CN101475169B - 一种颗粒状活性炭的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于气固流态化方式生产颗粒状活性炭的技术领域，涉及一种以植物秸秆等农产品固体废弃物为原料的声场和射流耦合强化气固接触式流化床制备颗粒状活性炭的装置，其主体结构包括氮气进气口、双垂直射流管式二氧化碳进气口、声波发生器、声波调节器、扬声器、循环流化床气体分布板、生物质螺旋加料口、循环流化床主体、旋风分离器、石英砂循环下料管、活性炭收集管、换热器、气液分离器、石英砂活性炭分离器、气体分布板挡板、倾斜式气体分布板、气体入口控制阀和气体出口控制阀；各器件原理性组合构成声场射流耦合流化床鼓泡热解，循环活化的活性炭制备装置，外场强化射流流化床反应器结构新颖可靠，操作灵活，可连续生产，节约能源。

Description

一种颗粒状活性炭的制备装置

技术领域：

本发明属于气固流态化方式生产颗粒状活性炭的技术领域，涉及一种以植物秸秆等农产品固体废弃物为原料的声场和射流耦合强化气固接触式流化床制备颗粒状活性炭的装置。

背景技术：

我国是农业大国，植物类生物质资源极为丰富。农业废弃物作为可再生资源，因具有高的含碳量(通常在45％以上)和低的灰分及硫含量(灰分含量一般在5％以内，不含硫或微含硫)而成为制备炭材料的优质原料；植物类农业废弃物制取活性炭，不仅使农业废弃物资源化，也解决了植物秸秆环境污染问题。此外，还可以增加农民收入。目前，我国的活性炭工业经过六、七十年代奠定基础，八十年代出现二次建厂生产高潮，1992年实际产量在七万吨左右。1995年我国活性炭产量突破9万吨，仅次于美国。从出口来看，我国早在1995年就已超过美国，成为活性炭最大的出口国。到1999年，我国的活性炭产量达到12万吨以上，约占世界产量的1/4，已步入世界活性炭生产强国之列。到2010年，我国活性炭消费量将达到84.9万吨，成为潜力极大的活性炭消费市场。同时，气体吸附和饮用水处理工业促进了活性炭工业的发展，各种活性炭将会有更大的市场。声场流态化是将声波从流化床顶部或底部传入流化床中，声能具有不受颗粒物性限制，采用辐射方式引入流化床的特点。利用外场来改善生物质颗粒的流化性能，是通过利用外加的能量来克服或削弱颗粒间作用力，有效减小流化床中生物质颗粒聚团的尺寸，使之在很低的操作气速下实现稳定流化，从而达到改善生物质颗粒流化质量的目的。气体经过喷嘴进入流化床内，在喷嘴出口将形成射流区，射流区的形成、崩塌以及射流气泡的上升将对流化床气泡的运动、颗粒的混合以及化学反应起到重要的影响。而且，射流可以有效消除高温流化床内的颗粒结焦现象。声场和射流耦合强化气固接触式流化床制备活性炭，可以提高活性炭的收率，同时制备颗粒性能优异的活性炭。现有的颗粒状活性炭制备技术和设备大多利用生物质在固定床反应器中间歇热解，然后再进行间歇活化操作，这种方法和技术难以进行连续生产，其制备的颗粒活性炭的质量难以保证，而且其生产工艺复杂，生产成本较高，污染性强，所以，研究应用植物类生物质原料制备颗粒状活性炭的技术与设备具有明显的社会和经济价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，通过声场和射流耦合强化气固流化床技术炭化、二氧化碳活化制备颗粒状活性炭，其中双垂直射流有效解决高温流化床的结焦，声场调控活性炭粒度及其活性炭颗粒孔隙分布。

