全站搜索
水蒸汽活化工艺对石油焦基活性炭性能的影响
作者:管理员    发布于:2016-09-24 11:10:57    文字:【】【】【

  活性炭是一种多孔炭,其内部有十分发达的孔隙结构和巨大的比表面积,而且具有稳定的物理、化学性能,因而在不同领域的应用与研究非常广泛。用木材、果壳及优质煤生产活性炭,存在原料来源少、运输不便以及成本高等问题。炼油厂石油焦资源丰富,分布广,价格低,用其生产活性炭近期引起了人们的重视。

  本文重点讨论活化温度、活化时间以及烧失率等水蒸汽活化工艺对石油延迟焦制备活性炭的性能影响,获得碘吸附值大于800mg/g的石油焦基活性炭。

  表1固体原料(金山石油焦)主要成分分析Table1Analysisresultofsolidraw项目分析结果表2上海梅山有限公司煤焦油质量分析1.2试验装置项目分析结果项目分析结果水分/轻油馏份/酚油馏份/灰分/萘油馏分/甲苯不溶物,洗油馏份/沥青/蒽油馏份/ I制n-~丨活化卜~丨炭化1.3试验步骤将石油焦颗粒破碎,磨至90过200目筛,再与煤焦油等按一定的比例混合均匀、捏合,通过成型机挤条成型,然后在红外灯照射下预氧化(不熔化)处理。将预氧化料装人反应管内,通人氮气保护,在300~650C的条件下炭化l~3h.对已炭化料加热至750~900t:,从反应管底部通入水蒸汽进行活化。试验流程见。

  2结果与讨论2.1活化时间和温度对吸附性能的影响为了考察活化的效果,亦即活性炭的吸附性能,这里用碘吸附值来衡量。通过测定不同活化温度及时间活性炭的碘吸附值,找出活化的佳温度和时间,如表3、表4、。

  显然,活化原料随着活化时间的延长,其活化性能也不断增长,但在活化的各个时间段,增长的速度并不相同。与直接活化原料比较相似,我们也把它简单地分为三个阶段:阶段,在活化的前3.5h,虽然以一定的速率通人水蒸汽活化,但由于半焦收缩的因素,比表面积增长非常缓慢,活化3.5h后,碘吸附值均不足620mg/g,这一阶段为收缩期。第二阶段,即活化3.5~6h,由于收缩已经完成,活化效果非常明显。从可看出,这时斜率比较大,可称之为快速增长期,如在8401C下活化6h后碘―吸附值为772. 82mg/g.第三阶段,即活化6h以后,增长缓慢,原因是:这时微孔已经非常发达,若继续活化,比表面积增加不大,而烧失率继续增大(>60),经济上不合算。因此7h以后基本上不做了。

  活性炭的碘吸附值随活化温度的变化趋势如所示,可以明显看到,活化温度对活化性能影响很大,曲线几乎呈直线上升。从这个角度考虑,表3不同活化时间和温度制得的活性炭的吸附性能Table3Theadsorptionpropertiesof金山石油焦189.2g,梅山焦油60.5g,水25mL404040炭化温度炭化时间/h活化温度/c活化时间/h烧失率/96碘吸附值/(mg/g)亚甲蓝吸附值/(mg/g)表4不同的石油焦及制备工艺所得活性炭的吸附性能序号安庆石油焦100g,长金山石油焦189.2g,梅山焦油独山子石油焦190.8g,梅山焦治焦油油炭化前质量/g炭化温度八:炭化时间/h活化温度八:活化时间外烧失率/碘吸附值/(mg/g)亚甲蓝吸附值/(mg/g)活化时间对活性炭碘吸附值的彩响金山石油焦成型颗粒在600TC下炭化1h,在0.53mL/min通水流量下活化活化温度对活性炭碘吸附值的影响活化似乎应该提高活化温度,但必须注意到烧失率的变化。一般活化温度在810~850t:比较合适。2.2水蒸汽流置对活性炭吸附性能的影响2.2.1水流量的影响在炭化条件相同、活化其他条件也相同的情况下,在不同通水流量下实验,所得活性炭的性能如。本实验装料量均为30~50g.容积反应为主,但是反应缓慢,碘吸附值增加不大,如以04mL/min的通水流量经5h活化,碘吸附值也不过600mg/g左右。随着活化的进行,碘吸附值还能继续增加,但从能耗等成本考虑,该速率不足取,而应适当提高通水流量。可以发现当通水流量达0.5 ~0.6mL/min时,碘吸附值增加较快,经过5h活化,碘吸附值达700mg/g左右。若再继续提高速率,则碘吸附值增加不大。

