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煤质柱状活性炭对炭化工艺条件的要求

作者:柱状活性炭 日期:2018-06-05 11:08:57 人气:

煤质柱状活性炭生产工艺一般由原料煤破碎、磨粉、与粘结剂(煤焦油)混捏、加压成型、炭化、活化等几个基本工序组成,有的厂家在成型与炭化工序之间加入预氧化工序,活化后加入产品后处理(酸洗、碱洗)工序。炭化是制造活性炭的主要工序之一,也是活化钱的主要准备与基础工序。炭化工艺控制的好坏,直接影响下一步活化的操作以及产品的孔隙结构、吸附性能及机械强度。活性炭生产中的炭化工序实质上是成型物料在低温条件下的干馏。

本文着重介绍我厂利用大同弱粘结煤试制生产柱状活性炭过程中,对炭化工艺条件的探索情况和最终炭化工艺参数的确定。

1、炭化设备

我厂炭化炉选用回转炉,φ1.5×14,采用煤气加热,内部砌有耐火装,炉体倾角3°,在炉体前部出料口、中部、尾部安装热点偶测温计,在炉尾安装压力计。炭化炉示意图如图1。

炭化炉示意图

2、原料煤工业分析(见表1)

表1 原料煤工业分析结果

编号 1# 2# 3# 4# 5# 6#
水分Mad/% 7.91 7.59 7.27 7.39 6.92 6.28
挥发分Vd/% 28.42 28.54 28.04 27.60 26.24 27.10
灰分Ad/% 4.53 4.79 4.42 4.14 4.12 4.43

3、影响炭化料质量的工艺因素确定

在炭化料的生产过程中,影响炭化料质量的炭化工艺因素主要有炭化温度、转炉转速、加料速度、炉压等四个方面。

我厂在用大同弱粘结煤生产柱状活性炭过程中,经过一年多时间对炭化料的生产,在炭化工艺上进行了很长一段时间的摸索。炭化料生产初期,我们在没有找到炭化工艺各个参数对炭化料具体影响的情况下,采取整体控制,造成操作困难、物料损失,没有找到适合我厂炭化料生产的炭化工艺条件,结果导致规格φ5.2mm的成型料在炭化生产过程中,由于操作不当引起炭化料外观差、炉内起火的情况。由此可见,炭化生产过程必须进行严格的控制,合理匹配炭化温度、转炉转速、加料速度、炉压,才能制造出高质量的炭化料,生产出高品质的活性炭。为此,我们必须分别确定影响炭化料质量的最佳工艺参数。

3.1实验方法

我们选用同一批成型料(用同一煤种通过混捏、成型工艺值得,规格同为φ5.2mm),在炭化过程中针对某一个影响因素(其它条件不变)进行试验,以求证适合我唱炭化料生产的最佳工艺条件。

3.2成型料工业分析(表2)

编号 1# 2# 3# 4# 5# 6#
水分Mad/% 16.90 18.17 17.82 17.52 18.32 17.48
挥发分Vd/% 40.59 41.32 40.25 42.65 43.21 40.86

3.3影响因素

3.3.1炭化温度

袒护温度直接影响炭化料和活性炭的质量。炭化料出炉之前的温度是最终温度。表3为规格φ5.2mm的成型料在回转炉转速为200r/h、投料速度为0.5t/h、炉压为-98Pa及不同炭化终温(1#点温度)时制得的炭化料在生产控制及外观方面的情况。

表3 炭化料在生产控制及外观方面的情况

  各点温度/℃    
编号 1# 2# 3# 生产过程及现象 炭化料外观
A组 550 398 188 炭化料出炉时带有大量黄烟 料短
B组 560 405 192 炭化炉出炉时带有黄烟 料长度一般,无粘连,结块
C组 570 411 196 炭化炉出炉时带有黄烟 料长度一般,无粘连,结块
D组 580 407 198 炭化炉出炉时带有轻微蓝烟 料长度适中,光滑、无粘连,结块
E组 585 421 195 炭化炉出炉时带有轻微蓝烟 料长度适中,光滑、无粘连,结块
F组 585 415 204 炉前部开蒸汽量大 料长度适中,光滑、无粘连,结块
G组 595 421 201 炉前部开蒸汽量大 料长度适中,光滑、无粘连,结块
H组 600 427 206 炉前部开蒸汽量大 料长度适中,光滑、无粘连,结块

表4  炭化料及活性炭的化验结果

编号 炭化料强度/% 炭化料平均发挥分/% 生产控制

活性炭碘值/gmg-1

强度/%
A组 97 14.28 有堵塞活化料道现象 1002 98
B组 98 13.28 有堵塞活化料道现象 1023 98
C组 98 13.00 有堵塞活化料道现象 1032 98
D组 99 12.04 好控制 1042 99
E组 99 11.29 好控制 1065 99
F组 99 11.22 好控制 1067 99
G组 99 10.34 好控制 1059 99
H组 99 9.56 好控制 1045 99

