CN103708452B - 一种生物质的自热式连续炭化活化加工方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种生物质的自热式连续炭化活化加工方法，包含如下步骤：将生物质物料送入干燥/炭化一体炉，并通入热风，干燥及炭化初始生物质物料，关闭热风；向干燥/炭化一体炉中抽入定量空气，燃烧初始生物质物料炭化过程中形成的可燃挥发分，产生的热量用于后续生物质物料干燥、升温及炭化，形成炭化料和混合气；炭化料送入外热式活化炉进行活化，形成活化料及活化气体；活化气体和混合气送入外热式活化炉的燃烧室燃烧，维持外热式活化炉温度，其余热则通入余热锅炉换热制备水蒸汽；水蒸汽一部分通入外热式活化炉，剩余进入蒸汽发电机组进行发电。本发明所述加工方法依靠整个加工过程产生的热量自身维持就可以，从而达到节能减排、高效利用能量的效果。

Description

一种生物质的自热式连续炭化活化加工方法及其装置

技术领域

本发明涉及生物质资源利用技术领域，特别是木质纤维素生物质废弃物的综合利用和清洁转化的加工方法，具体说是一种集成粉末状生物质原料干燥、炭化、活化生产活性炭、热解气燃烧加热活化炉后制蒸汽并用于发电的生物质的自热式连续化炭化活化加工方法及其装置。

背景技术

活性炭由于具有优异的吸附特性而广泛应用于各行各业中，例如医药、食品、日常生活、环境保护、能源、化工、材料、冶金等，已成为生产生活中必备的、重要的工业产品。

以生产活性炭的原料来划分，大体分为煤质活性炭和木质活性炭两类。从生产活性炭的工艺方法来划分，可分为物理法和化学法两大类。而木质物理法活性炭由于原料和活化剂（水蒸汽和二氧化碳）清洁、产品无污染而备受欢迎。木质活性炭的原料也可分为两大类：一类是以椰壳、橡胶壳、杏壳、核桃壳等果壳为代表的颗粒状原料，另一类是以木屑、竹屑、稻壳、糠醛渣等为代表的粉末状原料。颗粒状木质原料的炭化活化可通过土窑炉、耙式炉、转炉等设备实现。但针对木屑、竹屑、稻壳、糠醛渣等粉末状高含水物料，目前几乎没有集原料干燥、炭化、活化、余热利用于一体的连续化生产物理法木质粉末活性炭的工艺及其设备。中国专利ZL200820102532.6公开了一种可连续炭化、活化生产物理炭的转炉，包括呈倾斜状放置的炭化段转炉和倾斜位于下侧并与炭化段转炉相串接的活化段转炉，其炭化段转炉与活化段转炉对接处之间分别设有用以防止炉内物料外泄且可相对转动的密封连接件。但未说明干燥、炭化、活化的供热是通过什么方式实现的，也未指出从炉子出来的余热是否利用。中国专利201110237368.6公开了一种纤维素工业生物质废弃物的加工方法及其工艺装置，将纤维素工业生物质原料供入干燥系统，由来自炭化过程中挥发份燃烧产生的高温烟气提供热量，使原料得以干燥；干燥原料经气固分离器分离后，进入炭化反应器部分热解炭化，依靠燃烧挥发分维持反应器内的温度和炭化所需要的热量，所得到的炭化反应中间产物在进入提升管活化炉，在氧化性介质和活化剂的作用下制得活性炭，活化炉内的温度是通过燃烧部分炭化料提供的热量来维持的，活化的高温气固产物通过换热制备系统需要的蒸汽。这个工艺过程采用完全自热的连续运行方式，但是原料的干燥与炭化过程是分别在滚筒干燥器和（旋风）炭化炉两个反应器中进行的，而且在提升管反应器内的活化温度是通过燃烧部分炭化料提供的热量来维持的，从而降低了活性炭的产率。中国专利ZL200720116294.X公开了一种自热炭化活化一体回转炉，由进料口、废热锅炉、第一托轮、第一托圈、传动齿圈、回转炉体、第二托轮、第二托圈、保温层、抄料板、回转炉炉头、炉内胆、炉内拱、煤气燃烧孔、蒸汽加入管、进风孔、炉内墙、出料口、蒸汽管支架、炉内胆支臂、电机、减速机构成。但设备本身未能实现自热平衡，需要单设锅炉自供蒸汽。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种一种生物质的自热式连续炭化活化加工方法及其装置，解决现有工艺方法及设备存在的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种生物质的自热式连续炭化活化加工方法，包含如下步骤：将含水量为质量百分含量小于等于40%的生物质物料送入干燥/炭化一体炉；向干燥/炭化一体炉中通入热风，干燥及炭化初始生物质物料，关闭热风；采用引风机向干燥/炭化一体炉中抽入定量空气，所述空气与初始生物质物料炭化过程中释放出的可燃挥发分接触燃烧，产生热量及热烟气；在所述引风机的作用下，携带有热量的热烟气与未燃烧挥发分的混合气从干燥/炭化一体炉的出料端流向进料端的出风口，并与后续送入的生物质物料接触，使生物质物料预热、干燥及炭化，形成炭化料；将炭化料密闭送入外热式活化炉并通入水蒸汽，进行炭化料活化，形成活化料及活化气体；所述活化气体和混合气共同密闭送入外热式活化炉的燃烧室，进行燃烧，维持活化炉温度；燃烧室产生的余热通入余热锅炉换热，加热余热锅炉，产生水蒸汽；所述水蒸汽一部分通入外热式活化炉，剩余进入蒸汽发电机组进行发电。

