CN103922334A - 白酒糟制备活性炭的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开白酒糟制备活性炭的方法，包括以下步骤：预干、干燥、炭化、活化、热解产物回收、冷却、精制。实现白酒糟的下游产品增值大于成本投入，经济效益高，同时满足节能减排的需求，促进白酒业的产业升级，对发展循环经济意义重大。本发明还公开了白酒糟制备活性炭的装置，包括由从上向下依次设置的干燥段、炭化段、活化段、冷却段、卸料段组成的一体化炉，以及气流干燥送料系统、燃烧炉、燃气锅炉，所述干燥段的换热元件为并排交替设置的收气角盒和放气角盒，使热烟气在干燥段形成多股横向气流，穿过干燥段的物料侧向受力，难以形成架桥，使一体化炉在处理白酒糟时可以正常运行。

Description

白酒糟制备活性炭的方法及装置

技术领域

本发明涉及有机固废循环利用领域，具体涉及白酒糟制备活性炭的方法及装置。

背景技术

白酒是以粮谷为主要原料，以大曲、小曲或麸曲及酒母等为糖化发酵剂，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏而制成的中国特有的蒸馏酒。白酒糟是酿制白酒的副产品，白酒原料中的大部分淀粉在发酵过程中被利用，蛋白质、脂肪和剩余少量淀粉残留在白酒糟中，理论上有利用价值，但由于发酵过程中加入了大量稻壳作为发酵填充物，分离、回收白酒糟中蛋白质、脂肪和淀粉的工艺技术难度大，收益低于成本。

据统计，中国年产白酒糟达1500万吨以上，量大而集中，如果不及时处理就会腐败变质，不仅浪费宝贵的资源，还会严重污染周围环境，因此，白酒糟的综合利用对中国的资源开发和环境保护具有十分重要的意义。白酒糟成分复杂，含水量高，不易储存又含有大量不易利用的稻壳，所以目前白酒糟一部分作为牲畜饲料处理，但是适口性差，还有一部分混于煤中供作链条炉燃料，附加值低。稻壳是一种富碳资源，因此，用白酒糟制活性炭是增值潜力最大、最理想的利用途径；相比存在收集困难问题的秸秆，白酒糟产量大、来源集中，可能成为制备多孔活性炭材料最理想的原料。

迄今为止，国内外只有少量白酒糟制活性炭研究报告，而且只是在实验室条件下证明其技术上的可能性，尚鲜有白酒糟制活性炭中试和商业案例报导，原因主要在于：一方面，新鲜的白酒糟含水率高达60~80%，易腐败变质，难以储存，因此需要配备处理量与白酒糟产量相适应的大型脱水设备，白酒糟的下游产品增值小于脱水设备运行的能耗；另一方面，白酒糟的流动性差，在进行干燥、炭化、活化以及装、卸料进程中如何使物料流动顺畅，也是一个技术上的难题。

由发明人提出的申请号为：CN201310120156.9的专利申请文件中公开了一种“固体含碳物干燥、炭化、活化一体化的方法和设备”，将固体含碳物加工处理过程中产生的热解产物回收作为燃料，为物料加工处理过程提供所需热量，大大降低了固体含碳物加工处理的能耗，工业规模（5T含湿40%的城市污泥/天）实施实践证明：用自产燃气作为燃料，过程所需能量无需外供，还自持有余，确保下游产品增值大于成本投入，经济效益高；另外，采用由料封段、干燥段、炭化段，活化段、冷却段、卸料段和若干过渡段组合而成竖井式一体化炉，物料靠物料自重通过一体化炉的各段，解决了固体含碳物流动性差的问题；但是在实际运行中发现，上述一体化炉只适用于处理视比重大于0.75g/cm³的物料，如城市污泥、印度褐煤，在处理含水率15%时视比重只有0.21g/cm³的白酒糟时，由于其结构膨松，视比重和真比重都很小，在一体化炉内容易架桥，使一体化炉不能正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供白酒糟制备活性炭的方法及装置，可以解决竖井式一体化炉在处理白酒糟时容易架桥的问题，使一体化炉能正常运行，采用综合利用措施，以获得高附加值的木焦油、木醋液、白炭黑和精品活性炭。

