CN102249226B - 活性炭制备中零排放和自供热的炭化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性炭制备中零排放和自供热的炭化工艺，其包括如下步骤：①利用加热装置，对炭化炉之转筒中的炭粉原料进行加热，该炭粉原料在热作用下产生可燃的燃气；②关闭加热装置；③将步骤①所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；④将所产生的高温烟气通入所述转筒，对炭粉原料进行加热，产生可燃的燃气；⑤将步骤④所产生的燃气通入所述燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；⑥重复执行步骤④及步骤⑤。炭化过程中产生的可燃性气体通入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气通入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而炭化。这样，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

Description

活性炭制备中零排放和自供热的炭化工艺

技术领域

本发明涉及活性炭的炭化，更具体地讲，本发明涉及一种活性炭制备中零排放和自供热的炭化工艺。

背景技术

炭化工序是气体活化法生产活性炭过程中的重要工序之一，该过程把原料隔绝空气加热，使非碳元素减少，以生产出适合活化工序所需要的碳质材料，是活化前的主要准备与基础。物料炭化分解时产生可然性气体，例如CO、H₂、CH₄、烷烃、烯烃、煤焦油等挥发物组分，这些气体直接排入大气中将给环境造成污染。另外，物料炭化时需要耗费大量的能量。

中国专利201020232926.0公开了一种自供能污泥热解炭化处理系统，其包括：污泥干化装置、污泥热解焚烧装置、污泥连续炭化装置；污泥干化装置的出料口分别与污泥热解焚烧装置和污泥连续炭化装置连接，污泥热解焚烧装置的出气口连接至污泥连续炭化装置。

中国专利93227406.4公开了一种井式活性炭纤维材料活化炭化炉，其由炉体固定设置部分和炉体可移位部分组成，炉体固定设置部分的炉体为立式，在地坑内井式设置，原料由炉体上部开口进出，电热元件在井内分布，电控系统与此连结以对炉温进行自动控制。

中国专利200710068892.9公开了一种炭化炉，包括炉体、燃烧室，炉体外围整体包覆有包温材料，炉体上设有进料口和出料口，所述的炭化炉设有余热回收管，余热回收管分别连接炉体和燃烧室，余热回收管出口处设有点火装置。

中国专利201010233150.9公开了一种生产生物质炭的炭化炉，包括烟筒，旋转炉体，进料斗、出料斗、油气排出管，旋转炉体由旋转托轮支承，进料斗、出料斗、油气排出管装置在旋转炉体上，烟筒设置在旋转炉体内，烟筒与旋转炉体同轴，旋转炉体内壁上设置有螺旋叶片或烟筒与旋转炉体的同轴线与水平面有一角度5°＜&＜30°。

中国专利201010197974.5公开了一种多管外热式烟气回抽旋转炭化炉，它有一个斜卧式回转炉体，炉体高端一侧装有进料斗，低端一侧有出料口和燃烧室，炉体内有沿截面环形分布的管束，炭化料与烟气道分隔，炭化料走管程，烟气走壳程。

炭化过程中产生可燃性有机物烟气，现有技术没有对其进行合理解决。其排入大气中既引起环境污染，又造成资源浪费。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种既节约资源、又减少环境污染的炭化工艺。

为了实现上述目的，本发明提供了一种活性炭制备中零排放和自供热的炭化工艺，其包括如下步骤：

①利用加热装置，对炭化炉之转筒中的炭粉原料进行加热，该炭粉原料在热作用下产生可燃的燃气；

②关闭①中的加热装置；

③将步骤①所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

④将所产生的高温烟气通入转筒，对炭粉原料进行加热，产生可燃的燃气；

⑤将步骤④所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

⑥重复执行步骤④及步骤⑤。

本发明中所称的“炭粉原料”特指在炭化炉内炭化的原料，其可为颗粒状含碳物料，例如由粉煤灰浮选制得的含碳颗粒。

本发明中所称的“燃气”特指炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体，其可包括CO、H₂、CH₄、烷烃、烯烃、煤焦油等各种挥发物组分；所称的“烟气”为燃气在燃烧装置中燃烧后所产生的气体。本发明的方法即通过燃烧这些可燃性气体，提供炭粉原料炭化所需要的热量。炭化过程中产生的可燃性气体通入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气通入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而炭化。这样，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

根据本发明的一实施方式，在炭粉原料被加热的同时，使转筒转动，从而使炭粉原料发生翻滚，从而使炭粉原料均匀受热。

根据本发明的另一实施方式，转筒中设置有带动炭粉原料运动的装置，如扬板、叶片、突起物等。这样设置的目的是在加热的过程中，推送炭粉原料在转筒内前行，以实现连续性生产。为了达到更好的推送效果，该多个扬板、叶片、突起物在转筒的内壁上呈螺旋线状排布。