进一步的，所述生物质物料为颗粒状，粒径尺寸小于等于10毫米。

进一步的，所述生物质物料为片状，厚度小于等于10毫米、长和宽均小于等于50毫米。

进一步的，所述炭化的温度为400至800摄氏度。

进一步的，所述活化的温度为800至1000摄氏度。

进一步的，所述生物质物料包括木屑、竹屑、稻壳、糠醛渣、白酒糟、醋糟、甘蔗渣或茶渣。

一种生物质的自热式连续炭化活化加工装置，依次包括干燥/炭化一体炉、外热式活化炉、余热锅炉和蒸汽发电机组，其中：所述干燥/炭化一体炉的出料端与外热式活化炉的入口相连接，用于向外热式活化炉提供炭化料；所述外热式活化炉的入口通过管道连接余热锅炉，作为水蒸汽进入外热式活化炉的通道；所述干燥/炭化一体炉与外热式活化炉之间设置有引风机，所述引风机一端连接干燥/炭化一体炉进料端的出风口，另一端连接外热式活化炉的燃烧室，用于将定量空气抽入干燥/炭化一体炉，并将干燥/炭化一体炉中产生的混合气抽出送入外热式活化炉的燃烧室。

进一步的，所述外热式活化炉内部设置有螺旋片和导流板。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：

1、本发明实现了对生物质废弃物连续化大批量炭化处理，并且能够处理含水量小于等于40%的生物质废弃物，具有干燥、炭化一体化流程；

2、本发明干燥/炭化一体炉中燃烧挥发分所需的空气由引风机吸入，无需另外设置鼓风机供风，节省了能量消耗；

3、本发明中从干燥/炭化一体炉出来的炭化料无需降温，即可直接送入外热式活化炉进行活化反应，提供了能量利用；

4、本发明中干燥/炭化一体炉产生的混合气及外热式活化炉产生的活化气体在燃烧室内被充分燃烧，使得排放的热烟气中污染物浓度远低于国家排放标准，具有良好的环保效果；

6、本发明的加工方法采用自热式反应，不需要额外供热，蒸汽发电机组产生的电能除本发明所用设备用外，剩余的还可以外供，并且低温热烟气或蒸汽还可以用于生物质物料的预干燥，从而形成良好的节能减排效果。

附图说明

图1 为本发明具体实施例加工方法流程示意图。

图2为本发明具体实施例加工装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为解决现有工艺方法及设备存在的问题，本发明的发明人提出一种解决的技术方案，具体工艺流程如图1所示：步骤S11：将含水量为质量百分含量小于等于40%的生物质物料送入干燥/炭化一体炉；步骤S12：向干燥/炭化一体炉中通入热风，干燥及炭化初始生物质物料，关闭热风；步骤S13：采用引风机向干燥/炭化一体炉中抽入定量空气，所述空气与初始生物质物料炭化过程中释放出的可燃挥发分接触燃烧，产生热量及热烟气；在所述引风机的作用下，携带有热量的热烟气与未燃烧挥发分的混合气从干燥/炭化一体炉的出料端流向进料端的出风口，并与后续送入的生物质物料接触，使生物质物料预热、干燥及炭化，形成炭化料；步骤S14：将炭化料密闭送入外热式活化炉并通入水蒸汽，进行炭化料活化，形成活化料及活化气体；步骤S15：所述活化气体和混合气共同密闭送入外热式活化炉的燃烧室，进行燃烧，维持活化炉温度；步骤S16：燃烧室产生的余热通入余热锅炉换热，加热余热锅炉，产生水蒸汽；步骤S17：所述水蒸汽一部分通入外热式活化炉，剩余进入蒸汽发电机组进行发电。