本发明通过以下技术方案实现：

白酒糟制备活性炭的方法，包括以下步骤：

a. 预干：将鲜白酒糟预干得到含水率20~30%的半干白酒糟；

b. 干燥：将步骤a所得半干白酒糟加热干燥，得到温度为100~110℃，含水率小于10%的物料；

c. 炭化：将步骤b所得物料加热到450~550℃，得到气态热解产物和温度为450~550℃的固态物料；

d. 活化：将步骤c 所得固态物料加热到750~850℃，通入100℃饱和蒸汽进行活化反应，得到粗品活性炭和水煤气；

e. 热解产物回收：将步骤c所得气态热解产物和步骤d所得水煤气送入热解产物回收系统，获得燃气、木焦油及木醋水溶液；

f. 冷却：将步骤d所得粗品活性炭冷却至自燃点以下；

g. 精制：将步骤e所得粗品活性炭送入活性炭精制和白炭黑生产系统处理，获得精品活性炭及副产品水玻璃或白炭黑。

本发明的进一步改进方案是，步骤a 先将鲜白酒糟机械脱水至含水率30~40%，再采用气流预干得到含水率20~30%的半干白酒糟。

白酒糟制备活性炭的装置，包括一体化炉、燃烧炉、燃气锅炉，所述一体化炉包括从上向下依次设置的干燥段、炭化段、活化段、冷却段、卸料段，以及各段之间的过渡段，所述干燥段、炭化段、活化段、冷却段中分别设有换热元件，所述燃烧炉产生的热烟气从下向上依次通过活化段、炭化段、干燥段的换热元件，所述燃气锅炉产生蒸汽送入活化段，干燥段的换热元件为并排交替设置的收气角盒和放气角盒，还包括气流干燥送料系统，所述白酒糟经气流干燥送料系统送入干燥段入口；相邻的收气角盒和放气角盒侧板之间为料道，所述收气角盒和放气角盒的侧板倾斜设置，使料道下端的出料口宽度大于上端的进料口宽度。

所述收气角盒和放气角盒的顶盖呈人字形，人字形顶盖的两端分别连接于两侧板的上端；所述收气角盒和放气角盒的两侧板分别倾斜设置且下端相互靠拢，使得收气角盒和放气角盒之间的料道出料口的宽度大于进料口的宽度；所述收气角盒的两侧板下端之间留有间隙使收气角盒底部成开口状态，所述放气角盒的两侧板下端之间连接使收气角盒底部成封闭状态；所述收气角盒和放气角盒的两侧板为筛孔板；所述放气角盒一端封闭，另一端连通干燥段进烟气总道，所述干燥段进烟气总道通过炭化段-干燥段烟气连通管连通炭化段；所述收气角盒一端封闭，另一端通过干燥段壁上的烟气出口排出烟气。

炭化段的换热元件为并列设置的多个板片式换热元件，相邻的板片式换热元件侧板之间为料道，所述板片式换热元件侧板倾斜设置，使料道下端的出料口宽度大于上端的进料口宽度。

所述板片式换热元件设有一层或多层；当板片式换热元件设有多层时，相邻的两层板片式换热元件交错设置。

所述炭化段和活化段之间的过渡段上设有热解产物出口，炭化段产生的热解产物和活化段产生的可燃气通过热解产物出口进入热解产物回收系统，为燃烧炉和燃气锅炉提供燃料。

所述热解产物回收系统包括旋风除尘器、冷凝冷却器、煤气鼓风机、煤气柜、油水分离器，炭化段产生的热解产物和活化段产生的可燃气经旋风除尘器送入冷凝冷却器产出液态产物和煤气，其中液态产物送入油水分离器，煤气由煤气鼓风机送入煤气柜，煤气柜以管道分别连通至燃烧炉和燃气锅炉。

