本發(fā)明屬于活性炭生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種制備活性炭的系統(tǒng)及方法，特別是一種適合以蘆竹、秸稈、椰殼等為原料，通過熱解氣化制備活性炭的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)的生物質(zhì)資源非常豐富，每年產(chǎn)生大約6.5億噸農(nóng)業(yè)秸稈，加上薪柴及林業(yè)廢棄物等，折合能量4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，預(yù)計(jì)到2050年將增加到9.04億噸，相當(dāng)于6億多噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)每年的森林耗材達(dá)到2.1億立方米，折合1.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。然而若將生物質(zhì)為原料，經(jīng)碳化之后可以生產(chǎn)出油、氣和固體碳，部分替代煤、油、天然氣等資源。但是，為了確保經(jīng)濟(jì)效益，仍然需要開發(fā)出對(duì)生物質(zhì)熱解相合適的工藝路線。

含碳的物質(zhì)在幾百攝氏度的溫度下經(jīng)過炭化，再活化可制備活性炭。目前已有的技術(shù)可將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為活性炭。

活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料?；钚蕴坎牧现杏写罅咳庋劭床灰姷奈⒖??；钚蕴恐饕糜诔ニ械奈廴疚铩⒚撋?、過濾凈化液體、氣體，還用于對(duì)空氣的凈化處理、廢氣回收(如在化工行業(yè)里對(duì)氣體“苯”的回收)、貴重金屬的回收及提煉(比如對(duì)黃金的吸收)，室內(nèi)空氣中散發(fā)的污染氣體甲醛、苯、氨、甲苯等揮發(fā)氣體吸附作用較好。熱解生物質(zhì)產(chǎn)生的生物炭具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和加多的表面負(fù)電荷，但是與活性炭的吸附能力相比差距甚遠(yuǎn)，作為活性炭使用，需要進(jìn)一步活化。

然而，目前利用生物質(zhì)制備活性炭的系統(tǒng)存在制備活性炭前段熱解過程管道堵塞、粉塵重、熱解效果差等問題，還存在制備活性炭裝置能耗高、熱量損失嚴(yán)重、制備活性炭品質(zhì)差的問題，且在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種將熱解爐和多段爐結(jié)合制備活性炭的系統(tǒng)及方法，利用油氣分離器處理熱解爐產(chǎn)生的熱解油氣，解決了熱解過程中出現(xiàn)管道堵塞、粉塵重、熱解效果差的問題，整個(gè)系統(tǒng)能耗低、熱損少，杜絕有毒有害氣體的產(chǎn)生。

本發(fā)明的目的之一是提供一種制備活性炭的系統(tǒng)，包括：熱解爐、多段爐、蒸汽鍋爐和油氣分離器；

所述熱解爐包括熱解原料入口、熱解炭出口、熱解油氣出口、燃燒器和可旋轉(zhuǎn)的盛放盤，所述燃燒器包括燃?xì)馊肟?，所述燃燒器位于所述熱解爐的上部，所述盛放盤位于所述熱解爐的底部；

所述多段爐包括熱解炭入口、水蒸氣入口和活性炭出口；

所述蒸汽鍋爐包括水蒸氣出口；

所述油氣分離器包括熱解油氣入口、熱解氣出口和熱解液出口；

所述熱解爐的熱解炭出口連接所述多段爐的熱解炭入口，所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口連接所述多段爐的水蒸氣入口，所述熱解爐的熱解油氣出口連接所述油氣分離器的熱解油氣入口，所述油氣分離器的熱解氣出口連接所述燃燒器的燃?xì)馊肟凇?/p>

進(jìn)一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括破碎機(jī)，所述破碎機(jī)包括生物質(zhì)入口和生物質(zhì)出口，所述生物質(zhì)出口連接所述熱解爐的熱解原料入口。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述燃燒器包括多個(gè)平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管。每個(gè)蓄熱式輻射管內(nèi)部燃燒氣氛與所述熱解爐爐膛內(nèi)的熱解氣氛完全隔開。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括油水分離器，所述油水分離器包括熱解液入口、熱解油出口和熱解水出口，所述油氣分離器的熱解液出口連接所述油水分離器的熱解液入口。

