CN101863468B - 制备活性炭的回转式微波加热炉及制备活性炭系统和制备活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
制备活性炭的回转式微波加热炉及制备活性炭系统和制备活性炭的方法，解决了现有技术资源不能充分的利用的问题。技术方案是：回转式微波加热炉，具有密封式外壳筒体结构环和配套的微波加热器，密封式外壳筒体采用回转卧式，密封式外壳内部空间设有：布料室、处理室和冷却室，三室依次连接，布料室前端设置有进料口，布料室和处理室以及处理室和冷却室的分别定位连接，处理室的两端分别与布料室和冷却室连接，分别设置在摩擦传动轮和摩擦从动轮上，摩擦传动轮由电机驱动，冷却室的末端设置有出料口和烟气出口。应用上述装备制备活性炭的系统和方法。本发明采用微波加热，使物料受热均匀，热辐射面积大，升温速度快。实现了热量和水蒸汽循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种活性炭的制备装置以及以该装置为主体的制备系统和方法，具体涉及一种制备活性炭的回转式微波加热炉，以及使用回转式微波加热炉为主要装置制备活性炭的系和方法。
背景技术
活性炭是一种表面积大、吸附能力强、环保、无毒害的优良吸附材料，广泛应用于空气净化、除臭、防腐、水处理、溶液脱色、化工催化、化学分析等领域。活性炭的出现，则使活性炭更方便的发挥其在日常生活、医疗卫生、工业等领域上的吸附和过滤功能。
在国际通行的活性炭生产工艺中，通常采用化学活化法和物理活化法两种方法进行活性炭的制作。化学活化法在制备活性炭的过程中，要排放大量的含酸尾气和含酸废水，对周围的环境影响极大。物理活化法是把含炭材料在常温下炭化，然后用氧化性气体如水蒸气、二氧化碳气、氧气或者几种氧化性气体的混合气体作为活化剂在700-1000℃高温条件下与碳发生氧化反应，制备活性炭。
现有物理活化法制备活性炭存在一下几个问题，(1)能耗高，由于活性炭在炭化过程中全靠优质煤燃烧提供能量，受不完全燃烧、排渣排气等因素的影响，外加能量的30-35％，用于反应过程的能量吸收。(2)炭化过程中 由于受热不均，升温过程复杂等因素的制约，大量产生焦油、木醋酸等液体产物，导致固体炭的回收率低，一般不足60％。
现在制备活性炭的工艺中，炭化、活化过程都是在外加热式装置中进行的，在制备过程中，气体产物和大量的热能资源不能充分的利用，形成资源极大的浪费。
发明内容
本发明给出了制备活性炭的回转式微波加热炉及制备活性炭系统和制备活性炭的方法，在制备活性炭的过程中，采用了制备活性炭的回转式微波加热炉，是制备过程更简洁，能源利用更充分，固体炭的回收率更高。解决了现有技术中气体产物和大量的热能资源不能充分的利用，形成资源极大的浪费以及炭的回收率低的问题。
本发明采用的技术方案是：一种制备活性炭的回转式微波加热炉，具有密封式外壳筒体结构环和配套的微波加热器，密封式外壳筒体采用回转卧式，密封式外壳内部空间设置有：布料室、处理室和冷却室，三室依次连接，布料室前端设置有进料口，布料室和处理室以及处理室和冷却室的分别借助抱箍与紧固法兰配合定位连接，处理室的两端分别与布料室和冷却室所在的钢制通体上的一端连接，分别设置在摩擦传动轮和摩擦从动轮上，摩擦传动轮由减速机驱动，冷却室的末端设置有出料口和烟气出口。
一种制备活性炭的生产系统，该系统包括：一种制备活性炭的生产系统，该系统包括：将预处理的物料进行热解处理的微波炭化、活化系统、将初级炭化产品进一步分选、脱水处理的活性炭精加工系统，本系统中采用了两台制备活性炭的回转式微波加热炉作为微波炭化、活化系统的主体 设备，物料在一台制备活性炭的回转式微波加热炉的处理室中完成炭化过程，再次进入到另一台制备活性炭的回转式微波加热炉进行活化，活化后的炭化固留物进入冷却室密封冷却，加工为初级活性炭产品，再转入活性炭精加工分系统，为微波炭化、活化系统配套设置的气态生成物的循环利用系统。
一种制备活性炭的方法，步骤中包括对含炭原料的预处理、炭化、活化、分级和烘干，其特征在于：该方法所述的炭化、活化过程是在两台制备活性炭的回转式微波加热炉内进行的，预处理后的固体炭化物在回转式微波加热炉首先进行炭化过程，炭化后的初级炭产品再次进入到回转式微波加热炉内进行活化过程。
本发明的有益效果是：本发明在活性炭的生成过程中，采用两台制备活性炭的回转式微波加热炉，分别进行炭化、活化过程，采取微波加热，使物料受热均匀，热辐射面积大，升温速度快。在炭化过程中排除的高温气体，其热量可以用于活性炭的干燥热源，实现了热量循环利用。并且水蒸气不参与炭化过程反应，基本无液体的木醋酸、焦油等成分产生。在活化过程中，所排除的高温水蒸气，其交换热用于活性炭的干燥热源，水蒸汽实现循环利用。物料的炭化、活化在一类装置内完成，使操作过程更简洁，可靠性强。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图1的B-B剖视图。