上述技术方案，一旦干燥/炭化一体炉进行工作，也即开始炭化，则热风便无需再供应，也即步骤S12不用在执行，只需步骤S11和步骤S13至步骤S17重复循环进行。

本发明实施例通过利用生物质物料炭化时会释放可燃挥发分的特点，将定量空气引入与高温的挥发分接触燃烧，利用燃烧释放的热量干燥后续生物质物料，并将燃烧产生的热烟气及未燃烧的挥发分形成的混合气引至外热式活化炉的燃烧室燃烧，维持外热式活化炉的温度，使活化能够持续进行；并且从燃烧室出来的热烟气通过换热加热余热锅炉，产生水蒸汽；所述水蒸汽大部分供给蒸汽发电机组发电，剩余送入活化炉参与反应活化炭化料；蒸汽发电机组所发电量用于提供本发明所用到的设备的动力，其余用于外供；最终的废热蒸汽及热烟气可以用来预干燥生物质物料，从而实现自热式连续炭化活化生物质。

下面结合具体实施例对本发明的加工方法作进一步的阐述。

如图2所示，本发明具体实施例加工装置的基本连接方式按照物料的流向依次包括：干燥/炭化一体炉1、外热式活化炉2、余热锅炉3、蒸汽发电机组4。其中：所述干燥/炭化一体炉1的出料端12与外热式活化炉2的入口以螺旋供料方式相连接，用于向外热式活化炉2提供炭化料；所述外热式活化炉2的入口通过管道连接余热锅炉3，作为水蒸汽进入外热式活化炉2的通道；所述干燥/炭化一体炉1与外热式活化炉2之间设置有引风机5，所述引风机5一端连接干燥/炭化一体炉1进料端11的出风口，另一端连接外热式活化炉2的燃烧室，用于将定量空气抽入干燥/炭化一体炉1，并将干燥/炭化一体炉1中产生的混合气抽出送入外热式活化炉2的燃烧室。

所述外热式活化炉1内部设置了螺旋片和导流板（未示出），增强炭化料的流动性及其与水蒸汽活化剂的接触性，提高活化质量。

所述余热锅炉3和蒸汽发电机组4的尾气通过引风机7收集排放或者用于预干燥生物质物料。

利用上述加工装置，本发明具体实施例的加工流程步骤如下：

步骤一：将含水量为质量百分含量小于等于40%的生物质物料从干燥/炭化一体炉1的进料端13送入。

所述生物质物料是木材加工中产生的废料木屑，其含水率百分含量小于30%，干基木屑的挥发分含量为75~80 %，固定碳含量为18~20 %。当然，所述生物质物料也可以是其他的竹屑、稻壳、糠醛渣、白酒糟、醋糟、甘蔗渣或茶渣的一种或几种混合形成。

所述生物质物料为颗粒状，粒径尺寸小于等于10毫米，优选8毫米。所述生物质物料也可以为片状，厚度小于等于10毫米、长和宽均小于等于50毫米，一般采用厚度10毫米，长宽均为50毫米。

所述干燥/炭化一体炉1具有进料端11和出料端12，并且进料端一侧还设置有一出风口13，出料端12一侧设置有进风口14。

步骤二：向干燥/炭化一体炉1中通入热风，干燥及炭化初始生物质物料，关闭热风。

由于刚开始时，干燥/炭化一体炉1并没有工作，因此，需要通入热风进行启动。所述热风采用引风机或其他送风设备将300到400摄氏度的热风从干燥/炭化一体炉1的进风口14送入，使一开始送入的生物质物料能够干燥、升温，并发生炭化作用，然后停止热风，依靠系统自身的热量维持干燥/炭化的连续进行。

上述步骤一和步骤二中，也可以先执行步骤二，即通入热风，后再送入生物质物料。

步骤三：采用引风机5向干燥/炭化一体炉1中抽入定量空气，所述空气与初始生物质物料炭化过程中释放出的可燃挥发分接触燃烧，产生热量及热烟气；在所述引风机5的作用下，携带有热量的热烟气与未燃烧挥发分的混合气从干燥/炭化一体炉1的出料端12流向进料端11的出风口13，并与后续送入的生物质物料接触，使生物质物料预热、干燥及炭化，形成炭化料。

通过控制引风机5的速度，可以控制引风机5抽入干燥/炭化一体炉1内的空气速度，也即控制了每小时空气进入干燥/炭化一体炉1的量。

所述炭化过程的炭化温度为400至800摄氏度，优选400摄氏度。

步骤四：将炭化料密闭送入外热式活化炉2并通入水蒸汽，进行炭化料活化，形成活化料及活化气体。

步骤五：所述活化气体和混合气共同密闭送入外热式活化炉2的燃烧室21，进行燃烧，维持活化温度。

步骤六：燃烧室21产生的余热通入余热锅炉3换热，加热余热锅炉3，产生水蒸汽。

上述步骤四至步骤六中步骤四和步骤五顺序可调，而这三步是相互作用的。步骤四中的水蒸汽由步骤六中的余热锅炉3产生，步骤五中燃烧室21的燃烧气体来自于干燥/炭化一体炉1中的混合气和外热式活化炉2在活化炭化料时产生的热烟气。

