CN102976322A - 一种化学法生产木质活性炭的节能内热回转炉及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学法生产木质活性炭的节能内热回转炉及制备方法，它改变了平板炉与外热式回转炉的热能利用方式，从而达到节能，并把炉体的前端用固定的密封盖密封，实现废气回收处理，运用倾斜炉体旋转送料的方式并加长炉体由原有14米延长到27.5米，使物料在炉体内从水份蒸发到低温炭化、高温活化和活化料降温提供了较大的运行空间，从而保证物料得到充分的活化，既提高产量又提高了产品质量，再把出炉的活化料经过回收、酸煮、漂洗、脱水、烘干、磨粉制成木质活性炭。

Description

一种化学法生产木质活性炭的节能内热回转炉及制备方法

技术领域

本发明涉及一种活性炭生产设备，确切的说是一种以锯木屑为原料，利用化学法生产木质活性炭的内热回转炉。

背景技术

目前，国内外活性炭生产方法分为两大类，即：物理法和化学法。物理法是把原料（优质煤、果壳、木炭等）放在密闭的炉体中闷烧炭化，再通入适量的水蒸气和空气活化而制得活性炭，一般设备为内热式回转炉。化学法是把原料（一般为锯木屑）先通过化学药剂（磷酸、氯化锌等）浸渍后，在空气流通的炉体中炭化、活化而制得活性炭。多数厂家大都使用耐火材料砌筑的平板炉。

耐火材料砌筑的平板炉，完全依靠手工操作，不仅劳动强度大，产品质量不稳定，而且耗能高。个别厂家使用的无封闭的外热式筒状回转炉，炉体较短，只有14米。与平板炉相比，初步实现了机械化，减少用工和劳动强度。且降低能耗30%，但在炭化、活化过程中产生的废气无法回收利用，造成环境污染，仍然属能源耗用较高的设备。因此人们对化学法生产活性炭的节能内热回转炉存在极大的需求，至今为止，还没有发现关于与本发明的有关报道。

发明内容

本发明人经过大量的研究试验，终于研究出用化学法生产木质活性炭的节能回转炉及活性炭的制备方法，从而完成了本发明。

本发明的目的就是提供一种采用化学法生产木质活性炭的节能内热回转炉，以解决传统平板炉和无封闭外热式回转炉的低能高耗和污染环境的缺陷。

本发明的另一个目的就是提供了该木质活性炭的制备方法。

本发明的方案是由底座、炉体、前后支座、托轮架、调速电动机、减速箱、燃气喷管及燃气压缩罐组成，其结构特点是在底座的上端设有前后两个支座，前支座高于后支座，前后支座上设有前后两组托轮架，前组托轮架上装有前防滑支撑轮，后组托轮架上设有后防滑支撑轮，前后支撑轮上装有炉体。炉体的前端圆周上设有前回转轮，后端设有后回转轮，炉体由前向后倾斜地安装在前后防滑支撑轮上，前组托轮架的后端设有调速电动机，调速电动机的前端设有减速箱，减速箱的前端设有减速小齿轮架，小齿轮架上装有减速小齿轮，前回转轮后端的炉体圆周上设有齿轮圈，减速小齿轮安装在齿轮圈的下端与齿轮圈齿轮相啮合。炉体的后端设有燃气压缩罐，燃气压缩罐的后侧设有煤气发生器，炉体的后部设有燃气喷管，燃气喷管的前端设有燃气喷嘴，炉体的下端设有点火孔，炉体的内壁上设有保温层，保温层的里端设有耐火砖，炉体的前端设有固定密封盖，密封盖中部设有废气回收管，回收管上装有废气控制阀，废气控制阀的前端设有引风机，燃气喷管的后端连接在燃气压缩罐前端的出口接头上，燃气压缩罐前侧的燃气管道上装有燃气管进气调节阀，密封盖的前上端设有进料斗，密封盖下方设有观察孔。

本发明将燃气管道固定，把炉体的前端用固定的密封盖密封，运用倾斜炉体旋转送料的方式并采用加长炉体由原有14米延长到27.5米，使物料在炉体内从水份蒸发到低温炭化、再经高温活化和活化料降温提供了较大的运行空间，从而保证物料得到充分的活化，既提高产量又提高了产品质量。