  考察在较小通水流量及较大通水流量下,活性炭达到相同的烧失率时碘吸附值的大小,如。可以看到,在大通水流量下所得产物的碘吸附值上升很快,随后碘吸附值增加不明显,甚至下降。这是因为较高的气流速度不利于气体问孔隙内部渗透,这时以表面反应为主,颗粒外表面烧失增加,使中、大孔比例增加,而微孔比例减少,因此不利于制得高吸附性能的活性炭。水蒸汽流速小时,气体由炭化物表面渗透到内部有充裕的时间,使扩散充分,反应均匀。同时由于在炭粒外表面保持的CO及H2妨碍炭化物外部的气化,因而比流速大时微孔发达。

  22.2水炭比对活性炭吸附性能的影响以水炭比(总通入水量/炭化料质量)来衡量活化程度,找出变化趋势,见。

  显然,碘吸附值及亚甲蓝值均随活化程度的增大而增加,但增加速度并不相同,而是先快后慢。大约在水炭比5.(烧失率45~60)后,碘吸附值上升趋缓,这说明微孔此时已经比较发达,若继续活化,一部分微孔将向中孔或大孔转化,并且中孔或大孔生成的速度高于微孔生成的速率。因此,如果想得到微孔发达的活性炭,这时就可让反应中止(水炭比5.烧失率60左右,碘吸附值达到800mg/g以上,亚甲蓝值90mg/g以上)。而如果想得到中孔发达的活性炭,还可以让反应继续进行。亚甲蓝值继续快速增加,直到当水炭比达8mL/g时,上升才趋缓,这时中孔有向大孔发展的趋势。

  2.3烧失率的选择在不同的烧失率时,活性炭质量提升的效率烧失率对碘吸附值增加速度的影响AGb―碘吸附值的增量;AL―烧失率的增量;初始吸附值不同,如。由该曲线可知,碘吸附值增加速率先升后降。这主要是因为:原料经过400~600t:一定时间的炭化后,由于有机物的分解与缩聚,已经具备了一定的初始孔隙,但这些孔隙以大孔为主,过渡孔与微孔很不发达。在活化的初始阶段,半焦会收缩,挥发分继续逸出,由于氢和氧的脱除,产生少量自由基,与灼热的水蒸汽同时对固体炭料侵蚀并与其反应,产生裂纹与孔隙。但这时微孔还不够发达,所以水蒸汽与固体的接触面小,这时的反应主要在大孔、中孔周围进行,失重虽然较快,但微孔还没有大量形成,气体难以渗透到物料内部。800~850t:活化3h,一般失重30~40,但碘吸附值不超过650mg/g.随着过渡孔、微孔的不断增加,水蒸汽能够充分渗透到炭粒内部,使活化反应比较均匀地进行,这时碘吸附值增加速度较快,直到烧失率达45左右时,碘吸附值增加速度达到大值。接下来在曲线下降阶段,这时候一方面微孔不断增加,另一方面微孔通过扩展变成中孔,这时微孔增加速度仍大于中孔增加速度,但碘吸附值增加速度放慢。当烧失率达到65左右时(这时吸附碘值达750~800mg/g),中孔形成速度大于微孔形成速度。因此若继续活化,烧失率仍不断加大,但碘吸附值增加不大,一般不再继续进行。

  3结论本实验主要是利用金山石化高硫延迟石油焦(含硫>4)进行制备活性炭的研究。在不同条件下,利用水蒸汽活化法进行试验,找出恰当的工艺条件。

  由于延迟焦化是液相炭化,因此得到的石油焦结构相对致密。金山石油焦直接破碎后活化其碘吸附值难以达到350mg/g以上。通过成型法能提高活化性能,在870t:下活化7h,碘吸附值高可达824.53mg/g.为了兼顾烧失率(< 70)及产品质量,活化温度宜选择810~850X:,此时在0.53mL/min的通水流量下经7h的活化得到活性炭的碘吸附值约为785.46mg/g.通水流量不宜过大,装料量在30~50g时,水流量以。45~0.65mL/min为佳,过小反应速率太慢,过大烧失率太大,微孔不发达。

  用水蒸汽活化时,先生成微孔,然后再扩大成中孔、大孔。

访问统计
51客服