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一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置及方法

申请号 CN201210465449.6 申请日 2012-11-19 公开(公告)号 CN103014916A 公开(公告)日 2013-04-03
申请人 郑经堂; 发明人 郑经堂; 肖慧吉; 郅利鹏; 梁鹏; 吴明铂; 薛庆忠; 刘倩; 江波; 闫子峰; 仇实; 卫振兴;
摘要 本 发明 公开了一种连续制备宽幅功能 活性炭 纤维 的装置及方法,密封炉口宽达2.2米,立式炉体的高度为14米,单幅制品就可满足工业制品要求,由于产品制品是单幅分布在稳定的热 力 场中,不与任何物质 接触 ,不存在受热均匀度问题,保证了活性炭纤维的均匀度和整体性能,装置结构紧凑,占地面积小,立式炉体 温度 场和工艺参数稳定可控,通过过程工艺参数调节,可直接制备获得满足特定需求的功能活性炭纤维,避免了二次活化,可采用空气作为活化剂活化制备活性炭纤维,且可在较低温度下即可实现,节约了 能源 和制备周期,提高了能源的利用率,降低了工业成本,具有较强的推广与应用价值。
权利要求

1.一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置,其特征在于,该装置包括:密封炉口、立式炉体、活化剂发生器、氮气发生器、自动断料系统、收料箱;
所述密封炉口设置在所述立式炉体的上部,所述立式炉体的中部设置有所述活化剂发生器及氮气发生器,所述立式炉体的下部依次设置有所述自动断料系统及收料箱。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述立式炉体的结构设置有热膨胀缓解装置。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述立式炉体的宽度为2.2米,长度为14米,单幅下料即可满足工业规格要求,并采用外电场加热。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,该装置除了可将常规的蒸气、二和化学试剂作为活化剂外,还可将空气作为活化剂。
5.一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一,对立式炉体升温加热,待热场温度稳定后,对温度场进行测试,当测得热温度场断面两端温差在正负2度内,即获得了稳定的热温度场;
步骤二,通入氮气作为保护气,在立式炉体内断面温度达到设定值之后,由炉顶按照一定的速度将经预处理后2米宽的原料送入立式炉体,并由立式炉体内不同部位处通入活化剂;
步骤三,获得的活性炭纤经自动断料系统将成品落入收料箱体
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,待炉内断面温度达到设定值后,活化最高温度550度,活化时间60分,将空气按照一定的分压比例由立式炉体特定部位进入,并对原料进行活化处理,由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下,产品纳米微孔集中,全部为纳米微孔小于0.5纳米微孔。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,待立式炉体断面温度达到设定之后,活化最高温度950度,活化时间20分,将经过特殊预处理的原料由炉顶送入炉内,通入据有适当比例的空气和二氧化碳进行活化处理,由此获得的活性炭纤维在幅宽大于1.2米的外观规格下,具有对苯具有优异的吸附性能;经过调整活化剂比例,加入8%活化剂,可获得对硫化氢具有吸附性能的活性炭纤维。
