專利名稱：利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法，屬于活性 炭制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、獨(dú)特的表面官能團(tuán)，較強(qiáng)的吸附能 力以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此被廣泛應(yīng)用于制藥、化工、食品等工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。制 備活性炭的傳統(tǒng)原料主要是煤、實(shí)木等天然礦植物，但是煤的儲量有限，木質(zhì)原料的來源受 限，因此選擇一種合適的原料，替代傳統(tǒng)原料用于生產(chǎn)活性炭是十分必要的。生物質(zhì)能是一種清潔可再生能源，生物質(zhì)快速熱解技術(shù)是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì) 能的一種有效手段，已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究重點(diǎn)。但是目前為止，關(guān)于生物質(zhì)快速熱解產(chǎn) 物的應(yīng)用研究大多集中在液態(tài)產(chǎn)物生物油制備工藝優(yōu)化以及應(yīng)用方面，對于熱解固態(tài)產(chǎn)物 炭，尤其是林木生物質(zhì)熱解固態(tài)產(chǎn)物炭的應(yīng)用研究比較少?，F(xiàn)階段熱解炭的應(yīng)用方式主要 有直接燃燒、做有機(jī)肥料或土壤緩釋劑等，但是一方面直接燃燒的能量損失很大，另一方面 熱解炭本身的灰分含量較高，不利于直接做燃料或緩釋劑，這些應(yīng)用方式并不能體現(xiàn)出熱 解炭的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究表明，快速熱解炭本身具有較為發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積一般高于 250m2/g，微孔容積可以占總孔容的40%以上，具有一定的吸附能力，但是不能達(dá)到商業(yè)活 性炭的要求，因此需要經(jīng)過進(jìn)一步處理以提高其吸附能力。提高快速熱解產(chǎn)物利用率和附 加值，提高快速熱解技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益是本發(fā)明需要解決的主要問題。目前國內(nèi)外關(guān)于熱解炭制備活性炭的研究大多集中在以廢輪胎熱解炭黑為原料， 通過物理或化學(xué)活化法制備活性炭上，很少有采用林木生物質(zhì)熱解炭，特別是生物質(zhì)快速 熱解炭制備活性炭的研究。專利公開號CN 1491886A，煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所張文輝等人以煤、 木材及果殼為炭化原料，采用氧化氣體(水蒸氣、二氧化碳、煙氣及氧氣)和還原氣體(氨 氣、氫氣、甲胺、乙烯或乙炔)的混合氣體作為活化劑制備活性炭。由于混合氣體改變了活 性炭表面的性質(zhì)，從而提高了活性炭吸附性能和物理性能，其吸附能力和脫硫能力均提高 了 10 30%，產(chǎn)品孔徑分布均勻度提高，氣體分離能力增強(qiáng)，產(chǎn)品收率提高了 2 15%。這 種制備活性炭的過程需要經(jīng)過炭化、活化兩個(gè)步驟，混合氣體活化劑中的還原性氣體成本 較高，活化時(shí)間較長，導(dǎo)致活性炭制備成本高，能耗高、能源利用率低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法， 以落葉松快速熱解副產(chǎn)物炭為原料，利用其高含碳率、較為發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面 積等優(yōu)勢，將快速熱解過程中產(chǎn)生的不可冷凝氣體直接燃燒或與天然氣混合后燃燒獲得的 高溫二氧化碳和水蒸氣作為活化劑通入活化爐內(nèi)進(jìn)行活化，以實(shí)現(xiàn)落葉松快速熱解產(chǎn)物的 高效利用。
本發(fā)明提出的利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法，包括以下步 驟(1)對落葉松木材在450°C 600°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在20°C 40°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油 中含有重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化，活化反應(yīng)溫度為 750°C 1100°C，升溫速率為3°C /分鐘 15°C /分鐘，活化時(shí)間為10分鐘 120分鐘， 冷卻至室溫，得到活性炭；或用上述重質(zhì)熱解油與上述熱解炭進(jìn)行混合，混合的質(zhì)量百分比 為重質(zhì)熱解油熱解炭=1 (3 15)，使混合物成型為棒形或球形，最后對成型后的混 合物進(jìn)行活化，活化反應(yīng)溫度為750°C 1100°C，升溫速率為3°C /分鐘 15°C /分鐘，活 化時(shí)間為10分鐘 120分鐘，冷卻至室溫，得到活性炭；(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。本發(fā)明提出的利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法，利用熱解產(chǎn) 生的不可冷凝氣體直接燃燒或與天然氣混合后燃燒產(chǎn)生的高熱二氧化碳和水蒸氣為活化 劑，活化過程中不需要加入外部熱源和活化劑，熱解產(chǎn)物綜合利用率高，環(huán)境污染?。恢苽?活性炭的工藝簡單，得到的活性炭吸附性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，可以廣泛應(yīng)用于 氣相吸附和化工產(chǎn)品的脫色；能源利用率高，實(shí)現(xiàn)了熱量循環(huán)利用，節(jié)約能源。


圖1是本發(fā)明的活性炭制備流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法，其流程如圖 1所示，包括以下步驟(1)對落葉松木材在450°C 600°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在20°C 40°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油 中含有重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化，活化反應(yīng)溫度為 750°C 1100°C，升溫速率為3°C /分鐘 15°C /分鐘，活化時(shí)間為10分鐘 120分鐘， 冷卻至室溫，得到活性炭；或用上述重質(zhì)熱解油與上述熱解炭進(jìn)行混合，混合的質(zhì)量百分比 為重質(zhì)熱解油熱解炭=1 (3 15)，使混合物成型為棒形或球形，最后對成型后的混 合物進(jìn)行活化，活化反應(yīng)溫度為750°C 1100°C，升溫速率為3°C /分鐘 15°C /分鐘，活 化時(shí)間為10分鐘 120分鐘，冷卻至室溫，得到活性炭；(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。以下介紹本發(fā)明方法的實(shí)施例
實(shí)施例1 (1)對落葉松木材在550°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在35°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有 重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)取上述熱解炭100g，利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化， 活化反應(yīng)溫度為80(TC，升溫速率為6°C /分鐘，活化時(shí)間為15分鐘，冷卻至室溫，得到活 性炭產(chǎn)品。其得率為42. 6%，碘吸附值936mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值173mg/g。(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。