CN103539113B - 生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境保护设备技术领域，特别是一种生产活性炭的反应炉。一种生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，本发明包括反应室，其还包括输气管Ⅰ、输气管Ⅱ、输送管组、支撑架和筛网，反应室上、下面设有支撑架，支撑架上表面有设筛网，筛网上设有筛孔，输气管Ⅰ一端设置在反应室上侧，输气管Ⅱ一端设置在反应室下侧，反应室两侧分别设置净化室。采用在反应炉上下分别设置的输气管，实现对生物质的双向反应，在一次反应结束后，反应气逆向再次反应，提高反应效率；反应室两端设置的净化室实现炉内反应、净化共同完成，反应气输出反应炉后可以直接使用，不需要再加工，简化反应气回收使用的后续工艺步骤。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护设备技术领域，特别是一种生产活性炭的反应炉。本发明同时提供一种涉及有机物热解及活性炭技术领域的生物质生产活性炭方法，特别是秸秆类农作物的炭化和活化。
背景技术
我国是一个农业大国，生物质来源广泛、储量大，每年有7×108 t作物秸秆，2×108 t林地废弃物和木材加工剩余物，其大多以直接堆放或燃烧为主，不仅热效率低下（低于10%），而且产生大量的烟尘和余灰，严重的污染环境，影响居民的身心健康，因此如何对农业生物质进行合理的处置和利用，对环境保护有着重要的意义。
目前，国内多数科研机构主要将生物质气化，转换成可燃气体燃烧利用，其存在着设备投资大、工艺复杂、运行成本高、生物质回收率低等的不足，无法将活性炭完全资源化利用。
本设备利用农作物生物质制取活性炭，使生物质资源得到综合利用，解决了生物质废弃和违规焚烧造成的资源浪费和环境污染问题，同时获得高价值的活性炭，活性炭由于发达的比表面积，其对气体、溶液中的有机或无机物质以及胶体颗粒等具有很强的吸附能力，在国防、化工、石油、纺织、污水处理及室内装饰等各方面广泛应用。
现有技术中，生产活性炭的反应炉采用活化气或反应气单向流动，反映反应不充分，单向流动后的气体直接进入下级。同时，现有生产活性炭的工艺中，炭化和活化产生的焦油等有机物随反应气进入反应气回收，影响反应气的再利用。
于此同时热解有机物的过程需要消耗大量的能源，目前大多热解过程以消耗外来能源提供热解能为主，过程中能源消耗较高。同时需要外来气体如水蒸气、二氧化碳、氧气对反应起到催化的作用，造成不必要的浪费。活化热解后的可燃性气体附带焦油，烟尘等杂质，降低可燃气体的品质。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，活化气和反应气双向流动，提高反应效率；在反应炉内添加净化室，为炭化、活化提供一个清洁的反应环境，同时净化反应过程中生成的热解气，使其可直接回收利用。
本发明同时提供一种生物质生产活性炭的炭化-活化方法，利用生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，实现炭化-活化过程不需要外界提供能源，不需要添加催化剂和活化剂，本发明炭化-活化完成后的热解气可实现直接回收利用，不需要额外的净化装置，得到高品质的可燃烧气体。
为实现上述目的，本发明提供一种生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：反应室包括输气管Ⅰ、输气管Ⅱ、支撑架和筛网，所述所述反应室为一层或多层设置，各反应室下面安装支撑架，支撑架上表面安装筛网，输气管Ⅰ、输气管Ⅱ端口设置在反应室下侧，输气管Ⅰ与输气管组连接。
所述多层设置的反应室有2-4层。
所述反应室中最上层反应室上设有净化室，最下层反应室下设有净化室。
所述反应室的隔断空间是净化室的隔断空间的1.2-1.5倍。
所述反应炉炉壁连接处设有密封装置。
所述筛网由3片相同的扇形筛片水平平铺。
所述反应炉内侧炉壁上设有保温层。
所述输气管Ⅰ为“L”型管，所述输气管Ⅰ一端设置于路炉外底部，输气管Ⅰ炉内竖直部分穿过支撑架，另一端设置于上盖内，输气管Ⅰ与上盖内连通，上盖内输气管Ⅰ一端水平设置。