更進(jìn)一步的，所述蒸汽鍋爐包括燃料入口和水入口，所述油水分離器的熱解油出口連接所述蒸汽鍋爐的燃料入口，所述油水分離器的熱解水出口連接所述蒸汽鍋爐的水入口。

作為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，該系統(tǒng)還包括加熱器，所述加熱器包括水蒸氣入口和水蒸氣出口，所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口連接所述加熱器的水蒸氣入口，所述加熱器的水蒸氣出口連接所述多段爐的水蒸氣入口。優(yōu)選的，所述加熱器為蓄熱式加熱器。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述系統(tǒng)制備活性炭的方法，包括以下步驟：

A、將熱解原料送入所述熱解爐進(jìn)行熱解處理，獲得熱解炭和熱解油氣；

B、將所述熱解炭送入所述多段爐，由所述蒸汽鍋爐提供水蒸氣，對(duì)所述熱解炭進(jìn)行活化，獲得活性炭；

C、將所述熱解油氣送入所述油氣分離器進(jìn)行分離，獲得熱解氣和熱解液，將所述熱解氣送入所述熱解爐的燃燒器燃燒。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述步驟A之前還包括步驟：對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行破碎處理，獲得熱解原料。

進(jìn)一步的，所述步驟C之后還包括步驟：將所述熱解液送入油水分離器進(jìn)行分離，獲得熱解油和熱解水，將所述熱解油送入所述蒸汽鍋爐進(jìn)行燃燒，將所述熱解水送入所述蒸汽鍋爐加熱，獲得水蒸氣。

優(yōu)選的，所述步驟B中將所述水蒸氣送入加熱器進(jìn)行加熱，將加熱后的水蒸氣送入所述多段爐。

本發(fā)明的制備活性炭的系統(tǒng)及方法，解決了制備活性炭前段熱解過程中管道堵塞、粉塵重、熱解效果差的問題；解決了制備活性炭裝置能耗高、熱量損失嚴(yán)重、制備活性炭品質(zhì)差的問題；解決了采用顆粒熱載體，熱解時(shí)在顆粒表面易結(jié)焦，顆粒分離困難，顆粒在床層間傳遞困難的問題；整個(gè)工藝簡(jiǎn)單，易操作，能夠確保操作的穩(wěn)定性，整個(gè)系統(tǒng)杜絕有毒有害氣體產(chǎn)生；將分離獲得的熱解氣作為燃料供給燃燒器，實(shí)現(xiàn)熱量自供；有效降低熱解炭中焦油含量，從而有利于后續(xù)多段爐制備活性炭。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的制備活性炭的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例制備活性炭方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過采用內(nèi)部設(shè)置蓄熱式輻射管的熱解爐與現(xiàn)有的多段爐直接進(jìn)行聯(lián)用制備活性炭，而無需對(duì)現(xiàn)有的多段爐進(jìn)行改造，即可將熱解爐中產(chǎn)生的熱解炭送至多段爐進(jìn)行活化產(chǎn)生活性炭。

如圖1所示，一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種制備活性炭的系統(tǒng)，包括：破碎機(jī)100、熱解爐200、油氣分離器300、油水分離器400、蒸汽鍋爐500、加熱器600和多段爐700。

破碎機(jī)100設(shè)置在熱解爐的前端，用于將生物質(zhì)破碎成適合熱解爐處理的塊狀料，從而保證熱解爐正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并提高熱解效率。破碎機(jī)100包括生物質(zhì)入口101和生物質(zhì)出口102。

熱解爐200包括熱解原料入口201、熱解炭出口202、熱解油氣出口203、燃燒器204和可旋轉(zhuǎn)的盛放盤205。熱解原料入口201設(shè)置在熱解爐200的頂部，與破碎機(jī)的生物質(zhì)出口102連接。

較傳統(tǒng)的使用氣體熱載體或固體熱載體作為熱解熱源的熱解反應(yīng)裝置相比，本發(fā)明實(shí)施例的熱解爐不需要設(shè)置預(yù)熱單元和載體分離單元，可以極大簡(jiǎn)化熱解和活化反應(yīng)工藝流程，從而顯著降低裝置的故障率。