图4为本发明系统方框流程图。
图中，1为布料室，2为处理室，3为冷却室，1-1为抱箍，1-2为紧固法兰，1-3为进料口，1-4为前封头罩，1-5为水蒸汽进口，1-6为紫铜垫圈，1-7为前封头密封圈，2-1为摩擦从动轮，2-2为摩擦传动轮，2-3为减速机，2-4为磁控管，2-5为微波辐射墙，2-6为微波屏蔽罩，2-7为环形支架，2-8保温隔热层，3-1为出料口，3-2为烟气出口，3-3为后封头罩，3-4为封头密封圈。
具体实施方式
参看图1、图2和图3本发明采用的技术方案是：一种制备活性炭的回转式微波加热炉，具有密封式外壳筒体结构环和配套的微波加热器，密封式外壳筒体采用回转卧式，密封式外壳内部空间设置有：布料室1、处理室2和冷却室3，三室依次连接，布料室1前端设置有进料口1-3，布料室1和处理室2以及处理室2和冷却室3的分别借助抱箍1-1与紧固法兰1-2配合定位连接，处理室2的两端分别与布料室1和冷却室3所在的钢制通体上的一端连接，分别设置在摩擦传动轮2-2和摩擦从动轮2-1上，摩擦传动轮2-2由减速机2-3驱动，冷却室3的末端设置有出料口3-1和烟气出口3-2。
本发明的技术方案中，所述的布料室1得进料口1-3处设置有前封头罩1-4，前封头罩1-4借助前封头密封圈1-7密封定位在布料室1的前端。
本发明的技术方案中，所述的处理室2的筒壁外端罩壳设有微波辐射墙2-5，微波辐射墙2-5上设置有呈圆周五星形排列磁控管2-4，微波辐射墙2-5的外部借助于环形支架2-7设置有微波屏蔽罩2-6，微波屏蔽罩2-6外层设置有保温隔热层2-8。
本发明的技术方案中，所述的冷却室3的末端处设置有后封头罩3-3，后封头罩3-3借助后封头密封圈3-4密封定位在冷却室3的末端，出料口3-1和烟气出口3-2与后封头罩3-3连通。
本发明的技术方案中，所述的进料口1-3采用锁气器进行密封。
本发明的技术方案中，所述的出料口3-1采用锁气器进行密封。
本发明的技术方案中，所述的前封头罩1-4的下侧设置有水蒸汽进口1-5。
本发明的技术方案中，所述的抱箍1-1与紧固法兰1-2的链接处的间隙处设置有用于密封的紫铜垫圈1-6。
本发明的技术方案中，所述的处理室2的筒体的材质选用氧化铝陶瓷。
本发明的技术方案中，所述的布料室1和冷却室3的材质选用不锈钢金属。
一种制备活性炭的生产系统，该系统包括：将预处理的物料进行热解处理的微波炭化、活化系统、将初级炭化产品进一步分选、脱水处理的活性炭精加工系统，本系统中采用了两台制备活性炭的回转式微波加热炉作为微波炭化、活化系统的主体设备，物料在一台制备活性炭的回转式微波加热炉的处理室2中完成炭化过程，再次进入到另一台制备活性炭的回转式微波加热炉进行活化，活化后的炭化固留物进入冷却室3密封冷却，加工为初级活性炭产品，再转入活性炭精加工分系统，为微波炭化、活化系统配套设置的气态生成物的循环利用系统。
本发明的技术方案中，所述的制备活性炭的回转式微波加热炉的处理室2实现对物料的炭化，环境温度为600-1000℃，缺氧部分燃烧气氛；微 波炭化、活化系统中对活性炭的活化过程中采用水蒸汽作为活化剂。
本发明的技术方案中，微波炭化、活化系统中的炭化过程中，排出的高温烟气进入循环利用系统，由高温烟气换热器进行换热，换热后的空气输送到洁净干空气收集器中进行收集，用于活性炭精加工分系统中活性炭烘干机的热源。
本发明的技术方案中，微波炭化、活化系统中的活化过程中，排除的高温水蒸汽进入到蒸汽换热器进行冷却，换热后的热空气进入到洁净干空气收集器进行收集，用于活性炭精加工分系统中活性炭烘干机的热源；从蒸汽换热器排除的饱和水蒸汽由纤维过滤器进行除杂后，由电热式蒸汽过热器进行加热，再次用于活性炭的活化过程。
本发明的技术方案中，活化后的初级活性炭产品引入活性炭分类装置流态化浮选分级、在离心机中脱水、在活性炭烘干机烘干，最后形成活性炭炭产品进入活性炭收集装置。
一种制备活性炭的方法，步骤中包括对含炭原料的预处理、炭化、活化、分级和烘干，该方法所述的炭化、活化过程是在两台制备活性炭的回转式微波加热炉内进行的，预处理后的固体炭化物在回转式微波加热炉首先进行炭化过程，炭化后的初级炭产品再次进入到回转式微波加热炉内进行活化过程。
本发明的技术方案中，该方法中炭化过程采用的工艺环境是600-1000℃。该方法所用得微波加热器的配套功率为400KW-750KW。该方法的活化过程中采用高温饱和水蒸汽作为活化剂。
参看附图，制备活性炭的回转式微波加热炉作为炭化炉操作时，布料 室1总长约1米，主要为进料及布料段，此段不设置热源；处理室2为炭化段需大量的能量，采用外置式微波加热方式，筒体温度较高；冷却室3由于炭化反应后期属于放热过程其自生能量能满足反应要求，所以不需另外加热。
