一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及對各種植物類、動物類、礦物類、藻類、石油制品類、垃圾、余料、廢棄物等主要成分為有機物的各種物料進行碳化處理的裝置，具體地說，涉及一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前利用過熱水蒸氣作為熱量載體進行碳化的技術(shù)已經(jīng)得到較廣泛的研究，其碳化效果也得到認可，但是卻沒有得到工業(yè)化廣泛應(yīng)用。其主要原因是該技術(shù)具有熱效率不高、水資源較浪費、污水處理成本高的不足之處?？v觀現(xiàn)有的過熱水蒸氣碳化技術(shù)，熱力提供為過熱水蒸汽作熱流體，對設(shè)備要求苛刻、產(chǎn)生蒸汽耗能高、鍋爐占地空間大、熱量損失多，水資源消耗大、污水排放量大等條件影響，造成生產(chǎn)成本過高、經(jīng)濟性差，技術(shù)實施難度大。
[0003]熱效率低的主要原因是在利用過熱水蒸氣對物料進行加熱的過程中，經(jīng)過和物料換熱后的大量高溫蒸汽被排放到加熱設(shè)備外，而排出的蒸汽因含有碳氫化合物、硫化物和其他雜質(zhì)，較難進行再利用。
[0004]此外，為了給物料提供足夠的熱量，需要使用大量的過熱水蒸氣，并排放大量的污水。這就造成了設(shè)備運行成本高、水資源浪費嚴重、需要污染廢水處理成本高，限制了以過熱水蒸汽作為熱載體進行碳化的生產(chǎn)方式的發(fā)展。
[0005]碳化裝置內(nèi)除物料之外的空間處有氣體，在加熱過程中其氣體成分含碳氫化合物、水蒸氣、氫氣等成分，在此我們將碳化裝置的空間處的氣體統(tǒng)稱為碳化裝置中的氣體。通過研究發(fā)現(xiàn)，利用碳化裝置中的氣體作為熱量載體，對其進行循環(huán)加熱升溫，再利用其對物料加熱可克服上述過熱蒸汽設(shè)備的缺點。
[0006]因此，本發(fā)明提供一種利用氣體循環(huán)進行碳化的方法，包括設(shè)備內(nèi)的氣體進入加熱設(shè)備進行加熱;然后將加熱后的氣體注入設(shè)備，對物料進行加熱。本發(fā)明中，加熱設(shè)備產(chǎn)生的可燃氣可進入加熱設(shè)備作為加熱設(shè)備的燃料使用，形成一套循環(huán)加熱系統(tǒng);煙氣可用作物料干燥;處理后的高溫物料可以和預(yù)處理物料進行換熱。
[0007]本發(fā)明克服了目前碳化裝置存在的缺陷，具有加熱效率高，設(shè)備運行成本低、水資源消耗少、污染水處理成本低、壓力和溫度可調(diào)、采收的可燃氣體比例高、被加熱物可以產(chǎn)出比表面積較高的活性炭的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決目前碳化裝置存在的的問題，本發(fā)明提供一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法，其具體的技術(shù)方案如下:
一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法，包括如下步驟:
S1:向裝有待碳化物料的碳化裝置中通入過熱水蒸汽，參與物料的碳化反應(yīng)；
S2:將碳化裝置中的氣體導(dǎo)入加熱設(shè)備進行再加熱； S3:將加熱后的氣體重新注入碳化裝置進行碳化；
S4:步驟S2、S3循環(huán)進行至物料充分碳化；
S5:將反應(yīng)后的氣體導(dǎo)出與處理。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述加熱設(shè)備將氣體加熱至150°C?1700°C。
[0010]進一步，所述加熱設(shè)備先將氣體加熱至150°C?600 °C，使物料轉(zhuǎn)化為炭，所述加熱設(shè)備將氣體加熱至6000C?17000C，使炭轉(zhuǎn)化為活性炭，并產(chǎn)生可燃氣體;或所述加熱設(shè)備直接將氣體加熱至600 0C?1700 0C，使物料直接轉(zhuǎn)化為活性炭，并產(chǎn)生可燃氣體。
[0011]此外，步驟SI中的過熱水蒸氣由過熱蒸汽發(fā)生器及蒸汽鍋爐提供。
[0012]進一步，步驟S5中，將反應(yīng)后的氣體經(jīng)催化裂解、換熱后進行氣液分離，并將分離后的氣、液循環(huán)利用。