實(shí)施例2 (1)對落葉松木材在550°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在25°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有 重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)取上述熱解炭100g，利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化， 活化反應(yīng)溫度為850°C，升溫速率為10°C /分鐘，活化時(shí)間為30分鐘，冷卻至室溫，得到活 性炭產(chǎn)品。其得率為36. 8%，碘吸附值987mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值136mg/g。(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。實(shí)施例3 (1)對落葉松木材在550°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在30°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有 重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)取上述熱解炭100g，利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化， 活化反應(yīng)溫度為90(TC，升溫速率為8V /分鐘，活化時(shí)間為20分鐘，冷卻至室溫，得到活 性炭產(chǎn)品。其得率為40. 2%，碘吸附值962mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值168mg/g。(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。實(shí)施例4 (1)對落葉松木材在550°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在30°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有 重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)取上述熱解炭100g，利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化， 活化反應(yīng)溫度為100(TC，升溫速率為8°C /分鐘，活化時(shí)間為10分鐘，冷卻至室溫，得到活 性炭產(chǎn)品。其得率為39. 8%，碘吸附值902mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值147mg/g。
(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。實(shí)施例5 (1)對落葉松木材在550°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在30°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有 重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)取上述熱解炭100g，利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化， 活化反應(yīng)溫度為90(TC，升溫速率為10°C /分鐘，活化時(shí)間為20分鐘，冷卻至室溫，得到活 性炭產(chǎn)品。為了增加活性炭吸附能力，利用稀酸對其進(jìn)行酸洗處理，稀酸可以為稀鹽酸、稀 硝酸或稀硫酸，酸洗處理后得到的活性炭碘吸附值1208mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值237mg/g。(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。實(shí)施例6 (1)對落葉松木材在550°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在30°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有 重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)取上述熱解炭100g，利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化， 活化反應(yīng)溫度為900°C，升溫速率為8°C /分鐘。由于熱解尾氣不易燃燒，通入甲烷氣體 助燃，待熱解尾氣正常燃燒后停止通入甲烷氣體，活化20分鐘，冷卻至室溫，得到活性炭產(chǎn) 品。其得率為42. 6%，碘吸附值936mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值173mg/g。(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。實(shí)施例7 (1)對落葉松木材在550°C進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在30°C進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有 重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣 體；(4)取上述熱解炭100g，與熱解重質(zhì)油均勻混合，混合質(zhì)量比為熱解重質(zhì)油熱 解炭=1 10，將混合物成型為球形，利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活 化，活化反應(yīng)溫度為100(TC，升溫速率為8°C /分鐘，活化時(shí)間為10分鐘，冷卻至室溫，得 到顆?；钚蕴慨a(chǎn)品。顆粒活性炭的碘吸附值850mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值128mg/g。(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。
權(quán)利要求
一種利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)對落葉松木材在450℃～600℃進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；(2)對上述熱解氣在20℃～40℃進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，熱解油中含有重質(zhì)熱解油、中質(zhì)熱解油和輕質(zhì)熱解油；(3)使上述不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到由二氧化碳和水蒸氣組成的活化氣體；(4)利用上述活化氣體作為活化劑，對上述熱解炭進(jìn)行活化，活化反應(yīng)溫度為750℃～1100℃，升溫速率為3℃/分鐘～15℃/分鐘，活化時(shí)間為10分鐘～120分鐘，冷卻至室溫，得到活性炭；或用上述重質(zhì)熱解油與上述熱解炭進(jìn)行混合，混合的質(zhì)量百分比為重質(zhì)熱解油∶炭＝1∶(3～15)，使混合物成型為棒形或球形，最后對成型后的混合物進(jìn)行活化，活化反應(yīng)溫度為750℃～1100℃，升溫速率為3℃/分鐘～15℃/分鐘，活化時(shí)間為10分鐘～120分鐘，冷卻至室溫，得到活性炭；(5)使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣回流至活化爐中，循環(huán)使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用落葉松木材快速熱解副產(chǎn)物炭制備活性炭的方法，屬于活性炭制備技術(shù)領(lǐng)域。首先對落葉松木材進(jìn)行快速熱解，得到熱解炭和熱解氣；對上述熱解氣進(jìn)行冷凝，得到熱解油和不可冷凝氣體，使不可冷凝氣體在空氣中燃燒，得到活化氣體；用活化氣體作為活化劑，對熱解炭進(jìn)行活化，冷卻至室溫，得到活性炭，使活化過程中產(chǎn)生的高溫尾氣循環(huán)使用。本發(fā)明方法，在活化過程中不需要加入外部熱源和活化劑，熱解產(chǎn)物綜合利用率高，環(huán)境污染??；制備活性炭的工藝簡單，能源利用率高，實(shí)現(xiàn)了熱量循環(huán)利用，節(jié)約能源。得到的活性炭吸附性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，可以廣泛應(yīng)用于氣相吸附和化工產(chǎn)品的脫色。
文檔編號C01B31/10GK101955181SQ20101051541
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者常建民, 張立塔, 王鵬起, 茍進(jìn)勝, 許守強(qiáng), 韓彥雪 申請人:北京林業(yè)大學(xué)