为了实现上述目的，本发明涉及的生物质声场射流耦合循环流化床热解、二氧化碳活化制备颗粒状活性炭的装置，通过声场和射流耦合使生物质和石英砂连续在循环流化床中炭化、活化，形成连续生产颗粒状活性炭的制备装置；其主体结构包括氮气进气口、双垂直射流管式二氧化碳进气口、声波发生器、声波调节器、扬声器、循环流化床气体分布板、生物质螺旋加料口、循环流化床主体、旋风分离器、石英砂循环下料管、活性炭收集管、换热器、气液分离器、石英砂活性炭分离器、气体分布板挡板、倾斜式气体分布板、气体入口控制阀和气体出口控制阀；各器件或构件经过原理性组合构成声场射流耦合流化床鼓泡热解，循环活化的生物质颗粒状活性炭制备装置，其台柱式结构的循环流化床主体下端外侧设置有氮气进气口，氮气进气口上部对称式设有两个二氧化碳进气口，二氧化碳进气口上部横向设置有气体分布板，在氮气进气口同侧的循环流化床主体中部偏下处设置有生物质螺旋加料口，循环流化床主体下部端处制有台式结构的扬声器，其扬声器开口处与循环流化床主体下端口采用耐高温材料对接，扬声器与声波调节器、声波发生器顺序结构电声信息连通；在循环流化床主体的侧体面的与生物质螺旋加料口相对处设置有石英砂循环下料管，石英砂循环下料管上端口斜插式与石英砂活性炭分离器接通，框体式结构的石英砂活性炭分离器下侧面底部与石英砂循环下料管相对角部斜向插式设置有活性炭收集管，在石英砂活性炭分离器内腔中斜向制有倾斜式气体分布板，气体分布板的平面下端切交于活性炭收集管的端口下侧壁，在气体分布板上侧面平行结构竖向排列设置有六块气体分布板挡板，石英砂活性炭分离器上侧面一侧处相通式接在旋风分离器下端口，旋风分离器顶部一侧通过管道与循环流化床主体顶部相连通，旋风分离器顶侧面上一侧处通过管道与换热器、气液分离器和石英砂活性炭分离器串接式相连通，并在气液分离器和石英砂活性炭分离器之间串接有气体入口控制阀，在气液分离器的气体出口端串接有气体出口控制阀。

本发明的循环流化床主体的高径比为10-16，气体分布板为多孔分布板，开孔直径为1-2mm，开孔率为3％左右，开孔直径和开孔率减小了热解焦炭在气体分布板区域的磨碎；双垂直射流管二氧化碳进气口直径为15-50mm，射流区的形成、崩塌以及射流气泡的上升可以有效解决生物质焦的团聚问题；声场由声波发生器发出后，经声波调节器调节声压级为100-130dB、声波频率为100-500Hz和波形等，然后由扬声器辐射引入循环流化床主体，声能可以破碎生物质焦聚团，调控活性炭孔结构的形成；石英砂活性炭分离器安装在旋风分离器的下方，倾斜式气体分布板开孔率为2.5％-4.5％，倾斜式气体分布板和气体分布板挡板有利于活性炭和石英砂的有效分离；旋风分离器的气体出口连接换热器，冷却的气体冷凝成生物油，经过气液分离器分离得到燃料油，尾气经气体出口控制阀部分循环进入石英砂活性炭分离器，既有利于活性炭和石英砂的有效分离，又可以达到废气的循环利用。引入外场(声场)改善生物质颗粒和生物质焦炭的流化质量，减小生物质聚团尺寸，降低流化床操作气速，调控活性炭粒度和孔隙分布；生物质在循环流化床主体中处于鼓泡流化状态，炭化温度为450℃，炭化时间为100分钟；生物质裂解炭在循环流化床主体中由双垂直射流管二氧化碳进气口直接通入二氧化碳气体活化，活化温度为900℃，活化时间为60分钟。

本发明引入外场和射流耦合进行颗粒状活性炭的制备，与现有流化床技术相比，外场强化射流流化床反应器结构新颖可靠，操作使用方便灵活，可根据不同需求进行活性炭的生产，节约能源。

附图说明：

图1为本发明装置的结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例：本实施例的主体结构包括氮气进气口1，双垂直射流管式二氧化碳进气口2，气体分布板3，生物质螺旋加料口4，循环流化床主体5，旋风分离器6，换热器7，气液分离器8，气体出口控制阀9，活性炭石英砂分离器10，气体分布板挡板11，活性炭收集管12，倾斜式气体分布板13，石英砂循环下料管14，气体入口控制阀15，扬声器16，声波调节器17和声波发生器18；台柱式结构的循环流化床主体5下端外侧设置有氮气进气口1，氮气进气口1的上部对称式设有两个双垂直射流管式二氧化碳进气口2，二氧化碳进气口2的上部横向设置有气体分布板3，在氮气进气口1同侧的循环流化床主体5的中部偏下处设置有生物质螺旋加料口4，循环流化床主体5下部端处制有台式结构的扬声器16，扬声器16开口处与循环流化床主体5下端口对接，扬声器16与声波调节器17、声波发生器18顺序结构电声信息连通；在循环流化床主体5的侧体面的与生物质螺旋加料口4相对处设有石英砂循环下料管14，石英砂循环下料管14上端口斜插式与石英砂活性炭分离器10接通，框体式结构的石英砂活性炭分离器10下侧面底部与石英砂循环下料管14相对角部斜向插式设置有活性炭收集管12，在石英砂活性炭分离器10内腔中斜向制有倾斜式气体分布板13，倾斜式气体分布板13的平面切交于活性炭收集管12的端口下侧壁，在倾斜式气体分布板13上侧面平行结构竖向排列设置有六块气体分布板挡板11，石英砂活性炭分离器10上侧面一侧处相通式接在旋风分离器6下端口，倒瓶式结构的旋风分离器6顶部一侧通过管道与循环流化床主体5顶部相连通，旋风分离器6顶侧面上一侧处通过管道与换热器7、气液分离器8和石英砂活性炭分离器10串接式相连通，并在气液分离器8和石英砂活性炭分离器10之间串接有气体入口控制阀15，在气液分离器8的气体出口端串接有气体出口控制阀9。