一种生物质生产活性炭的炭化-活化方法，包括一下步骤：
在每层反应室内填入待炭化-活化的生物质，在净化室内填入活性炭；
安装底座，底座水平固定后，依次把下层净化室、单层或多层反应室、上层净化室、上盖安装，并使用固定装置锁紧，输气管路依次连通；
向输送管Ⅰ内输送热解气，热解气的温度为700℃～800℃，热解气为H2、CO、C3H6、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO2、水蒸气的混合物、热解气从输气管Ⅰ输入生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉中，控制流量流量为50-60 Nm3/h，热解气流通时间40-60min，先经过最上层净化室，过滤热解气中的灰尘，再进入反应室与生物质发生热解反应，其中热解气中的CO2、水蒸气是热解反应的活化剂，反应后可以得到可燃性气体、焦油和焦炭，可燃性气体包括H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8，热解后的气体通过最下层净化室，控制流速0.1～0.15m/s，以保证过滤充分，通过活性炭净化气体中的焦油和灰尘，最后通过输气管Ⅱ排出炉外；正向反应结束后反应气再由输气管Ⅱ进入炉内，自下而上再次对生物质进行炭化和活化从输气管Ⅰ排出炉外；还可以先从输气管Ⅱ进气，气流经过反应炉后，由输气管Ⅰ排出，再经输气管Ⅰ进气，输气管Ⅱ排气。
反应室内的生物质的直径尺寸为φ8mm～φ12mm，长度为10mm～12mm，密度为0.9～1.4kg/m3～。
使用本发明效果显著：采用在反应炉上下分别设置的输气管，实现对生物质的双向反应，在一次反应结束后，反应气逆向再次反应，提高反映效率；反应室两端设置的净化室实现炉内反应净化共同完成，提供一个清洁干燥的反应环境，同时反应气输出反应炉后可以直接使用，不需要再加工，简化反应气回收使用的后续工艺步骤。
本发明同时提供一种生物质生产活性炭的炭化-活化方法，利用前次炭化-活化反应产生的可燃性气体燃烧提供热解气需要的热量，同时燃烧过程中产生的水蒸气、CO2作为炭化-活化过程中的催化剂、活化剂，不需要外界添加催化剂，热解后的可燃性气体为下次热解提供能源和催化剂，实现外来能源零供给，反应后的热解气直接通过活性炭过滤焦油，降低可燃气中的焦油含量，提升可燃气体热值。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明反应室和净化室与炉体连接处的放大图；
图3是本发明一次反应反应气流向示意图；
图4是发明二次反应反应气流向示意图。
图中1-底座，2-净化室，3-反应室，4-筛网，5-上盖，6-保温层，7-吊耳，8-固定装置，9-密封装置，10-支撑架，11-输送管组，12-输气管Ⅰ，13-输气管Ⅱ。
具体实施方式
实施例1
图1为本发明结构示意图。
如图1所示，本实施例提供一种生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，包括反应室3，其还包括输气管Ⅰ12、输气管Ⅱ13、输送管组11、支撑架10和筛网4，所述反应室3上、下面设有支撑架10，支撑架10上表面有设筛网4，筛网4上设有筛孔。筛网4作为生物质或者活性炭的承载板，固定在支撑架10上，支撑架10采用不锈钢304材质，每组筛网4均由相同的3片扇形筛片组成，便于安装及更换，同时保证气流均匀分布，使反应充分、完全。
输气管Ⅰ12连接输送管组11，输送管组11另一端设置在反应室3上侧，输气管Ⅱ13一端设置在反应室3下侧。其中反应室3为3层，分层反应室3中都装载生物质。反应炉最上端设有上盖5，上盖5作为密封的一部分，同时作为气体流通的一部分，热解气在上盖5内部通过。
本实施例中反应炉炉壁连接处设有密封装置9，密封装置9为石墨盘根，但本发明中的密封装置9不限于石墨盘根密封，石墨盘根安装在底座1、净化室2、反应室3上端面的沟槽内，此密封设计密封效果好，便于操作。另外为了使整个设备的密封效果更佳，采用的自制的快捷式固定装置，本发明不限于石墨盘根密封，还可以根据需要选择耐热橡胶密封，密封垫密封等其他形式密封。反应炉内侧炉壁上设有保温层6，此保温层6采用锅炉内壁保温层办法，用耐火混凝土浇筑，其中耐火水泥20%，低铝矾土80%。每层净化室2、反应室间3的密封装置9可以通过固定装置8锁紧。