制备活性炭的回转式微波加热炉作为活化炉操作时：布料室1总长约1米主要为进料及降温活化段，此段不设置热源；处理室2为主活化段需一定的能量，采用外置式微波加热方式，筒体温度较高；冷却室3属于活化完成后的蒸汽保护下的降温段，所以不需另外加热。
因筒体属于同一整体，如果筒体温差太大容易变形，所以将一、三段执行良好的保温措施以保证筒体运行安全。并且微波的磁控管2-4采用五星形分布排列，微波辐射过程无干扰、无重叠，加热均匀。磁控管2-4的的环形支架2-7内设有微波屏蔽罩2-6及保温隔热层2-8，既保证微波使用过程的安全性又减少系统热量损失。
该系统包括：将预处理的物料进入微波炭化、活化系统A、物料首先进入回转式微波加热式、炭化、活化炉在炭处理室2内进行微波加热至着火点。通过控制氧气的流量来调整其燃烧状态，在不完全燃烧的情况下实现挥发份的完全析出，达到深度炭化的目的。
物料进入筒体后需要一定距离的输送方可实现筒体内的均匀布料，为满足此工艺需求在回转式微波加热式、炭化、活化炉的前端设有布料段不进行微波辐射。
由于物料着火后反应过程属于放热反应，所以在后期不需要外加热量输入即可完成反应过程，所以筒体的后端不需要微波辐射加热。为此活化 炉设计了一段无微波加热燃烧段。
通过回转式微波加热炉出来的炭焦温度在600-1000℃左右，具有大量的显热可以利用，所以在碳活化工序进料采用高温输送，不需物料冷却。
高温炭焦进入回转式微波加热炉进行活化，在过热水蒸气的冲刷下，挥发份、灰分被进一步带走，炭的微孔逐渐打开。但温度很快从850℃迅速下降到工艺需要的650℃，此过程时间较短。为保证充分活化有效提高比表面积和进一步打开微孔，活化过程需维持一定时间所以需外加能量辅助。由于微波辐射除了有加热的致热效应外，还有对反应过程的非致热效应，它的热能的输入是靠分子间的剧烈运动而产生的。此种运动形式不光传递能量，还可以提高碳活化时的微孔率，所以此过程的外加能量依然采用微波。
炭活化过程结束时物料温度处于650℃的温度条件，遇氧存在二次着火风险，所以需在过热蒸汽保护下进行冷却至400℃以下排出，所以回转式微波加热炉有冷却室3进行物料冷却。
参看图4的系统方框流程图对本发明做进一步的说明。
将初级炭产品进一步分选、脱水处理的活性炭精加工系统，进行深加工。活性炭深加工过程首先将物料送入活性炭分选装置进行分级处理流化态浮选后进入离心机脱水，然后在进入活性炭干燥机干燥成成品后，进入活性炭收集装置进行收集。
为保障系统的高热效率，系统设计了先进的余热和物料循环系统实现能量综合利用。炭化处理分系统中的回转式微波加热炉中排出的高温烟气进入余热利用系统，由空气换热装置进行换热充分利用余热后进行排放。经换热的洁净干空气输入热空气收集器。
由回转式微波加热炉中排出的过热蒸汽进入到空气换热器进行冷却，交换后的热空气汇入热空气收集器，饱和水蒸气经过纤维过滤塔除杂后， 进入到电热式蒸汽过热器进行加热，回输到活化炉循环利用。通过热空气收集器收集的洁净干空气输送到活性炭烘干机作为热源使用。
为实现微波法活性炭的生产专门设计了回转式微波加热炉，采用回转微波加热式，实现微波回转加热的原理的创新：
1)采用外置式的微波加热，即实现能量的良好传递，又充分体现微波加热由内而外的特性。
2)炭化及活化过程在回转炉内不断翻转加热，物料受热均匀，热辐射面积大，升温速度快，既可以防止结焦又实现较短的反应时间。
3)回转加热过程物料无滞留，筒体内分布均匀，流量控制极为方便。回转式微波加热式、炭化、活化炉其基本结构特征为：
1)优化回转圆筒的选材设计：由于微波在外置式加热过程其中筒体材质需为基本不吸收微波介质，所以处理室2的微波辐射段的炉体材质选用99％氧化铝陶瓷，传动部分及布料室1和冷却室3采用不锈钢金属。两者的联结靠金属抱箍1-1紧固，同时筒体间间隙靠紫铜垫圈1-6调整。
2)改变进料结构及炉头炉尾的密封结构：为了提高回转式微波加热炉的气密性及防微波泄漏，物料的进出料口均采用锁气器进行密封，炉头、炉尾封头的密封在常规承插式密封槽内增加不吸微波的硅胶耐热密封圈，其与密封面的贴合度靠外置压紧螺栓调整。
3)改变传动结构：由于普通的回转圆筒均采用大小齿轮传动，但本产品操作温度高、热变形量大，常规的齿轮传动极易卡死，所以本工艺采用摩擦传动以保障设备运行稳定性。
Claims (10)
1.一种制备活性炭的回转式微波加热炉，具有密封式外壳筒体结构环和配套的微波加热器，其特征在于：密封式外壳筒体采用回转卧式，密封式外壳内部空间设置有：布料室(1)、处理室(2)和冷却室(3)，三室依次连接，布料室(1)前端设置有进料口(1-3)，布料室(1)和处理室(2)以及处理室(2)和冷却室(3)分别借助抱箍(1-1)与紧固法兰(1-2)配合定位连接，处理室(2)的两端分别与布料室(1)和冷却室(3)所在的钢制通体上的一端连接，分别设置在摩擦传动轮(2-2)和摩擦从动轮(2-1)上，摩擦传动轮(2-2)由减速机(2-3)驱动，冷却室(3)的末端设置有出料口(3-1)和烟气出口(3-2)。