由于抬高了前炉头使炉体后端向下倾斜（倾斜度为2-4%），实现了物料在炉体内随炉体的缓慢旋转而慢慢向后推进，节省掉水平式炉中的物料推进器及其传动部件，活化料最后从敞开的炉尾下部出料孔自动落入料斗输进料车。

本设备以煤气为燃料，亦可使用天燃气、石油气，在运转过程中，通过炉尾敞开进空气，炉头密封，实现了废气的回收处理，炉体内的废气经废气回收管道在引风机的作用下，依次进入一级高温、二级中温、三级低温雾化喷淋塔，使废气中被气化的磷酸或氯化锌变成液体流入沉降池回收再使用，净化后的剩余废气再用15-20%石灰水喷淋，进行碱中和使PH达到7-8时排放，不仅大大减少了磷酸或氯化锌的消耗，同时又有效控制煤烟气中的二氧化碳（CO₂）和二氧化硫（SO₂）及微尘的排放量，初步实现环保生产、绿色生产，较好地保护了生态环境。

经过本设备的实施，不仅较大程度地减少了手工作业，降低了操作人员的劳动强度，而且与平板炉和外热式回转炉相比，把能源利用方式由原来的“隔板传导”（外壳钢板及内衬耐火板）变为“直接热幅射”，使能源的消耗分别降低了50%和20%，有效降低了能源消耗量。

本设备与以水蒸汽为活化剂的物理法内热式回转炉相比，省掉了蒸气锅炉和进入炉体内的蒸气管道，同时活化温度也由800-900度降低到500-600度，既减少设备投资又节约了25%的能源。

化学法生产木质活性炭的制备和运行操作过程如下：

开启煤气发生器向燃气压缩罐内充气，待燃气压缩罐达到一定气压后，首先关闭炉体前端的废气开关阀30，开启进气调节阀4，待炉体内充足了可燃气，即旋开点火孔32，用长柄打火机插入点火，并立即旋紧点火孔盖。开启调速电机使炉体转动，预热炉体并打开废气阀门30，待炉内温度达350℃时，开启引风机29，启动机体外的螺旋进料器，把浸渍好的物料均匀送入加料斗11，落入炉内，开始先少量加料， 2小时后，待炉温稳定后再转入正常加料，随着倾斜炉体的匀速旋转，物料在炉底的前部向炉尾方向缓缓移动，依次实现水份蒸发、炭化、活化，（物料炭化时吸收外部热能，称为“吸热反映”）活化时，借助炉尾自然进入的空气使物料进行高温煅烧，并向外散发热量，称为“放热反映”，因此活化和煅烧时，温度最高，可达500-600度，从而完成活性炭的炭化、活化过程，整个过程为40分钟至1小时，活化好的物料称活化料，从炉尾部出料孔自动落入接料斗，输进推料车，送往回收工序进入回收。通过操作完成了活性炭生产最关键过程，即：炭化、活化。在炭化、活化过程中形成的废气和燃气废气经回收管28排入炉体外的雾化喷淋塔处理后排放。

若要停炉时，先停止加料，炉体继续旋转，调小进气阀4，待料排完时可暂时停止，完全关闭进气阀4，关闭引风机29，但要分别间隔5、10、20分钟转动一次，以防炉体变型，待炉温降到80℃以下完全停止转动。

节能内热式回转炉的炭化、活化工艺条件如下表

项目	工艺条件	说明
			活化区的物料温度（℃）	500-600
炭、活化时间（分）	40-60	据冷炉计算
			炉膛内充填系数（%）	20-25	物料占有炉膛体积
炉体转速（转/分）	1-4	根据炉温和质量要求调节
			炉内压力（毫米汞柱）	略带负压
炉头烟气温度（℃）	200-300
			炉尾烟气温度（℃）	600-700
物料与燃气接触方式	逆流直接接触	炉头部加料，炉尾进气
			日产量（24时/吨）	4-5

出炉的活化料要进行回收，以使用磷酸为例，在活化料中含有70-85%的磷酸和含磷化合物，通过回收将炭与磷酸及含磷化合物分离，这是降低“磷酸”消耗的关键。磷酸的回收操作基本上属于萃取的范畴，它是用不同浓度的磷酸溶液加入少量的工业盐酸溶解磷酸和含磷化合物进行回收。