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于,待立式炉体断面温度达到设定值后,最高活化温度950度,将经过特定预处理的原料,浸渍含胺官能团物质,加入比例不低于20%,由炉顶送入炉内,经过调整加有不低于6%含有微量氨的保护气,然后通入水蒸气作为活化剂对原料进行活化处理,由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下对甲有较高的吸附性能。
9.如权利要求5所述的方法,其特征在于,通过相对中高温,长时间处理,可获得具有以纳米微孔为主的,对气体小分子具有超强吸附能的活性炭纤维;通过预处理工艺调整,可获得满足特定要求的活性炭纤维。
10.如权利要求5所述的方法,其特征在于,连续制备宽幅功能活性炭纤维的方法进一步包括以下步骤:
1).对活性炭纤维装置通过计算机控制进行加热,活化段最高温度控制在500-1000℃之间;
2).将由氮气发生器提供的氮气按照各部位需要通入炉内,流量分配预热段3-10立方米/小时,活化段3-12立方米/小时;
3).将由水蒸气发生器产生的水蒸气通入炉内活化段部位,水蒸汽量以纯水记为
20-50升/小时;
4).将原料由炉体顶部的调频控制装置按照一定的频率数度悬空送入炉内,经过预热、炭化和活化工段后进入收料箱,如此连续不断进行,即完成了整个处理过程。频率速度控制在8-30赫磁之间。

说明书全文

一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于活性炭纤维制备技术领域,尤其涉及一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置及方法。

背景技术

[0002] 近年来,由于生态环境的恶化,和空气的污染,有效治理环境有害物的技术和材料引起政府和社会的极大关注。活性炭纤维作为新一代环境功能材料,由于具有巨大的有效比表面积,分布集中的纳米微孔和丰富的官能团,正在成为食品,医疗,水和空气净化的主材料。另外,由于活性炭纤维具有较快的吸附脱附速度,较大的吸附容量,不同的宏观结构形态,已广泛用于有机溶剂回收,废水处理回用,贵重金属回收,脱色除味以及环境有害物高效净化等领域。随着社会进步和生活水平的提高,普通活性炭纤维工业产品已难以满足环境净化的需求,具有特定功能的活性炭纤维已成为社会的广泛需求。通常的方法是,通过将普通活性炭纤维经过二次活化,通过浸渍特定试剂,再经干燥和炭化(活化)完成。这不仅会造成能源的大量浪费,也加长制备周期,增大了生产成本。另一方面,通常生产过程中使用的活化剂是水蒸气和二,且需要在高温下进行。如果能够在较低温度下使用用之不竭的空气进行活化,可大大节约能源。作为活化剂,水蒸气作用较二氧化碳强烈,而空气活化速率是水蒸气的100倍。由于飞快的反应速率,虽然经过很多的研究和探索,但至今尚无真正用于实际生产中的范例。另外,单幅原料在稳定的热场中进行是理想的操作方法,但由于结构和方法的局限,真正可单幅原料满足工业规格需求的大型立式装置尚未见报道。
[0003] 用于单幅生产连续长度、采用空气活化的功能活性炭纤维存在如下问题:
[0004] (1)如何在保证满足炉体长度14米下,能合理巧妙构造使其宽度达到2.2米;
[0005] (2)如何通过特定技术,构造可用空气活化制品的大型立式装置;
[0006] (3)如何通过合理的技术方法,直接制备具有特定功能的活性炭纤维制品。本发明就上述关键问题,致力于发明新型。

发明内容

[0007] 本发明提供了一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置及方法,旨在解决现有技术未提供可单幅生产连续长度、采用空气活化的功能活性炭纤维的装置及方法的问题。
[0008] 本发明的目的在于提供一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置,该装置包括:密封炉口、立式炉体、活化剂发生器、氮气发生器、自动断料系统、收料箱;
[0009] 所述密封炉口设置在所述立式炉体的上部,所述立式炉体的中部设置有所述活化剂发生器及氮气发生器,所述立式炉体的下部依次设置有所述自动断料系统及收料箱。