2.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的布料室(1)的进料口(1-3)处设置有前封头罩(1-4)，前封头罩(1-4)借助前封头密封圈(1-7)密封定位在布料室(1)的前端。
3.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的处理室(2)的筒壁外端罩壳设有微波辐射墙(2-5)，微波辐射墙(2-5)上设置有呈圆周五星形排列磁控管(2-4)，微波辐射墙(2-5)的外部借助于环形支架(2-7)设置有微波屏蔽罩(2-6)，微波屏蔽罩(2-6)外层设置有保温隔热层(2-8)。
4.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的冷却室(3)的末端处设置有后封头罩(3-3)，后封头罩(3-3)借助后封头密封圈(3-4)密封定位在冷却室(3)的末端，出料口(3-1) 和烟气出口(3-2)与后封头罩(3-3)连通。
5.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的进料口(1-3)采用锁气器进行密封。
6.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的出料口(3-1)采用锁气器进行密封。
7.根据权利要求2所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的前封头罩(1-4)的下侧设置有水蒸汽进口(1-5)。
8.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的抱箍(1-1)与紧固法兰(1-2)的连接处的间隙处设置有用于密封的紫铜垫圈(1-6)。
9.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的处理室(2)的筒体的材质选用氧化铝陶瓷。
10.根据权利要求1所述的一种制备活性炭的回转式微波加热炉，其特征在于：所述的布料室(1)和冷却室(3)的材质选用不锈钢金属。
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Owner name: SHENZHEN YANNENG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLO Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN YANNENG INVESTMENT MANAGEMENT LIMITED Effective date: 20110217 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518000 1202, ZHONGHAO BUILDING, BAGUA ROAD 4, FUTIAN DISTRICT, SHENZHEN CITY, GUANGDONG PROVINCE TO: 518000 2202, BUILDING 4, PENGSHENG VILLAGE, BAGUA ROAD 1, FUTIAN DISTRICT, SHENZHEN CITY, GUANGDONG PROVINCE |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20110217 Address after: 518000, Guangdong, Shenzhen province Futian District Bagua Road, Peng village, 4, 2202 Applicant after: Shenzhen Yannneng Environmental Protection Technology Co., Ltd. Address before: 518000 middle mansion, four Bagua Road, Futian District, Guangdong, Shenzhen 1202 Applicant before: Shenzhen Yanneng Investment Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120307 Termination date: 20131211 |