多個(gè)熱解油氣出口203設(shè)置在熱解爐200的頂部。根據(jù)熱解油氣的產(chǎn)量可以單獨(dú)開啟某個(gè)或多個(gè)熱解油氣出口，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)油氣過程中熱解爐爐膛壓力的穩(wěn)定。整個(gè)熱解爐采用水封，熱解爐熱解原料入口采用兩級(jí)星型閥密封，確保整個(gè)爐膛內(nèi)物料在無氧氣氛下進(jìn)行熱解，同時(shí)使得熱解氣在整個(gè)爐膛內(nèi)的停留時(shí)間超過3s，避免產(chǎn)生二噁英類物質(zhì)。

燃燒器204包括燃?xì)馊肟?06，燃燒器204位于熱解爐200的上部，以便對(duì)熱解原料進(jìn)行加熱。熱解油氣出口203豎直方向上位于燃燒器204的上方。燃燒器204包括多個(gè)平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管。每個(gè)蓄熱式輻射管內(nèi)部燃燒氣氛與所述熱解爐爐膛內(nèi)的熱解氣氛完全隔開，確保了熱解油氣具有較高的熱值，同時(shí)有效抑制了有毒有害氣體的產(chǎn)生。

由于熱解爐200中采用蓄熱式輻射管為熱解過程提供熱源，可以通過調(diào)整通入蓄熱式輻射管的燃?xì)獾牧髁縼韺?shí)現(xiàn)對(duì)熱解過程的精確控溫，并且該蓄熱式輻射管可以通過在兩端實(shí)現(xiàn)快速換向和蓄熱式燃燒，保證生物質(zhì)熱解爐中溫度場(chǎng)的均勻性，從而可以顯著提高生物質(zhì)熱解效率。蓄熱式輻射管燃燒器可將常溫空氣溫度最高提高到450℃，同時(shí)燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度可降至120℃以下。

盛放盤205位于熱解爐200的底部。盛放盤205用于盛放熱解原料，旋轉(zhuǎn)的盛放盤可保證熱解原料的均勻受熱。熱解原料在熱解過程中，相對(duì)盛放盤靜止不動(dòng)，避免飛灰的產(chǎn)生。

本發(fā)明實(shí)施例的熱解爐可解決使用其他熱解裝置時(shí)部分固體物流化隨熱解氣進(jìn)入管道和除塵系統(tǒng)導(dǎo)致堵塞和粉塵重的問題，同時(shí)解決了固體的流失會(huì)帶走部分熱量，導(dǎo)致熱損失嚴(yán)重的問題。以往的熱解裝置，固體在熱解裝置中的停留時(shí)間難控制，導(dǎo)致部分熱解炭還未徹底熱解就從出料口排出，熱解炭中會(huì)存在較多的焦油，而焦油的存在為后續(xù)熱解炭活化增加難度，降低活性炭的比表面積。本發(fā)明實(shí)施例的熱解爐不存在這些問題。

油氣分離器300包括熱解油氣入口301、熱解液出口302和熱解氣出口303。熱解爐的熱解油氣出口203連接油氣分離器熱解油氣入口301，油氣分離器熱解氣出口303連接所述燃燒器燃?xì)馊肟?06。油氣分離器300包括間接冷卻器、電捕焦油器和脫硫器等裝置。熱解產(chǎn)生的熱解油氣混合物，通過油氣分離獲得熱解氣燃燒可為熱解爐熱解提供熱量。

油水分離器400包括熱解液入口401、熱解油出口402和熱解水出口403。油氣分離器熱解液出口302連接油水分離器熱解液入口401。通過油水分離器400可分離得到活化反應(yīng)所需的氣化劑和氣化所需的熱源油，無需外供大量熱源和水，進(jìn)而可以解決現(xiàn)有的生物質(zhì)制備活性炭系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高，工藝復(fù)雜的問題。

蒸汽鍋爐500包括燃料入口501、水入口502和水蒸氣出口503。油水分離器熱解油出口402連接蒸汽鍋爐燃料入口501，油水分離器熱解水出口403連接蒸汽鍋爐水入口502。蒸汽鍋爐500用分離后的熱解油加熱熱解水，加熱后得到的水蒸氣通過輸送管道送入后段。

加熱器600包括水蒸氣入口601和水蒸氣出口602，蒸汽鍋爐水蒸氣出口503連接加熱器水蒸氣入口601。加熱器600用于提高水蒸氣的溫度，節(jié)約多段爐消耗的能量。本發(fā)明實(shí)施例中，加熱器700為蓄熱式加熱器。

