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高表面活性炭制备工艺优化及扩大化生产方案研究

作　者: 柳珉敏
导　师: 徐文东
学　校: 华南理工大学
专　业: 能源环境材料及技术
关键词: 高表面活性炭制备石油焦余热利用扩大化生产
分类号: TQ424.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

高表面活性炭是一种结构和性能优良的新型炭材料，其最大特点是具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，吸附性能良好，在超级电容器、变压吸附、天然气吸附储运等领域具有较大的发展潜力。目前国内的高表面活性炭制备大多以化学活化法为主，但产品质量不高，生产成本较大，尚无大规模的生产。本论文以吉林某公司年产10吨高表面活性炭的中试生产线为依托，以石油焦为原料，KOH为活化剂，对高表面活性炭的生产进行调试，重点调试了预活化单元、活化单元以及产品精致单元。在反应温度为780℃，反应时间为1小时50分的反应条件下，产品的比表面积达为2753m~2/g，孔容为1.488cc/g，孔径为2.162nm；精制产品的粒径可达到20000目以上，电容最大为169.50F/g；成型的高表面活性炭在压力为5MPa下，体积吸附量达到145v/v。产品的指标符合标准，但生产成本高、运行能耗大，无法实现规模化生产。通过优化生产工艺和降低活化比的方法降低生产成本。在总活化比为1:3的反应条件下，活化剂KOH分两次与原料石油焦反应，第一次的活化比分别为1:2和1:1.5，反应后得出的实验样品比表面积都达到了2200m~2/g以上。通过余热利用的方法降低运行能耗。采用活化后高温物料和烟气的余热制水蒸汽的方法实现能耗的降低，通过蒸汽锅炉分别制取5MPa和0.2MPa两个等级的水蒸汽，5MPa的水蒸汽用于预活化系统的加热，0.2MPa的水蒸汽用于产品的烘干，两项每年可回收热量3.4×10~5kW.h。在降低活化比和余热利用的基础上，设计了年产100吨高表面活性炭的生产方案，该方案降低了原材料的成本和工艺运行的能耗，每吨产品的成本相对于10吨级生产工艺可降低3.2万。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-23
  1.1 高表面活性炭的结构性能及其应用  10-13
    1.1.1 基本结构特性  10-11
    1.1.2 应用领域分析  11-13
  1.2 高表面活性炭制备工艺的研究进展  13-16
    1.2.1 国内外研究进程  13-14
    1.2.2 基本原理及工艺流程  14-16
    1.2.3 发展现状分析  16
  1.3 高表面活性炭制备工艺步骤及技术分析  16-21
    1.3.1 原料筛选  16-17
    1.3.2 原料预处理过程  17-18
    1.3.3 炭化过程  18-19
    1.3.4 活化过程  19-21
    1.3.5 产品精制  21
  1.4 本课题研究内容及目标  21-23
第二章高表面活性炭中试生产线运行分析  23-42
  2.1 高表面活性炭生产线简介  23
  2.2 原料设备简介  23-30
    2.2.1 粉碎筛分系统及设备  24-25
    2.2.2 预活化系统及设备  25-26
    2.2.3 活化系统及设备  26
    2.2.4 洗涤系统及设备  26-27
    2.2.5 产品精制系统及设备  27
    2.2.6 检测设备简介  27-30
  2.3 中试生产线调试  30-32
    2.3.1 调试目的  30
    2.3.2 调试过程  30-32
  2.4 检测结果及分析  32-41
    2.4.1 比表面积及检测结果及分析  32-37
    2.4.2 粒径测试结果及分析  37-38
    2.4.3 电容性测试结果及分析  38-39
    2.4.4 体积吸附量检测结果及分析  39-40
    2.4.5 技术经济分析  40-41
  2.5 本章小结  41-42
第三章高表面活性炭制备工艺优化  42-51
  3.1 实验及检测设备简介  42-44
    3.1.1 实验设备简介  42-44
    3.1.2 检测设备简介  44
  3.2 实验方法  44-45
  3.3 实验步骤  45
  3.4 实验过程分析  45-47
  3.5 实验样品检测结果及分析  47-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章高表面活性炭扩大化方案研究  51-66
  4.1 扩大化方案设计思路  51
  4.2 降低活化比工艺研究  51-52
  4.3 降低生产能耗技术研究  52-58
    4.3.1 工艺流程能耗分析  52-53
    4.3.2 余热利用  53-56
    4.3.3 节能方案设计  56-58
    4.3.4 节能分析  58
  4.4 大规模方案设计  58-65
    4.4.1 工艺流程设计  58-61
    4.4.2 关键设备分析  61-63
    4.4.3 技术经济分析  63-65
  4.5 本章小结  65-66
结论与建议  66-68
  结论  66
  建议  66-68
参考文献  68-73
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果  73-74
致谢  74-75
附件  75

高表面活性炭制备工艺优化及扩大化生产方案研究

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