[0013]作為優(yōu)選方案，進行氣液分離后，將得到的可燃氣體導(dǎo)入過熱蒸汽發(fā)生器、蒸汽鍋爐、加熱設(shè)備中的一種或多種，作為加熱燃料循環(huán)使用。
[0014]進一步，進行氣液分離后，將得到的液體進行油水分離，并將得到的油、水循環(huán)利用。
[0015]進一步，進行油水分離后，將得到的油進行油品加工后導(dǎo)入過熱蒸汽發(fā)生器、蒸汽鍋爐、加熱設(shè)備中的一種或多種，作為加熱燃料循環(huán)使用。
[0016]更進一步，進行油水分離后，將得到的水經(jīng)凈化處理后導(dǎo)入蒸汽鍋爐作為原材料循環(huán)利用。
[0017]作為優(yōu)選方案，物料進入碳化裝置前經(jīng)過干燥處理。
[0018]進一步，步驟S5中，將反應(yīng)后氣體導(dǎo)出前進行除塵處理。
[0019]作為優(yōu)選方案，當碳化裝置中的物料達到燃點后，向碳化裝置中通入氧氣或脫氮空氣或空氣，通過氧化反應(yīng)加速其碳化進程。
[0020]本發(fā)明所提供的一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法，具有以下優(yōu)點:
第一:采用了對碳化設(shè)備中的水蒸汽循環(huán)加熱的方式，將部分氣體導(dǎo)入加熱設(shè)備，在加熱設(shè)備中水蒸氣的溫度得到提升，升溫后的水蒸氣進入碳化設(shè)備中的物料中，水蒸氣對物料進行放熱，大大提高了系統(tǒng)的熱效率，在對同樣的物料進行碳化時所消耗的過熱水蒸氣的量要少，從而使產(chǎn)生過熱水蒸氣的水資源消耗量大大節(jié)省，降低成本；
第二:消耗的水蒸氣量的減少這意味著熱量損失的降低及設(shè)備能效的提高;也使得排出的水蒸汽量減少，排出的水蒸汽冷卻后產(chǎn)生的污水的量也相應(yīng)地減少，后續(xù)的污水處理量的減少會減少污水處理成本；
第三:采用循環(huán)加熱方式使得水蒸氣與物料充分接觸，使得水蒸氣與物料的反應(yīng)更加徹底，就會使反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氫、一氧化碳、烷烴類氣體的比例增加，排出的水蒸汽冷卻后產(chǎn)生的污水的量也更少，實現(xiàn)了節(jié)能、減排、增效的目的。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例2—種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實施例3—種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中標號: I，過熱水蒸氣入口； 2，水蒸氣出口； 3，碳化設(shè)備;4，物料;5，除塵器;6，吸氣管;7，加熱設(shè)備;8，噴氣管;9，壓縮機;10，干燥設(shè)備；11，蒸汽鍋爐；12，過熱蒸汽發(fā)生器;13，換熱裝置；14，分離裝置；15，儲氣裝置；16，儲水裝置；17，油品加工裝置；18，水凈化裝置；19，儲油裝置;20，催化裝置。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法作進一步詳細的說明。
[0025]實施例1:
本實施例中，一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法的結(jié)構(gòu)如圖1所示。一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法，包括碳化裝置3、過熱水蒸汽入口 1、過熱水蒸汽出口 2，其還設(shè)置吸氣管6與噴氣管8，所述吸氣管6—端連通碳化裝置3的空腔，另一端連接至加熱設(shè)備7的入口；所述噴氣管8—端與加熱設(shè)備7的出口連接，另一端連通至碳化裝置3的物料處;所述吸氣管6、加熱設(shè)備7、噴氣管8組成氣體循環(huán)加熱回路。
