[发明专利]生产固体碳材料的方法和系统

说明书

本发明提供了生产固体碳材料的方法。该方法包括提供通过热处理碳质原料而形成的含碳材料。该含碳材料能够进行聚合。该方法还包括将含碳材料与聚合剂混合，形成材料混合物。此外，该方法包括将材料混合物加热到发生聚合的温度，以生成固体碳材料。该方法还包括在聚合之前，将其他材料加进材料混合物。

技术领域

本发明涉及一种生产固体碳材料的方法和系统。

背景技术

碳质原料，例如煤和石油，可用于生产固体碳材料。例如，焦煤，煤焦油和煤焦油沥青通常用于生产用于钢铁工业的冶金焦或其他类型的碳材料，或者生产用于铝工业的电极。然而，上述碳材料的生产存在许多问题。

特别是，一些目前使用的原料，如焦煤，是不可再生的和耗尽的。焦煤仅占现有煤储量的小部分。不幸的是，其它等级低于或高于焦煤的煤，例如:褐煤，褐煤，次烟煤，低粘结烟煤和无烟煤，不具有生产冶金焦所需的粘结性能，不是制造冶金焦的合适原料。

此外，以上述方式使用碳材料导致CO₂和如SO₂和NO_x之类的其它污染物的显著排放。用焦煤或石油生产的冶金焦除了硫含量高外，灰分产量也相对较高，这在冶金行业的应用中引起了许多问题。

除了冶金工业之外，其他行业也需要具有高强度的固体碳材料，例如废水处理和金矿开采。固体碳材料(例如活性炭)必须具有良好的机械强度以用于这些应用。

生物质是唯一可直接用于生产固体碳材料的可再生资源。然而，生物质衍生碳材料通常质量不足以替代诸如冶金焦和高强度活性炭之类的固体碳材料。

这就需要用生物质或其他相对便宜的低粘结碳质原料生产高品质的固体碳材料。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种生产固体碳材料的方法，所述方法包括：

提供通过热处理碳质原料而形成的含碳材料，所述含碳材料能够进行聚合；

将所述含碳材料与聚合剂混合,形成材料混合物；及

将所述材料混合物加热到发生聚合的温度,以生成固体碳材料。

本发明的实施方案具有显著的优点。特别是，所生产的固体碳材料可具有相对较高的密度和硬度。在某些情况下，所生产的碳材料，特别是在进一步处理(即碳化)之后，与用焦煤生产的冶金焦具有相似的性能。此外，与用焦煤生产的冶金焦相比，所生产的固体碳材料可具有相对较低的硫含量和相对较低的灰分产量。

本文所用的术语“碳质原料”，旨在包括各种含碳的可再生和不可再生的原料，包括但不限于煤(其完全煤化等级从泥煤，褐煤，褐煤，次烟煤，烟煤，半无烟煤到无烟煤)，生物质，固体废物或其混合物。固体废物可以包括但不限于农业废物，林业废物、生活废物或处理碳质原料的残余物。

本文所用的术语“聚合”,旨在其范围内，除了包括单独的单体的聚合，还包括共聚合，例如两种或更多种不同单体的聚合。此外，术语“聚合”应理解为不仅包括通过将单体或预聚物彼此粘合而形成聚合物链，而且包括通过在这些聚合物链之间建立键形成三维网络，这通常被称为交联。

本文所用的术语“含碳材料”,旨在其范围内，包括：包含碳(作为主要元素)和其他元素(例如氢和氧)的材料或材料组合物。例如，含碳材料可来源于诸如生物质或煤之类的碳质原料的热解。

本文所用的术语“聚合剂”,旨在其范围内，包括一种或多种添加到可聚合材料中以引起或加速聚合的组分。因此，术语“聚合剂”旨在包括用作交联剂，引发剂，加速剂，促进剂等的材料。本文所用的术语“诱导”,用于包括聚合剂的这些功能中的任何一个或全部。