本实施例的循环流化床主体5的高径比为12-16，保证生物质焦炭在循环流化床主体5内的停留时间；循环流化床气体分布板3开孔直径为1-2mm，开孔率为3％，减少生物质焦炭在分布板区域的磨损；生物质在循环流化床主体5中处于鼓泡流化状态，炭化温度为450℃，炭化时间为100分钟；双垂直射流管二氧化碳进气口2的直径为15-50mm，活化气体二氧化碳经射流管形成射流区，射流区的形成、崩塌以及射流气泡的上升可以有效解决生物质焦的团聚问题；生物质裂解炭在循环流化床主体5中由双垂直射流管二氧化碳进气口2直接通入二氧化碳气体活化，活化温度为900℃，活化时间为60分钟；声场经扬声器16引入循环流化床主体5，声波调节器17调节声压级为130dB、声波频率为100-500Hz，通过外加声波能量改善生物质焦流化质量，调控活性炭粒度及其孔隙分布；活性炭石英砂分离器10采用倾斜式气体分布板13和气体分布板挡板11，倾斜式气体分布板13开孔率为3％，分布板的倾角为8-26°，气体分布板13上方焊接六块气体分布板档板11，其高度为10mm，保证石英砂与活性炭的有效分离；旋风分离器6上部排除的气体具有较高热值，经换热器7后具有一定的工业应用价值；冷却后的气体进入气液分离器8，进而实现气体和生物油的分离，提高了系统的经济性；部分尾气经控制阀进入活性炭石英砂分离器10，既有利于活性炭和石英砂的有效分离，又可以达到废气的循环利用。

本实施例制备的生物质声场射流耦合循环流化床制取颗粒状活性炭的系统装置，以农业固体废弃物(如农作物秸秆)为原料，在循环流化床主体5中经鼓泡热解生物质制取，循环活化焦炭制取活性炭，通过倾斜式气体分布板有效分离石英砂和活性炭，制得活性炭的各种质量指标均达到了国标要求。

Claims (2)

1.一种颗粒状活性炭的制备装置，主体结构包括氮气进气口、双垂直射流管式二氧化碳进气口、声波发生器、声波调节器、扬声器、循环流化床气体分布板、生物质螺旋加料口、循环流化床主体、旋风分离器、石英砂循环下料管、活性炭收集管、换热器、气液分离器、石英砂活性炭分离器、气体分布板挡板、倾斜式气体分布板、气体入口控制阀和气体出口控制阀；各器件或构件经过原理性组合构成声场射流耦合流化床鼓泡热解、循环活化的生物质颗粒状活性炭制备装置，其特征在于，台柱式结构的循环流化床主体下端外侧设置有氮气进气口，氮气进气口上部对称式设有两个二氧化碳进气口，二氧化碳进气口上部横向设置有循环流化床气体分布板，在氮气进气口同侧的循环流化床主体中部偏下处设置有生物质螺旋加料口，循环流化床主体下部端处设置有台式结构的扬声器，扬声器开口处与循环流化床主体下端口采用耐高温材料对接，扬声器与声波调节器、声波发生器顺序结构电声信息连通；在循环流化床主体的侧体面的与生物质螺旋加料口相对处设置有石英砂循环下料管，石英砂循环下料管上端口斜插式与石英砂活性炭分离器接通，框体式结构的石英砂活性炭分离器下侧面底部与石英砂循环下料管相对角部斜向插式设置有活性炭收集管，在石英砂活性炭分离器内腔中斜向设置有倾斜式气体分布板，倾斜式气体分布板的平面下端切交于活性炭收集管的端口下侧壁，在倾斜式气体分布板上侧面平行结构竖向排列设置有六块气体分布板挡板，石英砂活性炭分离器上侧面一侧处相通式接在旋风分离器下端口，旋风分离器顶部一侧通过管道与循环流化床主体顶部相连通，旋风分离器顶侧面上一侧处通过管道与换热器、气液分离器和石英砂活性炭分离器串接式相连通，并在气液分离器和石英砂活性炭分离器之间串接有气体入口控制阀，在气液分离器的气体出口端串接有气体出口控制阀。

2.根据权利要求1所述的颗粒状活性炭的制备装置，其特征在于循环流化床主体的高径比为10-16；循环流化床气体分布板为多孔分布板，开孔直径为1-2mm，开孔率为3％，双垂直射流管二氧化碳进气口直径为15-50mm；石英砂活性炭分离器安装在旋风分离器的下方，旋风分离器的气体出口连接换热器。