[0026]本實施例中采用一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法進行碳化的實施過程如下:過熱水蒸氣從過熱水蒸氣入口 I進入碳化設(shè)備3，對物料4進行放熱，對物料4進行放熱后的后的蒸汽中的一部分通過除塵器5經(jīng)水蒸氣出口2排出，另一部分水蒸氣在壓縮機9的作用下通過除塵器5通過吸氣管6進入加熱設(shè)備7，在加熱設(shè)備7中水蒸氣的溫度得到提升，升溫后的水蒸氣經(jīng)噴氣管8進入碳化設(shè)備3中的物料4中，水蒸氣對物料進行放熱，對物料4進行放熱后的水蒸氣對物料4進行放熱后的后的蒸汽中的一部分通過除塵器5經(jīng)水蒸氣出口 2排出，另一部分水蒸氣在壓縮機9的作用下通過除塵器5通過吸氣管6進入加熱設(shè)備7，在加熱設(shè)備7中水蒸氣的溫度得到提升，升溫后的水蒸氣經(jīng)噴氣管8進入碳化設(shè)備3中的物料4中，水蒸氣對物料進行放熱達到物料4碳化的目的。通過上述步驟，在對物料進行加熱的同時，經(jīng)噴氣管8進入碳化設(shè)備3中的物料4中的水蒸氣與物料4反應(yīng)生成氫、一氧化碳、烷烴類氣體，反應(yīng)生成的氫、一氧化碳、烷烴類氣體與水蒸氣形成混合氣體，在碳化設(shè)備3內(nèi)部的上部空間一部分混合氣體在壓縮機9的作用下通過除塵器5通過吸氣管6進入加熱設(shè)備7進行加熱，參與對物料4的加熱，另一部分混合氣體通過除塵器5經(jīng)水蒸氣出口 2排出，得到可利用的氫、一氧化碳、烷烴類氣體，氫、一氧化碳、烷烴類可以直接作為清潔能源使用，也可以深加工成如乙烯、丙烯、異丁醇或清潔汽柴油類的產(chǎn)品。
[0027]本實施例中，采用加熱設(shè)備對氣體進行循環(huán)加熱，使整個系統(tǒng)的熱效率大提高。以碳化設(shè)備進口過熱水蒸氣溫度6000C的蒸汽對300°C的物料進行加熱為例，碳化設(shè)備平均出口蒸汽溫度在300 °C左右，則每噸蒸汽的有效利用熱量(對物料釋放的熱量)為300MCal，而排出的300°C蒸汽攜帶的熱量為:汽化熱539 +溫升275(從常溫25°C到300°C的溫差值)=814MCal。對物料進行加熱部分的熱效率為300 +(814 + 300) ? 24%;如果考慮到設(shè)備保溫的熱損失部分，即便產(chǎn)生蒸汽的熱效率高達95%，整套設(shè)備的熱效率也不易大于23%(0.95 X
0.24 - 23%)。因此現(xiàn)階段過熱水蒸氣碳化技術(shù)主要停留在研究階段，而較難實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
[0028]采用本套系統(tǒng)后，由于對氣體進行循環(huán)加熱，使得所需蒸汽的量大大減少，熱損失大大減少。隨著循環(huán)加熱次數(shù)的增加，在產(chǎn)生相等的有效熱量的前提下，所需蒸汽的量減少到原來的十分之一、百分之一，甚至只需極少量的蒸汽，即可實現(xiàn)相同的碳化的效果。以所需蒸汽減少至原來的十分之一為例，同樣產(chǎn)生300MCal有效熱量的前提下，由于蒸汽使用量減少至原來的十分之一，熱損失同樣降為原來的十分之一，即81.4MCal，對物料進行加熱部分的熱效率為300 + (81.4 + 300) ?78.6%，熱效率大大提高，完全可以達到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的要求；如果將蒸汽用量降低至原來的百分之一，則對物料進行加熱部分的熱效率為300 +(8.14 + 300) ? 97.3%，熱效率顯著提高。
[0029]實施例2:
本實施例一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法的結(jié)構(gòu)參照圖2，一種利用氣體循環(huán)加熱的碳化方法，包括碳化裝置3、過熱水蒸汽入口 1、過熱水蒸汽出口 2，其還設(shè)置吸氣管6與噴氣管8，所述吸氣管6—端連通碳化裝置3的空腔，另一端連接至加熱設(shè)備7的入口；所述噴氣管8—端與加熱設(shè)備7的出口連接，另一端連通至碳化裝置3的物料處;所述吸氣管6、加熱設(shè)備7、噴氣管8組成氣體循環(huán)加熱回路。蒸汽出口2處設(shè)置除塵器5。所述過熱水蒸汽入口 I與過熱蒸汽發(fā)生器12及蒸汽鍋爐11連接。
[0030]所述蒸汽出口2與分離裝置14連接，所述分離裝置包括氣液分離裝置及油水分離裝置，分別用于氣液分離及油水分離。所述氣液分離裝置通過一路氣體管路分別連接至加熱裝置7、過熱蒸汽發(fā)生器12及蒸汽鍋爐11。還設(shè)置與所述油水