[0010] 进一步,所述立式炉体的结构设置有热膨胀缓解装置。
[0011] 进一步,所述立式炉体的宽度为2.2米,长度为14米,单幅下料即可满足工业规格要求,并采用外电场加热。
[0012] 进一步,该装置除了可将常规的水蒸气、二氧化碳和化学试剂作为活化剂外,还可将空气作为活化剂。
[0013] 本发明的另一目的在于提供一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的方法,该方法包括以下步骤:
[0014] 步骤一,对立式炉体升温加热,待热场温度稳定后,对温度场进行测试,当测得热温度场断面两端温差在正负2度内,即获得了稳定的热温度场;
[0015] 步骤二,通入氮气作为保护气,在立式炉体内断面温度达到设定值之后,由炉顶按照一定的速度将经预处理后2米宽的原料送入立式炉体,并由立式炉体内不同部位处通入活化剂;
[0016] 步骤三,获得的活性炭纤经自动断料系统将成品落入收料箱体
[0017] 进一步,待炉内断面温度达到设定值后,活化最高温度550度(最高活化温度950度),活化时间30-80分,将空气按照一定的分压比例由立式炉体特定部位进入,并对原料进行活化处理,由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下,产品纳米微孔集中,全部为纳米微孔小于0.5纳米微孔。
[0018] 进一步,待立式炉体断面温度达到设定之后,(活化最高温度950度),活化时间10-60分,将经过特殊预处理的原料由炉顶送入炉内,通入据有适当比例的空气和二氧化碳进行活化处理,由此获得的活性炭纤维在幅宽大于1.2米的外观规格下,具有对苯具有优异的吸附性能;经过调整活化时间和活化温度(也可加入不小于6%活化剂),可获得对硫化氢具有吸附性能的活性炭纤维。
[0019] 进一步,待立式炉体断面温度达到设定值后,最高活化温度950度,将经过特定预处理的原料,浸渍含胺官能团物质,加入比例不小于20%,由炉顶送入炉内,然后通入水蒸气作为活化剂对原料进行活化处理,由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下对甲
[0020] 进一步,通过相对中高温,长时间处理,可获得具有以纳米微孔为主的,对气体小分子具有超强吸附能力的活性炭纤维;通过预处理工艺调整,在预处理阶段加入适当的官能团,可获得具有特定功能的活性炭纤维。
[0021] 进一步,连续制备宽幅功能活性炭纤维的方法进一步包括以下步骤:
[0022] 1).对活性炭纤维装置通过计算机控制进行加热,活化段最高温度控制在500-1000℃之间;
[0023] 2).将由氮气发生器提供的氮气按照各部位需要通入炉内,流量分配预热段3-10立方米/小时,活化段3-12立方米/小时;
[0024] 3).将由水蒸气发生器产生的水蒸气通入炉内活化段部位,水蒸汽量以纯水记为20-50升/小时;
[0025] 4).将原料由炉体顶部的调频控制装置按照一定的频率数度悬空送入炉内,经过预热、炭化和活化工段后进入收料箱,如此连续不断进行,即完成了整个处理过程。频率速度控制在8-30赫磁之间。
[0026] 本发明提供的连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置及方法,密封炉口宽达2.2米,立式炉体的高度为14米,单幅制品就可满足工业制品要求,由于产品制品是单幅分布在稳定的热力场中,不与任何物质接触,不存在受热均匀度问题,保证了活性炭纤维的均匀度和整体性能,装置结构紧凑,占地面积小,立式炉体温度场和工艺参数稳定可控,通过过程工艺参数调节,可直接制备获得满足特定需求的功能活性炭纤维,避免了二次活化,可采用空气作为活化剂活化制备活性炭纤维,且可在较低温度下即可实现,节约了能源和制备周期,提高了能源的利用率,降低了工业成本,实用性强,具有较强的推广与应用价值。附图说明