根据本发明的另一实施方式，炭化炉包括第一转筒和同轴的位于第一转筒之外的第二转筒，高温烟气首先进入第一转筒，然后进入第二转筒。燃气是从第二转筒引入到燃烧装置中。

根据本发明的另一实施方式，高温烟气是与炭粉原料逆流接触的，即高温烟气的流动方向与炭粉原料的平动运动方向是相反的。

根据本发明的另一实施方式，高温烟气是与炭粉原料顺流接触的，即高温烟气的流动方向与炭粉原料的平动运动方向是相同的。

根据本发明的另一实施方式，加热装置为位于炭化炉中心轴线处的电加热管。

根据本发明的另一实施方式，第一转筒和第二转筒的侧边与中轴线的夹角为8°-12°，在此基础上进一步优选为10°-11°。

实现上述的工艺方法的装置或系统有多种多样，例如，一种实现本发明方法的系统，可包括：

燃烧装置，其具有进气口及出气口；

双筒旋转炭化炉，其包括第一转筒及第二转筒、位于第一转筒内的加热装置、驱动第一转筒及第二转筒旋转的驱动装置，第二转筒套在第一转筒之外；

燃气-烟气回路结构，该回路结构将炭化炉之炭粉原料受热所产生的燃气送入燃烧装置进行燃烧，并将燃气所产生的烟气进一步用于加热炭粉原料，其包括位于炭化炉的多个开口及连接于炭化炉和燃烧装置之间的气体管道。

在上述系统中，炭化炉的第一转筒及第二转筒的旋转方向可相同，也可相反。优选地，第二转筒的轴线与第一转筒的轴线重合。

第二转筒和第一转筒的轴线可水平，也可与水平面有微小的夹角，例如5°-8°。第二转筒和第一转筒在驱动装置的驱动下旋转，使位于其内的炭粉原料加热得更均匀更充分。

燃烧装置(例如燃烧炉)位于炭化炉之外，其通过气体管道与炭化炉相连通。气体管道中间可设置有气体泵。这样，在气体泵的抽送下，炭化炉内的炭粉原料炭化分解时产生的燃气通过气体管道进入燃烧装置的进气口，在燃烧装置内进行燃烧。燃烧后产生的高温烟气通过气体管道通入炭化炉内。此时关闭加热装置，依靠炭化炉内的高温烟气对炭化炉内的炭粉原料进行加热并炭化。炭化产生的燃气又被泵回燃烧装置内燃烧并产生高温烟气，如此循环。

由于设置了燃气-烟气回路结构，炭化过程中产生的可燃性气体从该回路结构进入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气从该回路结构中进入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而炭化。这样，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

在上述系统中，燃气-烟气回路结构包括位于第一转筒首部的第一开口、位于第一转筒尾部的第二开口、位于第二转筒尾部的第三开口；第二开口套在第二转筒之内。

第二开口的数目可以有多个，例如位于与第一转筒的尾端距离相等的同一纵截面上，第二转筒将所有第二开口均套于其内。

炭粉原料从第一转筒的第一开口处进入，在第一转筒旋转的作用下，流向第二开口，并经第二开口进入第二转筒，同样在第二转筒的旋转作用下，流向第三开口。燃气-烟气与炭粉原料可为顺流接触，也可为逆流接触。当顺流接触，炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体从第三开口流出炭化炉，进入燃烧装置进行燃烧；可燃性气体燃烧产生的高温烟气从第一开口进入炭化炉，并经第二开口流向第三开口。当逆流接触，炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体从第一开口流出炭化炉，进入燃烧装置进行燃烧；可燃性气体燃烧产生的高温烟气从第三开口进入炭化炉，并经第二开口流向第一开口。本装置优选为顺流接触。

在上述系统中，气体管道包括与第一开口连通的第一气体管道、与第三开口连通的第二气体管道，第一气体管道的另一端通向燃烧装置的进气口或出气口，第二气体管道的另一端通向燃烧装置的出气口或进气口。

在上述系统中，第一开口位于第一转筒首部的端面上。炭粉原料也从该第一开口进入第一转筒。

在上述系统中，第二转筒的尾部邻近第一转筒的首部，第二转筒的首部邻近第一转筒的尾部。

在上述系统中，第一转筒和/或第二转筒为首部细、尾部粗的圆台状。还可为首部细、尾部粗的半球状、半椭球状或其它形状。这样，在第一转筒和/或第二转筒旋转的过程中，在自身重力的作用下，位于其内的炭粉原料自筒的首部流向筒的尾部。当第一转筒和/或第二转筒为圆台状，第一转筒和/或第二转筒的侧边与中轴线的夹角优选为5°-15°，在此基础上进一步优选为8°-12°，在此基础上进一步优选为10°-11°。