回收是在回收桶中进行的，回收桶是由铁板或钢筋混土制成外壳，外壳内外均用辉绿岩胶泥涂制，在内侧和底面衬上辉绿岩板，并在底部辉绿岩板上铺上过滤板。操作时，将活化料2000千克，用斗式提升机分两次加入回收桶内，第一次加80%，然后加入2立方米浓度为35-45Beˊ的磷酸溶液搅拌均匀；第二次加入余下的20%活化料后，再加入1立方米浓度为35-45Beˊ的磷酸溶液，并加入活化料重量5%，浓度为32%的盐酸，充分搅拌，使在高温锻烧活化时生成的部分亚磷酸、氢化物等含磷化合物再转变成磷酸。

在反应过程中，要充分搅拌，反应完成后静置十分钟，开启真空抽气阀，将回收桶内的磷酸溶液抽入真空桶，然后放入耐酸池，将第一次回收的磷酸溶液浓度为40-58Beˊ/60℃，送入配液池，加入浓度85%的磷酸0-12%作为物料浸渍剂，循环使用。经第一次回收后，第二次用25-34Beˊ的磷酸溶液回收，第三次用15-24Beˊ的磷酸溶液，按上述步骤，依次将低浓度的磷酸溶液用耐酸泵打入回收桶中，使液面超出炭面，这样进行多次回收，得到浓度高低不同的回收溶液，分别放置耐酸池中，供下次回收使用。直至上次留下的各种浓度的磷酸水用完后，再用热水洗涤，洗涤液也收入耐酸池，直至炭中的磷酸含量低于0-1%为止，每批活化料的回收时间为1.5-3小时。

在回收时，有些金属氧化物与盐酸起反应，生成可溶性磷酸盐、铁盐，也溶于磷酸溶液中，它们在回收的磷酸溶液中，随回收溶液的循环使用次数的增加而增加，结果使回收的磷酸溶液呈现出假象，即溶液的波美度不能反应与之相当的磷酸含量。比如，经测试：波美度显示为45Beˊ，但在磷酸溶液中的磷酸含量实际上连40都不到。最终使产品质量下降，遇到这种情况时，要将回收使用的磷酸溶液进行处理，加入浓度为98%的工业硫酸，用量为回收液重量的5-8%，就能除去磷酸盐，加入浓度含量30%福美纳，为回收液重量的10-16%，除去铁盐，使磷酸溶液恢复正常。

酸煮与漂洗。它的目的是除去来自原料和加工过程中的各种杂质，使活性炭的酸溶物、总铁化物、灰分等含量和PH值都达到规定的指数。由于这个过程的前期主要是加盐酸，去除铁类的化合物，因此叫酸煮（也叫煮铁），后期是加碱中和酸，并用热水反复洗涤，去除灰分等杂质，故叫水洗。

酸煮、漂洗两个步骤都是在同一个桶中进行，桶的结构与回收桶相同，桶体直径1500mm，桶壳体的内外部都用环氧树脂胶泥粘贴五层玻璃纤维布，形成玻璃钢层，内侧再衬一层耐酸瓷砖，在桶的底部装有过滤板。

操作时，将活性炭用水由回收桶冲入漂洗桶中，放出部分水后，关好底部放水阀门，然后加入浓度32%的盐酸，用量为活化料重量的5%，通入蒸气，煮沸2小时。此时，混在炭中的杂质与盐酸发生反映，使不溶于水的杂质变成水溶物，随水除去。

酸处理后，将桶内酸水放出，用热水连续漂洗4-5次，水温要在60℃以上。由于盐酸不容易被水洗净，故要加入纯碱中和，加入量一般为活化料重量的5-7%，搅拌使桶内水溶液的PH值调至7-8，再用蒸气煮15分钟，将水放出，总的漂洗时间3-5小时。再把回收、酸煮、漂洗后的活化料进行脱水、烘干、磨粉、包装即为化学法木质活性炭成品。