[0027] 图1是本发明实施例提供的连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置的结构示意图;
[0028] 图2是本发明实施例提供的具有单幅幅宽大于1.2米的活性炭纤维制品;
[0029] 图3是本发明实施例提供的空气活化制备的活性炭纤维微孔结构比较图;
[0030] 图4是本发明实施例提供的具有超强吸附苯类物质的活性炭纤维制品的比较图;
[0031] 图5是本发明实施例提供的对硫化氢类异味物质具有超强吸附能力的活性炭纤维制品的比较图;
[0032] 图6是本发明实施例提供的连续制备宽幅功能活性炭纤维的结构框图
[0033] 图中:1、密封炉口;2、立式炉体;3、活化剂发生器;4、氮气发生器;5、自动断料系统;6、收料箱。

具体实施方式

[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定发明。
[0035] 图1示出了本发明实施例提供的连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置的结构。为了便于说明,仅示出了与本发明相关的部分。
[0036] 该装置包括:密封炉口1、立式炉体2、活化剂发生器3、氮气发生器4、自动断料系统5、收料箱6;
[0037] 密封炉口1设置在立式炉体2的上部,立式炉体2的中部设置有活化剂发生器3及氮气发生器4,立式炉体2的下部依次设置有自动断料系统5及收料箱6。
[0038] 在本发明实施例中,立式炉体2的结构还设置有热膨胀缓解装置。
[0039] 在本发明实施例中,立式炉体2的宽度为2.2米,长度为14米,单幅下料即可满足工业规格要求,并采用外电场加热。
[0040] 在本发明实施例中,该装置除了可将常规的水蒸气、二氧化碳和化学试剂作为活化剂外,还可将空气作为活化剂。
[0041] 本发明的另一目的在于提供一种连续制备宽幅功能活性炭纤维的方法,该方法包括以下步骤:
[0042] 步骤一,对立式炉体2升温加热,待热场温度稳定后,对温度场进行测试,当测得热温度场断面两端温差在正负2度内,即获得了稳定的热温度场;
[0043] 步骤二,通入氮气作为保护气,在立式炉体2内断面温度达到设定值之后,由炉顶按照一定的速度将经预处理后2米宽的原料送入立式炉体2,并由立式炉体2内不同部位处通入活化剂;
[0044] 步骤三,获得的活性炭纤经自动断料系统5将成品落入收料箱6体。
[0045] 在本发明实施例中,待炉内断面温度达到设定值后,活化最高温度550度,将空气按照一定的分压比例由立式炉体2特定部位进入,并对原料进行活化处理,由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下,产品纳米微孔更加丰富集中,全部为纳米微孔小于0.5纳米微孔。
[0046] 在本发明实施例中,待立式炉体2断面温度达到设定之后,活化最高温度835度,将经过特殊预处理的原料由炉顶送入炉内,通入据有适当比例的空气和二氧化碳进行活化处理,由此获得的活性炭纤维在幅宽大于1.2米的外观规格下,具有对苯具有优异的吸附性能;经过调整活化剂比例,可获得对硫化氢具有特殊优异吸附性能的活性炭纤维。
[0047] 在本发明实施例中,待立式炉体2断面温度达到设定值后,最高活化温度850度,将经过特定预处理的原料由炉顶送入炉内,经过调整加有微量氨的保护气,然后通入水蒸气作为活化剂对原料进行活化处理,由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下对甲醛具有优异的吸附性能。
[0048] 在本发明实施例中,通过相对中高温,长时间处理,可获得具有以纳米微孔为主的,对气体小分子具有超强吸附能力的活性炭纤维;通过预处理介入,在预处理阶段加入适当的官能团,通过改变工艺条件,可获得具有特定功能的活性炭纤维。