多段爐700包括熱解炭入口701、水蒸氣入口702和活性炭出口703。熱解爐熱解炭出口202連接多段爐熱解炭入口701，加熱器水蒸氣出口602連接多段爐水蒸氣入口702。多段爐700可將熱解炭進(jìn)行活化處理，從而獲得活性炭。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將生物質(zhì)熱解爐中產(chǎn)生的熱的熱解炭直接熱送至多段爐頂部與水蒸氣逆流接觸反應(yīng)，不僅能夠確保多段爐直接制備活性炭，而且可以顯著提高能量利用率，并且有利于該生物質(zhì)制備活性炭系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

另一方面，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用上述系統(tǒng)制備活性炭的方法，包括以下步驟：

1、破碎：將生物質(zhì)送入破碎機(jī)中，破碎成粒徑為2-50mm的顆粒，獲得熱解原料。

2、裝入原料：將熱解原料送入熱解爐中，物料均勻布料在盛放盤上，料層厚度為100-200mm。

3、置換及氣密性檢測(cè)：確保整個(gè)制備活性炭系統(tǒng)內(nèi)部閥門開啟，各個(gè)設(shè)備相通，向系統(tǒng)一端通入一定量氮?dú)饣蛩魵?，將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行置換，排掉系統(tǒng)內(nèi)空氣，關(guān)上放氣閥，確保整個(gè)系統(tǒng)的氣密性良好。

4、熱解：將熱解原料在熱解爐進(jìn)行熱解處理，獲得熱解炭和熱解油氣。

5、油氣分離：將熱解油氣送入油氣分離器進(jìn)行分離，獲得熱解氣和熱解液，將熱解氣送入熱解爐的燃燒器燃燒。

6、油水分離：將熱解液送入油水分離器進(jìn)行分離，獲得熱解油和熱解水。

7、水蒸氣制備：將分離得到的熱解水和熱解油送入蒸汽鍋爐中，用熱解油直燃裝置對(duì)熱解水進(jìn)行加熱，制得180℃的低壓水蒸氣。

8、水蒸氣預(yù)熱：將得到的水蒸氣通入加熱器中進(jìn)行換熱，將水蒸氣溫度提高到700～900℃，達(dá)到多段爐活化所需反應(yīng)溫度。

9、制備活性炭：將熱解炭和加熱后的水蒸氣送入多段爐，對(duì)熱解炭進(jìn)行活化，獲得活性炭。

實(shí)施例1

以生物質(zhì)為原料，利用生物質(zhì)制備活性炭的系統(tǒng)制備活性炭，步驟如下：

(1)將5噸蘆竹進(jìn)行破碎處理，獲得粒徑20mm以下熱解原料；

(2)將熱解原料送入熱解爐進(jìn)行熱解，物料均勻布料在盛放盤上，料層厚度為150mm；熱解得到熱解炭溫度約為550℃，熱解油氣溫度約為600℃，產(chǎn)生的熱解炭送入多段爐；

(3)將熱解油氣送入油氣分離器中進(jìn)行分離，從而獲得清潔的熱解氣和熱解液；

(4)將分離得到的熱解氣送入燃燒器中進(jìn)行燃燒，燃燒器采用蓄熱式燃燒器，可將常溫空氣溫度最高提高到400℃，同時(shí)燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度可降至110℃；

(5)將分離得到的熱解液送入油水分離器中進(jìn)行分離，分別獲得熱解油和熱解水；

(6)將熱解油和熱解水送入蒸汽鍋爐中，用熱解油直燃為熱解水供熱獲得水蒸氣；

(7)將得到的水蒸氣通入旋轉(zhuǎn)預(yù)熱器中進(jìn)行換熱，預(yù)熱后的水蒸氣氣體溫度為800℃左右，送入多段爐中；

(8)將在步驟(7)中獲得的水蒸氣與步驟(2)獲得的熱解炭在多段爐逆向接觸反應(yīng)制得活性炭，多段爐反應(yīng)溫度控制在850℃；

本發(fā)明所述工藝方法可長(zhǎng)期平穩(wěn)操作，所得到的上述生物質(zhì)制得活性炭產(chǎn)物的產(chǎn)率和主要性質(zhì)見表1。

表1數(shù)據(jù)結(jié)果

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。