下面结合附图对炉体结构作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明剖视示意图；

图3为炉体截面图。

具体实施方式

图1-3中示出的底座上设有前支座19，后支座21，前支座的高度高于后支座，前支座上装有前组托轮架15，后支座上装有后组托轮架22，前组托轮架上装有前防滑支撑轮14，后组托轮架上装有后防滑支撑轮3，前后支撑轮上装有炉体6，炉体的前端圆周上设有前回转轮9，后端设有后回转轮5，炉体由前向后倾斜地安装在前后防滑支撑轮上，前组托轮架的后端设有调速电动机20，调速电动机的前侧装有减速箱18，减速箱的前端设有小齿轮架17，小齿轮架上装有减速小齿轮16，前回转轮后侧的炉体圆周上设有齿轮圈8，减速小齿轮安装在齿轮圈的下端与齿轮圈相啮合，炉体的后端设有燃气压缩罐2，燃气压缩罐的后侧设有煤气发生器1，炉体的后部设有燃气喷管26，燃气喷管的前端设有燃气喷嘴31，炉体的下端设有点火孔32，炉体内壁上设有保温层33，保温层的里侧设有耐火砖27，炉体的前端设有密封盖10，密封盖的上端设有进料斗11，下端设有观察孔13，密封盖的中部设有废气回收管28，回收管上装有废气控制阀30，废气控制阀的前端设有引风机29，燃气喷管的后端连接在燃气压缩罐前端的出口接头上，燃气压缩罐前侧的燃气管道上装有燃气管进气调节阀4，炉体的后端设有出料孔12，出料孔的下端设有接料斗23，接料斗的下端设有输料器24，输料器后侧设有推料车25，炉体的中部设有连接法兰7，为生产和运输方便炉体在加工时制成两段，安装时对接。

Claims (4)

1.一种化学法生产木质活性炭的节能内热回转炉，由底座、炉体、前后支座、托轮架、调速电动机、减速箱、燃气喷管及燃气压缩罐组成，其特征在于：所述的底座上设有前支座（19），后支座（21），前支座的高度高于后支座，前支座上装有前组托轮架（15），后支座上装有后组托轮架（22），前组托轮架上装有前防滑支撑轮（14），后组托轮架上装有后防滑支撑轮（3），前后支撑轮上装有炉体（6），炉体的前端圆周上设有前回转轮（9），后端设有后回转轮（5），炉体由前向后倾斜地安装在前后防滑支撑轮上，前组托轮架的后端设有调速电动机（20），调速电动机的前侧装有减速箱（18），减速箱的前端设有小齿轮架（17），小齿轮架上装有减速小齿轮（16），前回转轮后侧的炉体圆周上设有齿轮圈（8），减速小齿轮安装在齿轮圈的下端与齿轮圈相啮合，炉体的后端设有燃气压缩罐（2），燃气压缩罐的后侧设有煤气发生器（1），炉体的后部设有燃气喷管（26），燃气喷管的前端设有燃气喷嘴（31），炉体的下端设有点火孔（32），炉体内壁上设有保温层（33），保温层的里侧设有耐火砖（27），炉体的前端设有密封盖（10），密封盖的上端设有进料斗（11），下端设有观察孔（13），密封盖的中部设有废气回收管（28），回收管上装有废气控制阀（30），废气控制阀的前端设有引风机（29），燃气喷管的后端连接在燃气压缩罐前端的出口接头上，燃气压缩罐前侧的燃气管道上装有燃气管进气调节阀（4）。

2.根据权利要求1所述的化学法生产木质活性炭的节能内热回转炉，其特征在于：所述炉体的前端用固定的密封盖密封，加长炉体，由原来的14米延长到27.5米，把能源利用方式由原来的隔板传导变为直接热幅射，有效降低了能源消耗量，炉体的后端设有出料孔（12），出料孔的下端设有接料斗（23），接料斗的下端设有输料器（24），输料器后侧设有推料车（25），炉体的中部设有连接法兰（7）。