首先将生物质放入反应室3，把炭化-活化双向反应炉各部分组装在一起，采用自制的快捷式固定装置，把设备的密封装置9压紧增强密封效果；通过其控制系统将700℃～800℃的高温气体从输气管Ⅰ12把高温反应气输入炉内，反应气依次通过三层反应室，通过控制高温气体在炭化-活化双向反应炉中的反应时间来实现对生物质的炭化和活化，烟气由输气管Ⅱ13排出；之后反应气再又输气管Ⅱ13进入炉内，自下而上再次对生物质进行炭化和活化。
本反应炉还可以在每层净化室2、反应室3侧壁外设置吊耳7，吊耳7设置适当，保持吊起平衡。
实施例2
本实施例着重说明带有净化室的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉。
本实施例中最上层反应室3上设有净化室2，最下层反应室3下设有净化室2，反应气完成在反应室3中的炭化和活化后通过净化室2，净化室2中装有活性炭，活性炭具有吸附焦油和灰尘的功能，起到净化反应气的功能。
本发明还可以采用其他气道设置方式。
输气管Ⅰ12与输送管组11的下端相连，输送管组11的上端与物料的上端相通。输气管Ⅱ13与输气管Ⅰ12水平对称设置，与物料的下端相通。这种输气管组的设置方式，可以使反应气在反应炉内分布均匀，从而使反应均匀充分，同时还能使反应炉外管组设备减少。反应气流动方向如图3、图4所示。
本实施例不局限于上述实施例所记载的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，密封装置的改变、保温层的改变、材料的改变均在本发明的保护范围之内。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各个实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行同等替换，而对这些修改和替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
实施例3
本发明还提供一种生物质生产活性炭的炭化-活化方法，包括以下步骤：
Ⅰ.燃烧阶段：利用沼气罐中产生的沼气和前段碳化过程中生成的热解气，燃烧沼气和热解气产生高温烟气；
Ⅱ.换热反应阶段：利用沼气罐中产生的沼气和炭化过程中生成的热解气，控制输送量，热解气与燃烧阶段产生的高温烟气充分换热，使热解气的温度达到700℃-800℃，将输送到碳化炉内，使热解气与生物秸秆反应，实现炭化-活化；
Ⅲ.冷却阶段：利用沼气罐中产生的沼气和炭化过程中生成的热解气，输入到反应后的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉内，使其炉内的温度降到50℃左右，然后将50℃左右热解气与高温烟气换热进入下一台炭化炉反应；（注：一套系统设备中有2～3个炭化炉，给炉1降温后在升温进入到炉2中循环使用）。
Ⅳ.净化阶段：将换热后的低温烟气输送到炭化炉内，将在反应过程中生成的热解气冲刷干净，排放到大气中。
实施例4
本实施例着重说明炭化-活化反应在生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉内的工作方法。
反应室内的生物质的直径尺寸为φ8mm～φ12mm，长度为10mm～12mm，密度为0.9～1.4kg/m3。热解气经过换热器加热到700℃～800℃，从输气管Ⅰ12输入生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉中，先经过最上层净化室2，过滤热解气中的灰尘，再进入反应室3与生物质发生热解反应，得到可燃性气体，可燃性气体的成分主要是由H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8组成，其中燃烧阶段产生的CO2、水蒸气是热解反应的活化剂，反应后可以得到可燃性气体、焦油和活性炭，热解后的可燃性气体通过最下层净化室2，通过活性炭净化气体中的焦油和灰尘，最后通过输气管Ⅱ13排出炉外；正向反应结束后反应气再由输气管Ⅱ13进入炉内，自下而上再次对生物质进行炭化和活化从输气管Ⅰ12排出炉外。