在上述系统中，第一转筒可为圆柱形。而第二转筒可为圆柱形，也可为圆台状。

在上述系统中，炭化炉还包括收集装置，该收集装置套在第二转筒之外，并将第三开口套于其内。该第三开口的数目可以有多个，例如位于与第二转筒的尾端距离相等的同一纵截面上，该收集装置可为将所有第三开口均套于其内的内空环套。在该实施方式中，收集装置的外壁上设有第四开口，用于连接通向燃烧装置的气体管道，该第四开口设于收集装置的上部或顶端。

在上述系统中，炭化炉还包括推送装置；该推送装置为设置在第一转筒和/或第二转筒的内壁上的多个扬板。这里的扬板又称扬料板或抄板，用于把筒内的物料抄起又洒下，使物料与气流的接触表面增大，以提高干燥、加热的速率并促进物料前行。炭化炉的第一转筒及第二转筒旋转时，位于其内的颗粒状的炭粉原料在扬板的作用下被向前推送。为了达到更好的推送效果，该多个扬板在第一转筒和/或第二转筒的内壁上呈螺旋线状排布。

在上述系统中，加热装置可为位于第一转筒的轴线处的轴状电加热管；或者为多个分散在第一转筒内以及内第二转筒之间的体积较小的电加热管；或者在第一转筒内设置轴状电加热管，在内第二转筒之间设置多个分散的体积较小的电加热管。

在上述系统中，炭化炉还包括进料装置；该进料装置为与第一开口连通的进料管道；进料管道设有进料口；进料管道内设有倾斜设置的、指向第一开口的挡板。炭粉原料从进料口进入，落到挡板上，并沿着挡板滑进第一开口，进入第一转筒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过燃烧炭粉原料炭化过程中产生的可燃性气体，提供炭粉原料炭化所需要的热量。炭化过程中产生的可燃性气体通入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气通入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而炭化。这样，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明炭化工艺的流程图；

图2是实现本发明方法的炭化系统的第一实施例沿着其中轴线的纵向截面的结构示意图；

图3是实现本发明方法的炭化系统的第二实施例沿着其中轴线的纵向截面的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的活性炭制备中零排放和自供热的炭化工艺，包括如下步骤：

①利用加热装置，对炭化炉之转筒中的炭粉原料进行加热，该炭粉原料在热作用下产生可燃的燃气；

②关闭加热装置；

③将步骤①所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

④将所产生的高温烟气通入转筒，对炭粉原料进行加热，产生可燃的燃气；

⑤将步骤④所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

⑥重复执行步骤④及步骤⑤。

如图2所示，实现本发明方法的炭化系统的第一实施例，包括炭化炉和燃烧装置例如燃烧炉7。其中炭化炉包括进料装置1、第一转筒2、第二转筒3、收集装置4、燃气-烟气回路结构5、加热装置6、驱动第一转筒及第二转筒旋转的驱动装置(图中未示)。

其中，第一转筒2为封闭的圆柱，其轴线水平，其内壁上设有多个扬板(图中未示)；第一转筒2首部的端面上设有第一开口503；第一转筒2尾部的侧面设有多个第二开口504，其均位于与第一转筒2的尾端距离相等的同一纵截面上。

进料装置1为与第一开口503连通的进料管道101；进料管道101的底端封闭，顶端设有进料口102；进料管道101内设有倾斜设置的、指向第一开口503的挡板103；进料管道101的侧壁、第一开口503的下方设有第五开口502，该第五开口502连接通向燃烧装置的第一气体管道501。

第二转筒3为封闭的圆台状，其轴线与第一转筒2的轴线重合，第二转筒3的侧边与中轴线的夹角为10°；第二转筒3套在第一转筒2之外，第一转筒2的多个第二开口504被套在第二转筒3之内；第二转筒3较细的首部靠近第一转筒2的尾部，第二转筒3较粗的尾部靠近第一转筒2的首部；第二转筒3的内壁上设有多个扬板(图中未示)。第二转筒3尾部的侧面设有多个第三开口505，其均位于与第二转筒3的尾端距离相等的同一纵截面上。

收集装置4套在第二转筒3之外，并将所有第三开口505均套于其内，收集装置4的顶端设有第四开口506，该第四开口506连接通向燃烧装置的第二气体管道507。出料装置4的底端设有出料管道401。