所述活化温度为800至1000摄氏度，优选1000摄氏度。

所述外热式活化炉2的燃烧室21与活化腔是隔开的，由燃烧室21给活化腔供热，维持活化腔的温度。

步骤七：所述水蒸汽一部分通入外热式活化炉2，剩余进入蒸汽发电机组4进行发电。

所述蒸汽发电机组4产生的电力部分供给生产自用，其余的可外供。而从余热锅炉3和蒸汽发电机组4中出来的带有余热的尾气可以用于生物质物料的预干燥。

上述整个加工过程，除了一开始需要热风进行启动处理以外，后续的过程依靠整个加工过程产生的热量自身维持就可以，从而达到节能减排、高效利用能量的效果。

本发明的另一具体实施例是干燥/炭化一体炉出来的炭化料直接作为产品出售，因此，可以省去外热式活化炉的设置。

本发明具体实施例通过利用生物质物料炭化时会释放可燃挥发分的特点，将定量空气引入与高温的挥发分接触燃烧，利用燃烧释放的热量干燥后续生物质物料，并将燃烧产生的热烟气及未燃烧的挥发分形成的混合气引至外热式活化炉的燃烧室燃烧，维持外热式活化炉的温度，使活化能够持续进行；并且从燃烧室出来的热烟气通过换热加热余热锅炉，产生水蒸汽；所述水蒸汽大部分供给蒸汽发电机组发电，剩余送入活化炉参与反应活化炭化料；而且最终的废热蒸汽及热烟气可以用来预干燥生物质物料，从而实现自热式连续炭化活化生物质。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种生物质的自热式连续炭化活化加工方法，其特征在于，包含如下步骤：

将含水量为质量百分含量小于等于40%的生物质物料送入干燥/炭化一体炉；

向干燥/炭化一体炉中通入热风，干燥及炭化初始生物质物料，关闭热风；

采用引风机向干燥/炭化一体炉中抽入定量空气，所述空气与初始生物质物料炭化过程中释放出的可燃挥发分接触燃烧，产生热量及热烟气；在所述引风机的作用下，携带有热量的热烟气与未燃烧挥发分的混合气从干燥/炭化一体炉的出料端流向进料端的出风口，并与后续送入的生物质物料接触，使生物质物料预热、干燥及炭化，形成炭化料；

将炭化料密闭送入外热式活化炉并通入水蒸汽，进行炭化料活化，形成活化料及活化气体；

所述活化气体和混合气共同密闭送入外热式活化炉的燃烧室，进行燃烧，维持活化炉温度；

燃烧室产生的余热通入余热锅炉换热，加热余热锅炉，产生水蒸汽；

所述水蒸汽一部分通入外热式活化炉，剩余进入蒸汽发电机组进行发电。

2.根据权利要求1所述生物质的自热式连续炭化活化加工方法，其特征在于，所述生物质物料为颗粒状，粒径尺寸小于等于10毫米。

3.根据权利要求1所述生物质的自热式连续炭化活化加工方法，其特征在于，所述生物质物料为片状，厚度小于等于10毫米、长和宽均小于等于50毫米。

4.根据权利要求1所述生物质的自热式连续炭化活化加工方法，其特征在于，所述炭化的温度为400至800摄氏度。

5.根据权利要求1所述生物质的自热式连续炭化活化加工方法，其特征在于，所述活化的温度为800至1000摄氏度。

6.根据权利要求1所述生物质的自热式连续炭化活化加工方法，其特征在于，所述生物质物料包括木屑、竹屑、稻壳、糠醛渣、白酒糟、醋糟、甘蔗渣或茶渣。

7.一种生物质的自热式连续炭化活化加工装置，其特征在于，依次包括干燥/炭化一体炉、外热式活化炉、余热锅炉和蒸汽发电机组，其中：

所述干燥/炭化一体炉的出料端与外热式活化炉的入口相连接，用于向外热式活化炉提供炭化料；

所述外热式活化炉的入口通过管道连接余热锅炉，作为水蒸汽进入外热式活化炉的通道；

所述干燥/炭化一体炉与外热式活化炉之间设置有引风机，所述引风机一端连接干燥/炭化一体炉进料端的出风口，另一端连接外热式活化炉的燃烧室，用于将定量空气抽入干燥/炭化一体炉，并将干燥/炭化一体炉中产生的混合气抽出送入外热式活化炉的燃烧室。

8.根据权利要求7所述的生物质的自热式连续炭化活化加工装置，其特征在于，所述外热式活化炉内部设置有螺旋片和导流板。