JNWFG炉用于“一步法”生产煤基颗粒活性炭的探索与实践.pdf
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1、21燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 11 月第 54 卷第 6 期JNWFG 炉用于“一步法”生产煤基颗粒活性炭的探索与实践刘庆达1,2蔡承祐1,2李超1,2刘洪春1,2罗浩1,2(1.中冶焦耐(大连)工程技术有限公司,大连116085;2.辽宁省低碳焦化专业技术创新中心,大连116085)摘要:介绍了将中冶焦耐研发的 JNWFG 炉用于生产煤基颗粒活性炭的研究和工业性生产试验情况以及所生产的活性炭产品的质量和用途。该研究成果验证了在同一孔 JNWFG 炉内实现低阶粉煤碳化与半焦活化的“一步法”生产煤基颗粒活性炭工艺的可行性,并对该“一步法”工艺的
2、优化方向提出了建议。关键词:煤基颗粒活性炭;JNWFG 炉;“一步法”工艺中图分类号:TQ520.5文献标识码:A文章编号:1001-3709(2023)06-0021-05E x p l o r a t i o n a n d p r a c t i c e o f J N WF G f u r n a c e f o r o n e s t e p p r o d u c t i o n o f c o a l-b a s e d p a t i c u l a t e a c t i v a t e d c a r b o nLiu Qingda1,2Cai Chengyou1,2Li
3、Chao1,2Liu Hongchun1,2Luo Hao1,2(1.ACRE Coking&Refractory Engineering Consulting Corporation(Dalian),MCC,Dalian 116085,China;2.Low Carbon Coking&Chemical Professional Technology Innovation Center,Liaoning Province,Dalian 116085,China)A b s t r a c t:The research and production test with industrial s
4、cale for making of coal based particulate active carbon by application of JNWFG oven developed by ACRE as well as the product quality and uses are introduced briefly.The feasibility of producing coal based particulate active carbon by“one-step”process,which refers to realization of carbonization of
5、low rank fine coal and activation of semi coke in the same chamber of JNWFG furnace,has been proved by the achievement of the research.The optimizing direction of the“one-step”process is also proposed in the paper.Ke y w o r d s:Coal based particulate active carbon;JNWFG furnace;“One-step”process收稿日
6、期:2023-01-19作者简介:刘庆达(1983-),男,高级工程师1 前言活性炭是一种具有发达孔隙结构和大比表面积的碳材料,是有很强物理吸附能力的广谱吸附剂,广泛应用于电子化工食品加工医疗卫生污染防治和环境保护等诸多行业。活性炭除作为气体或液体吸附材料外,还在制造电极材料、催化剂或催化剂载体和医疗材料等方面都有巨大的应用前景1。低阶煤是一种含碳量高性能稳定供应充足价格便宜的碳源,以低阶煤为原料,采用高效、环保的生产工艺,生产优质煤基颗粒活性炭,对于提升低阶煤分质利用技术水平,延伸低阶煤产业链,以及资源综合利用都具有重要意义。煤基柱状活性炭生产的传统工艺用于生产煤基活性炭的原料煤种类较多,但