燃气-烟气回路结构5包括第一气体管道501、第五开口502、第一开口503、第二开口504、第三开口505、第四开口506、第二气体管道507。

加热装置6为位于第一转筒2的轴线处的轴状电加热管。

燃烧炉7包括位于燃烧炉内的蓄热砖701、位于燃烧炉7下方的进气口702、位于燃烧炉7上方的出气口703。燃烧炉7的进气口702与第二气体管道507的另一端连接，第二气体管道507中间设有气体泵8。第一气体管道501的另一端连接到燃烧炉的出气口703。

上述实施方式的工作流程如下：

1、炭粉原料。炭粉原料例如由粉煤灰浮选出的碳颗粒从进料口102进入进料管道101，被挡板103阻挡后，从第一开口503进入第一转筒2，在驱动装置的驱动下，第一转筒2及第二转筒3旋转，带动位于第一转筒及第二转筒内壁上的扬板旋转，将炭粉原料向第二开口504的方向推送。炭粉原料前行的过程中，与位于第一转筒2的加热装置6或高温烟气接触，并被加热。炭粉原料从第二开口504落入第二转筒3，并被旋转的扬板向第三开口505的方向推送。在整个移动过程中，炭粉原料被加热、干燥、热解，最终被炭化。炭化后的炭粉原料从第三开口505落到套在第二转筒3之外的收集装置4内，并经出料管道401离开炭化炉。

2、燃气/烟气。本实施例中燃气/烟气与炭粉原料为顺流接触。在加热装置6的加热作用下，第一转筒2内的炭粉原料产生可燃性气体，该可燃性气体顺着炭粉原料的流动方向经第二开口504进入第二转筒3，并经第三开口505、第四开口506、第二气体管道507进入燃烧炉，在燃烧炉7中燃烧后产生高温的烟气。高温烟气经第一气体管道501、第五开口502、第一开口503进入第一转筒2。第一转筒2内的炭粉原料在高温烟气的加热作用下，产生可燃性气体，该可燃性气体重复上述流程。

图3所示为实现本发明方法的炭化系统的第二实施例，其与第一实施例的区别在于：燃气/烟气与炭粉原料为逆流接触，即第一转筒2内的炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体逆着炭粉原料的流动方向经第一开口503、第五开口502、第一气体管道501进入燃烧炉7，在燃烧炉7中燃烧后产生高温的烟气。高温烟气经第二气体管道507、第四开口506、第三开口505进入第二转筒3，并经第二开口504进入第一转筒2。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种活性炭制备中零排放和自供热的炭化工艺，其包括如下步骤：

①利用炭化炉内设置的加热装置，对炭化炉之转筒中的炭粉原料进行加热，该炭粉原料在热作用下产生可燃的燃气；

②关闭所述的加热装置；

③将步骤①所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

④将所产生的高温烟气通入所述转筒，对所述炭粉原料进行接触加热，产生可燃的燃气；

⑤将步骤④所产生的燃气通入所述燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

⑥重复执行步骤④及步骤⑤；

其中，所述炭化炉包括第一转筒和同轴的位于第一转筒之外的第二转筒；

所述燃烧装置产生的高温烟气首先进入第一转筒，并与第一转筒产生的燃气一起进入第二转筒，再与第二转筒产生的燃气一起进入所述的燃烧装置进行燃烧，形成高温烟气；

所述炭粉原料首先进入第一转筒被加热，接着进入第二转筒被继续加热并最终炭化，炭化后的炭粉原料从第二转筒的出口离开所述的炭化炉。

2.如权利要求1所述的炭化工艺，其中，在所述的炭粉原料被加热的同时，使所述转筒转动，从而使所述的炭粉原料发生翻滚。

3.如权利要求1所述的炭化工艺，其中，所述的转筒中设置有带动所述的炭粉原料运动的装置。

4.如权利要求1所述的炭化工艺，其中，所述高温烟气是与所述的炭粉原料逆流接触的，即所述高温烟气的流动方向与所述炭粉原料的平动运动方向是相反的。

5.如权利要求1所述的炭化工艺，其中，所述高温烟气是与所述的炭粉原料顺流接触的，即所述高温烟气的流动方向与所述炭粉原料的平动运动方向是相同的。

6.如权利要求1所述的炭化工艺，其中，所述的加热装置为位于所述炭化炉中心轴线处的电加热管。

7.如权利要求1-6之一所述的炭化工艺，其中，所述第一转筒和所述第二转筒的侧边与中轴线的夹角为8°-12°。

8.如权利要求7所述的炭化工艺，其中，所述第一转筒和所述第二转筒的侧边与中轴线的夹角为10°-11°。

Images