Claims (9)
1.生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：反应室包括输气管Ⅰ、输气管Ⅱ、支撑架和筛网，所述反应室为一层或多层设置，各反应室下面安装支撑架，支撑架上表面安装筛网，输气管Ⅰ、输气管Ⅱ端口设置在反应室下侧，输气管Ⅰ与输气管组连接；所述输气管Ⅰ为“L”型管，所述输气管Ⅰ一端设置于炉外底部，输气管Ⅰ炉内竖直部分穿过支撑架，另一端设置于上盖内，输气管Ⅰ与上盖内连通，上盖内输气管Ⅰ一端水平设置，输气管Ⅰ与输送管组的下端相连，输送管组的上端与物料的上端相通；所述输气管Ⅱ与输气管Ⅰ水平对称设置，与物料的下端相通。
2.根据权利要求1所述的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：所述多层设置的反应室有2-4层。
3.根据权利要求2所述的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：所述反应室中最上层反应室上设有净化室，最下层反应室下设有净化室。
4.根据权利要求3所述的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：所述反应室的隔断空间是净化室的隔断空间的1.2-1.5倍。
5.根据权利要求1所述的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：所述反应炉炉壁连接处设有密封装置。
6.根据权利要求1所述的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：所述筛网由3片相同的扇形筛片水平平铺。
7.根据权利要求1-6任一所述的生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉，其特征在于：所述反应炉内侧炉壁上设有保温层。
8.一种利用权利要求1所述生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉的生产活性炭的炭化-活化方法，其特征在于：包括以下步骤：
在每层反应室内填入待炭化-活化的生物质，在净化室内填入活性炭；
安装底座，底座水平固定后，依次把下层净化室、单层或多层反应室、上层净化室、上盖安装，并使用固定装置锁紧，输气管路依次连通；
向输送管Ⅰ内输送热解气，热解气的温度为700℃～800℃，热解气为H2、CO、C3H6、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO2、水蒸气的混合物、热解气从输气管Ⅰ输入生物质生产活性炭的炭化-活化双向反应炉中，控制流量流量为50-60 Nm3/h，热解气流通时间40-60min，先经过最上层净化室，过滤热解气中的灰尘，再进入反应室与生物质发生热解反应，其中热解气中的CO2、水蒸气是热解反应的活化剂，反应后可以得到可燃性气体、焦油和焦炭，可燃性气体包括H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8，热解后的气体通过最下层净化室，控制流速0.1～0.15m/s，以保证过滤充分，通过活性炭净化气体中的焦油和灰尘，最后通过输气管Ⅱ排出炉外；正向反应结束后反应气再由输气管Ⅱ进入炉内，自下而上再次对生物质进行炭化和活化从输气管Ⅰ排出炉外；还可以先从输气管Ⅱ进气，气流经过反应炉后，由输气管Ⅰ排出，再经输气管Ⅰ进气，输气管Ⅱ排气。
9.根据权利要求8所述的一种生物质生产活性炭的炭化-活化方法，其特征在于：反应室内的生物质的直径尺寸为φ8mm～φ12mm，长度为10mm～12mm，密度为0.9～1.4kg/m3～。
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