表4为对应各组制得的炭化料在强度、挥发分方面的化验数据以及制得的活性炭在碘值、强度方面的化验数据。由表4可以看出:炭化的最终温度愈高,炭化料的强度愈大,制得的活性炭强度也愈大,但制得的活性炭碘值不是很高。这表明随着炭化最终温度的提高,炭化料颗粒愈密实,将导致孔容积减少,造成炭化料的反应性降低,给活化造成困难。炭化温度较低的条件下,炭化料和制得的活性炭强度越低。由于炭化温度低,炭化不彻底,炭化料挥发分含量高,在活化时易堵塞料道,给活化带来苦难,而且炭化料在炉内易着火,给炭化操作带来不便。

为此,为了平衡活性炭的吸附性能和机械强度这两个重要技术参数,我唱生产规格φ5.2mm炭化料,炭化终温控制在585±5℃为宜。

3.3.2 转炉转速

调节转炉转速的主要目的是为了调整物料在炉内的移动速度,控制物料的升温速度。由成型机压制出来的生料条含有三种挥发分物质:水分、原料煤的挥发分、粘结剂(煤焦油)中的挥发分。如果转炉炉速太快,则形成料条在转炉内停留的时间太短,而且要在短时间内大量逸出挥发分,会引起然条的膨胀和破碎,最终造成炭化料的机械强度下降,外观差,产率低。如果转炉转速太慢,则降低设备效率,产量低。因此,必须合理调节转炉转速。表5的规格φ5.2mm的成型料在投料速度为0.5t/h,炉压为——98pa下及不同转炉转速下制得的炭化料情况。

表5  投料速度及炉压一定而转炉转速不同时制得的炭化料情况

  各点温度/℃ 转炉转速/r h-1 生产过程及现象
编号 1# 2# 3#    
A组 580 407 190 150 炉尾部积料,表现转速慢,加料速度快
B组 586 432 174 200 正常
C组 587 421 189 250 正常
D组 593 432 195 300 炭化料出炉时带有黄烟,表明炭化料挥发分含量高
E组 591 422 195 300 炭化料出炉时带有黄烟,表明炭化料挥发分含量高

上述数据表明,我厂生产规格φ5.2mm的炭化料,转炉转速控制在250r/h为宜。

3.3.3投料速度

炭化炉的加料量由炭化炉的规格、物料的性质以及对炭化料的技术要求等方面确定。加料量过大,会使炉内料层太厚,产生堆积,导致炭化不均匀,物料发生粘连、结块、起火、操作条件恶化;加料量太少,则浪费热量,降低设备效率。

我厂根据生产实际情况,确定生产规格φ5.2mm的炭化料加料速度控制在0.5-0.6t/h为宜。

3.3.4炉压

炭化炉内的压力状态对碳化过程有一定影响。为了保证炭化过程中挥发分顺畅排出,我厂炭化系统是在负压条件下操作的。炉内保持负压具有以下优点:一是使炭化料中的挥发物能够顺利外排,促进炭化工序的加速完成;二是炉内的发挥发物大多数为有毒、有害物质,在负压下操作,炉内的有害物质不会外漏,不但保护了周围操作环境,而且有利于集中回收或治理。

但负压过大时,则影响到炉温的提高,同时因大量空气进入炭化炉内,可能造成炭化料的着火燃烧。我厂根据实际生产情况,确定生产规格φ5.2mm的炭化料时,炭化炉内的压力控制在98-147Pa为宜。

3.4最佳工艺参数的确定

根据上述试验情况。我厂对四种影响因素进行匹配后的生产情况见表6.

表6  对四种影响因素进行匹配后的生产情况

  各点温度/℃ 转炉转速 加料速度 炉压 炭化料 活性炭
编号 1# 2# 3# /r h-1 /t h-1 /pa 外观 强度 挥发分 碘值 强度
1 585 409 192 250 0.5 -10 光滑 99 11.11 1060 99
2 580 407 190 250 0.5 -10 光滑 99 10.68 1064 99
3 580 411 192 250 0.5 -12 光滑 99 11.25 1059 99
4 587 424 181 250 0.5 -10 光滑 99 11.36 1072 99
5 585 421 201 250 0.6 -15 光滑 99 11.01 1066 99
6 586 408 196 250 0.6 -14 光滑 99 10.96 1080 99
7 589 428 185 250 0.6 -15 光滑 99 10.84 1069 99
8 591 421 185 250 0.6 -10 光滑 99 12.22 1058 99
9 590 432 180 250 0.6 -10 光滑 99 11.54 1054 99

我们发现,按照上述工艺参数生产,当加料速度为0.5t/h时,产量为5.5t/d;加料速度为0.6t/h时,产量为7t/d,而且炭化料长度适中,外观好,无裂纹,结块,强度好,最终制得的活性炭碘值也比较高。

为此,我厂生产规格φ5.2mm的炭化料,其炭化工艺最佳条件为:炭化温度:T1为580-590℃,T2为410-430℃,T3为180-220℃;转炉转速为250r/h;加料速度为0.5-0.6t/h;炉压为98-147pa。

4、结论

(1)炭化工艺参数与煤种、成型料条规格以及最终活性炭的用途有关。

(2)通过对炭化工艺影响因素的试验分析,找出了适合我厂规格为φ5.2mm成型料炭化的最佳工艺条件。

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