[0049] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0050] 本发明涉及一种用于连续制备宽幅功能活性炭纤维的大型立式可用空气活化制备活性炭纤维装置及其配套的技术方法,它是通过立式特殊结构构建,实现可连续化制备宽幅活性炭纤维及功能活性炭纤维,该技术装置可以连续化制备任何纤维为基体的活性炭纤维,拓宽了制品的应用领域,使用空气活化在较低的温度下即可制备的活性炭纤维制品,提高了能源效率,降低了生产成本。该技术装置的炉口宽达2.2米,立式高度为14米,为扁式空心结构,单幅制品就可满足工业制品要求,从而可提高了产品的均匀度和整体性能。该技术装置是微机精密控制体系,通过过程工艺参数调节,可直接制备获得满足特定需求的功能活性炭纤维,从而避免了二次活化,节约了能源和制备周期,提高了能源的利用率。此外,由于产品制品是单幅分布在稳定的热力场中,不与任何物质接触,不存在受热均匀度问题,从而保证了制品的均匀性和整体性能。通过对制品的尺度和结构分析,可验证制品的性能。
[0051] 本发明的技术装置结构紧凑,占地面积小,炉体温度场和工艺参数稳定可控。弥补了活性炭纤维制备过程中能源消耗高,制备周期长,提高了制品均匀度和整体性能。单幅制品即可满足工业规模要求,可直接制备获得满足特定需求的功能活性炭纤维,提高了能源利用效率,节约了能源,,降低了工业成本。
[0052] 一种大型立式可空气活化连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置及其技术方法:(1)技术装置为立式结构,宽度为2.2米,长度14米,采用外电场加热,通过精密控制,满足炉内热场要求。通过配套的惰性气体保护和活化剂,经预处理后的原料由顶部按照一定的速率连续落下,在底部即可获得具有连续长度的制品。由于炉口宽度为2.2米,单幅下料即可满足工业规格要求。
[0053] (2)该技术装置制品所用的活化剂,除了常规的水蒸气,二氧化碳和化学试剂外,通过特殊结构,可采用空气活化,并在较低的温度下即可获得具有超小纳米结构和具有超强吸附能力的特定功能活性炭纤维制品。
[0054] (3)该技术装置为全密封无尘制备系统。原料由全密封的顶部进入炉体,活化剂由不同部位根据需要自动切换进入,制品通过活化后经自动断料,出料,气体置换等完成批量出料。保护气,残留活化剂和尾气经过炉口上方的密封处置系统处置后高空排入大气。
[0055] (4)该技术装置通过简单预处理介入和工艺调整,即可获得具有特定功能的活性炭纤维制品。通过相对中高温,长时间处理,可获得具有以纳米微孔为主的,对气体小分子(如苯)具有超强吸附能力的活性炭纤维;通过预处理介入,在预处理阶段加入适当的官能团,通过改变工艺条件,即可获得具有特定功能的活性炭纤维(如高效吸附甲醛和硫化氢等)。
[0056] (5)该技术装置可直接使用空气作为活化剂,且可直接制备获得具有特定功能的活性炭纤维制品,节能效率显著,制品成本低,环保经济。
[0057] 本发明是通过如下技术方案来实现的:
[0058] (1)14米高,2.2宽的立式炉体2采用分步热处理工艺,通过控制热处理升降温速率和热处理温度和时间,避免横向变形,采用热交换形式保证炉体横向热稳定;采用热膨胀缓解装置,避免装置在高温下热膨胀加长20余厘米的情况下经伸长和收缩都能保持结构稳定不变形。
[0059] (2)立式炉体2内采用特殊构件,保证加入的空气均匀分布、保证加入空气的分压稳定可调,且通过合理的进气口,保证加入的空气均匀稳定。
[0060] (3)采用合理的炉口结构,在保证进料畅通的前提下,保证了系统的整体密封性,所有尾气经全密封内部的处理后,排入高空大气。
[0061] (4)通过炉体结构的设计,配合预处理工艺,经工艺参数调整,直接制备出满足特定功能的活性炭纤维制品。
[0062] 本发明与现有技术相比具有显著的特点与进步:
[0063] 1.在国内首次制备出可用空气活化制备宽幅连续长度的活性炭纤维大型立式工业装置,避免了双福进料导致产品均匀性差,整体质量特别在具有较高要求的条件下无法保证的现状;2.首次制备出可采用空气作为活化剂活化制备活性炭纤维的技术装置,且在较低温度下即可实现,不仅大大节约能源,提高了能源利用效率,降低了生产成本,为大规模工业应用提供了范例。3.本装置系统为全密封无尘操作体系,微机精密控制系统,不仅保证了环境无污染,也从根本山保证了操作人员的身心健康。
[0064] 4.技术装置通过巧妙地构思和合理的设计,通过方便的工艺参数调整和结构转换,可直接制备出满足特定需求的功能活性炭纤维,为大规模、低成本生产功能活性炭纤维提供技术范例。
[0065] 下面结合实例对本发明作进一步详述:
[0066] (1)将活性炭纤维装置进行微机控制的程序升温加热,待热场温度稳定后,对温度场进行测试,测得热温度场断面两端温差在正负2度内,即获得了稳定的热温度场;然后通入由配套的氮气发生器4产生的氮气作为系统保护气,在炉内断面温度达到850后(活化最高温度950度),由炉顶按照一定的速度将经预处理后2米宽的原料送入炉内,然后由炉内不同部位处通入活化介质(水蒸气),最后经自动断料系统5将成品落入收料箱6体。经检验,获得的活性炭纤维幅宽大于1.2米,产品均匀柔软美观,可满足工业规格要求,见图2。
[0067] (2)如例1操作,待炉内断面温度达到550度后(活化最高温度950度),将空气按照一定的分压比例由炉内特定部位进入炉内对原料进行活化处理。由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下,产品纳米微孔更加丰富集中,几乎全部为纳米微孔小于0.5纳米微孔,该纳米尺度对于轻质气体的吸附分离具有极优异的性能,见图3。
[0068] (3)如例1操作,待炉内断面温度达到880度后(活化最高温度950度),将经过特殊预处理的原料由炉顶送入炉内,通入据有适当比例的空气和二氧化碳进行活化处理,由此获得的产品在幅宽大于1.2米的外观规格下,具有对苯具有优异的吸附性能,见图4;经过调整活化剂比例,可获得对硫化氢具有特殊优异吸附性能的活性炭纤维。
[0069] (4)如例1操作,待炉内断面温度达到830度后(最高活化温度950度),将经过特定预处理的原料由炉顶送入炉内,经过调整保护气(加入微量氨),然后通入水蒸气作为活化剂对原料进行活化处理。由此获得的产品在保持幅宽大于1.2米的规格下对甲醛具有优异的吸附性能,见图5。
[0070] (5)如例1操作所示,所有产品制备过程为全封闭无尘操作过程,环保监测数据显示,整个操作过程无三废污染物产生,见图1。
[0071] 连续制备宽幅功能活性炭纤维的方法进一步包括以下步骤:
[0072] 1).对活性炭纤维装置通过计算机控制进行加热,活化段最高温度控制在500-1000℃之间;
[0073] 2).将由氮气发生器提供的氮气按照各部位需要通入炉内,流量分配预热段3-10立方米/小时,活化段3-12立方米/小时;
[0074] 3).将由水蒸气发生器产生的水蒸气通入炉内活化段部位,水蒸汽量以纯水记为20-50升/小时;
[0075] 4).将原料由炉体顶部的调频控制装置按照一定的频率数度悬空送入炉内,经过预热、炭化和活化工段后进入收料箱,如此连续不断进行,即完成了整个处理过程。频率速度控制在8-30赫磁之间。见图6。
[0076] 本发明实施例提供的连续制备宽幅功能活性炭纤维的装置及方法,密封炉口1宽达2.2米,立式炉体2的高度为14米,单幅制品就可满足工业制品要求,由于产品制品是单幅分布在稳定的热力场中,不与任何物质接触,不存在受热均匀度问题,保证了活性炭纤维的均匀度和整体性能,装置结构紧凑,占地面积小,立式炉体2温度场和工艺参数稳定可控,通过过程工艺参数调节,可直接制备获得满足特定需求的功能活性炭纤维,避免了二次活化,可采用空气作为活化剂活化制备活性炭纤维,且可在较低温度下即可实现,节约了能源和制备周期,提高了能源的利用率,降低了工业成本,具有较强的推广与应用价值。
[0077] 以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。