7、不同的原料煤生产的活性炭产品性能差异很大。目前能用于煤基活性炭生产的煤种主要有无烟煤、长焰煤、弱黏煤、不黏煤和褐煤等。我国生产活性炭最常用的原料煤是无烟煤、不黏煤和长焰煤,主要分布在陕西和宁夏。煤基柱状活性炭的传统生产工艺流程如图1所示。将配合后的原料煤磨粉到约190200目的细度,加入适量的黏结剂(煤焦油)并在一定温度下22燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesNov.2023Vol.54 No.6混捏、挤压成碳条;碳条干燥后,再经碳化、活化即为柱状活性炭成品。此工艺在国内外规模化工业生产已有几十年的历史,工艺技术比较成熟,对原料适应性比较广泛,可生产高、中、低档各
8、类活性炭品种,产品强度高、质量指标可调范围广。其中活化工序是活性炭生产的最关键工序。活性炭活化工艺主要有物理活化法化学活化法和物理化学活化法等2。煤基活性炭生产主要采用物理活化法,其活化剂为水蒸气或CO2。与以CO2作为活化剂相比,以水蒸气作为活化剂具有反应温度低、反应速度快、工艺简单等优势,故在诸多以煤为原料的活性炭生产工艺中,多采用水蒸气作为活化剂3。活化设备主要有活化转炉多膛炉沸腾炉斯列普活化炉等,各种活化设备的活化原理均是在高温条件下,水蒸气与碳化材料从表至里地进行水煤气反应的物理活化过程。上述煤基活性炭的生产技术存在以下问题:受活化设备处理能力制约,生产规模小、效率低,装备水平低,工
9、人劳动强度大;工艺流程复杂,生产成本高;生产过程中的环境污染较严重。JNWFG炉低阶粉煤干馏工艺2013-2018年,中冶焦耐依托本公司成熟的块状低阶煤干馏用外热式直立炉技术,针对低阶粉煤,开发新的炉型及装备,完成了低阶粉煤外热式连续干馏炉工艺的研发,简称JNWFG炉。该工艺以030 mm的低阶粉煤为原料,在炭化室内隔绝空气干馏,获得高品质的煤气焦油和挥发分稳定的半焦4。用于低阶粉煤干馏的JNWFG炉工艺原理如图2所示。储存在炉顶煤仓的原料煤(低阶粉煤)通过炉料装入系统从炭化室顶部装入炭化室,在炭化室内连续向下运行,经干燥预热段干馏段冷却段后从下部排出炭化室,干馏段下部炭化室中心温度为6007
10、50。干馏产生的荒煤气通过炭化室内专用的煤气导出装置汇集到设置在炉顶的集气系JNWFG炉生产活性炭的新工艺中冶焦耐研发JNWFG炉工业示范装置的主要目的是实现低阶粉煤的分质利用。在研发过程中,根据JNWFG炉的工艺特点和提高产品附加值的目标,衍生出若干个研发子课题,采用JNWFG炉生产煤基颗粒活性炭是JNWFG炉研发项目的子课题之一。4.1 工艺原理 活性炭生产的必要工艺条件为:半焦温度不低于850;蒸汽温度为8501 000;必要的活化时间。JNWFG炉在低阶煤干馏工艺中,一般在炭化室中心温度约650 的条件下,即可完成干馏过程,即产品挥发分8%。对照活性炭生产过程的活化条件,通过调整JNW
11、FG炉的加热制度提高炭化室中心温度,使其达到850 以上,并在干馏炉冷却段入口增设高温蒸汽布气装置;控制排料量,延长活化时间。通过上述改变,JNWFG炉即可以“一步法”工艺生产煤基颗粒活性炭。增加高温蒸汽布汽装置后的JNWFG炉工艺流程如图3所示(工业性生产试验在图3中所示的非蓄热室侧的孔炭化室内进行)。4.2生产操作调整JNWFG炉生产活性炭时主要做以下调整:增加回炉加热煤气量;热工制度调整:采用上下火道交替加热方式,提高火道温度;降低排料速度,增加活化时间。统,经过煤气管道送至煤气净化装置分离焦油并净化煤气;半焦通过设置在炭化室下部的冷却排出装置排至运焦系统。冷却筛分原料煤捏合成型焦油,水
12、粉碎干燥碳化筛分活化图柱状活性炭生产工艺流程图用于低阶粉煤干馏的 JNWFG 炉工艺原理示意图煤仓原料煤集气管荒煤气荒煤气集气管上蓄热室炭化室 炭化室干燥预热段 干馏段冷却段冷却排出装置皮带机半焦半焦下蓄热室23燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 11 月第 54 卷第 6 期图 3JNWFG 炉用于活性炭生产试验的工艺流程图煤仓原料煤集气管荒煤气上蓄热室炭化室 炭化室活性炭冷却排出装置干燥预热段 干馏段冷却段活化段高温蒸汽蒸汽热风炉皮带机下蓄热室经过上述调整,JNWFG炉即可满足活性炭生产的必要条件。4.3蒸汽供入活化用高温蒸汽,采用约300 的饱和
13、蒸汽经热风炉加热至1 000 左右,通过炭化室下部端墙进入高温蒸汽布气装置,入口处蒸汽温度约为870,蒸汽压力为4 5005 000 Pa。高温蒸汽通过蒸汽布气装置均匀穿过高温半焦层,持续发生活化反应获得品质稳定的活性炭。高温蒸汽布气装置可实现布气均匀,在保证物料顺行的同时,保持高温下的结构强度,是JNWFG炉生产活性炭工艺取得成功的关键技术。在研究和生产试验中,就布气装置的材质尺寸结构形式都做了大量的尝试,最终选用耐火砖搭接的形式,其结构强度满足要求,且布气效果良好,物料顺行平稳,在1年多的活性炭工业性试验生产过程中,未出现任何问题。JNWFG炉生产煤基颗粒活性炭的工业性生产试验 经过改进和
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