3.一种化学法生产木质活性炭的制备操作方法：其特征在于：制备和运行操作的过程如下：

开启煤气发生器向燃气压缩罐内充气，待燃气压缩罐达到一定气压后，首先关闭炉体前端的废气开关阀（30），开启进气调节阀（4），待炉体内充足了可燃气，即旋开点火孔（32），用长柄打火机插入点火，并立即旋紧点火孔盖，开启调速电机使炉体转动，预热炉体并打开废气阀门（30），待炉内温度达350℃时，开启引风机（29），启动机体外的螺旋进料器，把浸渍好的物料均匀送入加料斗（11），落入炉内，开始先少量加料，2小时后，待炉温稳定后再转入正常加料，随着倾斜炉体的匀速旋转，物料在炉底的前部向炉尾方向缓缓移动，依次实现水份蒸发、炭化、活化，活化时，借助炉尾自然进入的空气使物料进行高温煅烧，并向外散发热量，活化和煅烧时，温度达500-600度，从而完成活性炭的炭化、活化过程，整个过程为40分钟至1小时，活化好的物料称活化料，从炉尾部出料孔自动落入接料斗，输进推料车，送往回收工序进入回收，通过操作完成了活性炭生产最关键过程，即：炭化、活化，在炭化、活化过程中形成的废气和燃气废气经回收管（28）排入炉体外的雾化喷淋塔处理后排放；

若要停炉时，先停止加料，炉体继续旋转，调小进气阀（4），待料排完时暂时停炉，关闭进气阀（4）、引风机（29），但要分别间隔5、10、20分钟转动一次，以防炉体变型，待炉温降到80℃以下完全停止转动；

出炉的活化料要进行回收，以使用磷酸为例，在活化料中含有70-85%的磷酸和含磷化合物，通过回收将炭与磷酸及含磷化合物分离；

回收是在回收桶中进行的，回收桶是由铁板或钢筋混土制成外壳，外壳内外用辉绿岩胶泥涂制，在内侧和底面衬上辉绿岩板，并在底部辉绿岩板上铺上过滤板，操作时，将活化料2000千克，用斗式提升机分两次加入回收桶内，第一次加80%，然后加入2立方米浓度为35-45Beˊ的磷酸溶液搅拌均匀；第二次加入余下的20%活化料后，再加入1立方米浓度为35-45Beˊ的磷酸溶液，并加入活化料重量5%，浓度为32%的盐酸，充分搅拌，使在高温锻烧活化时生成的部分亚磷酸、氢化物等含磷化合物再转变成磷酸；

在反应过程中，要充分搅拌，反应完成后静置十分钟，开启真空抽气阀，将回收桶内的磷酸溶液抽入真空桶，然后放入耐酸池，将第一次回收的磷酸溶液浓度为40-58Beˊ/60℃，送入配液池，加入浓度85%的磷酸0-12%作为物料浸渍剂，循环使用，经第一次回收后，第二次用25-34Beˊ的磷酸溶液回收，第三次用15-24Beˊ的磷酸溶液，按上述步骤，依次将低浓度的磷酸溶液用耐酸泵打入回收桶中，使液面超出炭面，这样进行多次回收，得到浓度高低不同的回收溶液，分别放置耐酸池中，供下次回收使用，直至上次留下的各种浓度的磷酸水用完后，再用热水洗涤，洗涤液也收入耐酸池，直至炭中的磷酸含量低于0-1%为止，每批活化料的回收时间为1.5-3小时。

4.一种去除原料和加工过程中的杂质的酸煮漂洗方法，其特征在于：它包括下列步骤：

酸煮、漂洗两个步骤都是在同一个桶中进行，桶的结构与回收桶相同，桶体直径1500mm，桶壳体的内外部用环氧树脂胶泥粘贴五层玻璃纤维布，形成玻璃钢层，内侧再衬一层耐酸瓷砖，在桶的底部装有过滤板；

操作时，将活性炭用水由回收桶冲入漂洗桶中，放出部分水后，关好底部放水阀门，然后加入浓度32%的盐酸，用量为活化料重量的5%，通入蒸气，煮沸2小时，此时，混在炭中的杂质与盐酸发生反映，使不溶于水的杂质变成水溶物，随水除去；

酸处理后，将桶内酸水放出，用热水连续漂洗4-5次，水温要在60℃以上，由于盐酸不容易被水洗净，故要加入纯碱中和，加入量为活化料重量的5-7%，搅拌使桶内水溶液的PH值调至7-8，再用蒸气煮15分钟，将水放出，总的漂洗时间3-5小时，再把回收、酸煮、漂洗后的活化料进行脱水、烘干、磨粉、包装即为化学法木质活性炭成品。

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