gè)熱量回收裝置，所述熱量回收裝置上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道，所述氧氣預(yù)熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱量回收單元包括兩個(gè)串聯(lián)的熱量回收裝置，所述第一個(gè)熱量回收裝置上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道，所述氧氣預(yù)熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口； 所述第二個(gè)熱量回收裝置上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱通道，所述二氧化碳預(yù)熱通道的進(jìn)口與所述氣體分離器的二氧化碳出口相連，出口與所述活化單元相連。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一個(gè)熱量回收裝置為管式換熱裝置，所述第二個(gè)熱量回收裝置為蜂窩狀蓄熱裝置或旋轉(zhuǎn)換向蓄熱裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一端連接至活化單元且另一端連接至氣固分離器和氣體分離器之間的煙氣凈化裝置； 所述煙氣凈化裝置的進(jìn)氣口與所述活化室的出氣口相連。
【文檔編號(hào)】C01B31/10GK205575654SQ201620348593
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】張 林, 吳志紅, 楊驥
【申請(qǐng)人】江蘇省星霖碳業(yè)股份有限公司