[发明专利]一种碱活化制造活性炭的尾气连续处理装置及其尾气连续处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及产业化碱活化制造活性炭的碱金属连续安全处理装置和方法。 

背景技术

高比表面积活性炭拥有极其发达的细孔结构，作为吸附剂在各种领域被广泛地应用。另外，在固体触媒、触媒载体等方面的应用也极具前景。近年来，高比表面积、高纯度的活性炭作为超级电容器（EDLC）以及燃料电池的电极材料倍受注目。活性炭制造时的活化方式一般分为气体活化和药品活化，气体活化是采用二氧化碳、水蒸气等气体来进行的；药品活化是通过氯化锌、磷酸、碱金属氢氧化物（KOH、NaOH等）等化学药品来活化的。而其中KOH的活化效果最好，不但所得的活性炭比表面积高、细孔分布合理，而且活性炭的收率也高，制备的碱活化活性炭是目前最适合的超级电容器等的关键电极材料。但是，碱活化技术应用于活性炭的产业化连续制造还是有困难的。因为KOH经活化后一部分以碳酸钾等化合物的形式残留在产物中，另一部分以金属钾蒸气的形式随热气流离开反应炉（容器）。由于碱金属的凝固点高，碱金属蒸气在遇冷时易凝固，在排气管内壁析出并成长为碱金属结晶体，在遇到空气、水分时会激烈反应，可能会伴随着燃烧、爆炸的危险发生。这种生产安全隐患的存在，导致该活性炭的产业化的困难。 

因此，在利用KOH等进行碱活化大量生产活性炭时，应该注意碱金属引起的危险，要及时对产生的金属钾进行处理。目前，在不连续碱活化制造活性炭工艺上采用了一些碱金属的处理方法，如在活化容器上加盖减少气体排放面和排放量，在气体排放孔（或缝隙）上设置木炭、竹炭、活性炭等多孔质材料，其原理是利用吸附来吸收碱金属、以及这些炭材料在高温下被氧化产生的二氧化碳等与碱金属反应形成碱金属的碳酸盐来达到处理目的。这种方法虽然可以处理部分碱金属减少安全隐患，但存在许多问题，如①无法完全处理碱金属，安全隐患依然存在；②使用多孔质材料增加成本；③产生的气体无法通畅排出活化容器，内部压力增大使活化反应受影响，活化效率降低；④增加碱的使用量，提高成本的同时也给之后的洗涤、排水处理增加困难；⑤该方法只能适合于间歇式生产，不能用于连续生产，操作困难、生产性低，而且能源浪费大。还有如申请号200610034388.2、200610123444.X的专利文献，其中提到利用煤油保存金属钾，但没有提到具体的回收方案和措施。该方法为一般的常识，在产业化生产碱活化的活性炭中的具体应用是困难的，如排气管中的金属钾如何处理、高温下煤油的安全措施等。申请号200710022323.0的专利文献中提到一种缓和反应过程中生成的金属钾危害的方法，即在活化炉中导入一定量的水蒸气或甲醇或乙醇，与金属钾反应生成KOH或醇钾，减少金属钾的排除，达到降低安全隐患的目的。但该方法只能减轻安全隐患，并不能完全解决安全问题。另外，在碱活化中添加这些在高温下氧化性极强的物质，不但在高温下产生大量的氢气而带来新的安全隐患，而且减少活性炭的收率和活化效果，还会影响活性炭的细孔性能等品质。另外CN101069804A的专利文献中提出了一种采用惰性气体和水蒸气的混合气体来处理碱活化尾气的方法，其主要原理是通过含碱金属的活化尾气直接与含水蒸气和惰性气体的潮湿气体接触，通过“2K + 2H₂O==2KOH + H₂↑”的反应，把碱金属转变为碱（氢氧化物），从而消除碱金属的安全隐患。但该发明有以下2点缺陷，（1）没有提出消除所产生的氢气和热量的技术手段。我们知道，碱金属（如K、Na等）是十分活泼的金属，当它与水（水蒸气）直接接触后会产生剧烈反应，出现火花并产生氢气（H₂），氢气在火花存在下极易产生爆炸。（2）没有对涉及对尾气的输送管的安全处理。活化尾气中的碱金属在高温的活化炉内是以气体形式存在，但随着在排气管中向外排放的过程中，其温度会逐渐下降，但温度下降到碱金属的熔点以下时，碱金属会凝固，以结晶形态附着在排气管内壁，久而久之在排气管内壁会形成较大颗粒的碱金属块，当碱金属块遇到潮湿空气时会发生剧烈爆炸，轻易地把排气管炸掉，还会对周围产生破坏，包括人员伤亡。所以该方法是不安全的，不适应于实际生产上的应用。 

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种碱活化制造活性炭的尾气连续处理装置，在无需封闭排气孔、不与水蒸气直接接触等的情况下，能够安全连续处理活化时产生的碱金属、且操作维护安全方便。为此，本发明采用以下技术方案：