所述气流干燥送料系统包括鲜料罐、螺旋给料机、气流输送机、拦截器、振动布料器，所述螺旋给料机的进料口连通于鲜料罐的出料口，所述螺旋给料机的出料口连通气流输送机进料口，所述气流输送机的空气进口连接有排烟机，所述排烟机的引风口通过管道连通至一体化炉的炭化段上部，所述管道上还设有混风阀，所述气流输送机出料口通过提升管连通拦截器，所述振动布料器的进料口连接于拦截器出料口，所述振动布料器的出料口位于干燥段入口上方。

本发明与现有技术相比的优点在于：

一、采用气流干燥送料系统将白酒糟送入一体化炉，降低白酒糟的含水率，避免白酒糟结块，同时干燥段的收气角盒和放气角盒以及炭化段的板片式换热元件的两侧板分别倾斜设置且下端相互靠拢，使得料道形成上窄下宽的结构，避免物料形成架桥，确保物料顺利穿过一体化炉，提高一体化炉运行的稳定性；

二、实现白酒糟的下游产品增值大于成本投入，经济效益高，同时满足节能减排的需求，促进白酒业的产业升级，对发展循环经济意义重大。

附图说明

图1为本发明的白酒糟制备活性炭的装置结构示意图。

图2为一体化炉结构示意图。

图3为图2的剖视图。

图4为图3的B部分放大图。

图5为图3的D部分放大图。

1为鲜料罐，2为螺旋给料机，3为气流输送机，4为提升管，5为排烟机，6为拦截器，7为振动布料器，8为抽风机，9为干燥段，10为烟气出口，11为炭化段-干燥段烟气连通管，12为炭化段，13为活化段-炭化段烟气连通管，14为活化段，15为燃烧炉，16为活化蒸汽进口，17为冷却段，18为热解产物出口，19为卸料段，20为卸料机，21为旋风除尘器，22为冷凝冷却器，23为煤气鼓风机，24为煤气柜，25为油水分离器，26为燃气锅炉，27为混风阀，28为活性炭精制和白炭黑生产系统，30为干燥段排烟气总道，31为干燥段进烟气总道，32为炭化段排烟气总道，33为炭化段进烟气总道，34为活化段排烟气总道，35为活化段进烟气总道，36为天方地圆，38为收气角盒，39放气角盒，40为料道，41为筛孔板，42为程间隔板，43为板片式换热元件，44为管式换热元件，45为螺旋板式水冷器，46为集气罩，47为蒸汽布汽罩。

具体实施方式

如图1~图5所示的白酒糟制备活性炭的装置，包括气流干燥送料系统、一体化炉、燃烧炉15、燃气锅炉26，所述一体化炉包括从上向下依次设置的干燥段9、炭化段12、活化段14、冷却段17、卸料段19，以及各段之间的过渡段，所述干燥段9、炭化段12、活化段14、冷却段17中分别设有换热元件；所述干燥段9上设有干燥段排烟气总道30、干燥段进烟气总道31，所述炭化段上设有炭化段排烟气总道32、炭化段进烟气总道33，所述活化段14上设有活化段排烟气总道34、活化段进烟气总道35，所述干燥段排烟气总道30的烟气出口10连通抽风机8，所述干燥段进烟气总道31通过炭化段-干燥段烟气连通管11与炭化段排烟气总道32连通，所述炭化段-干燥段烟气连通管11上连通有混风阀27，通过吸入空气调节进入干燥段9的烟气温度，所述炭化段进烟气总道33通过活化段-炭化段烟气连通管13与活化段进烟气总道35连通，所述活化段进烟气总道35连通燃烧炉15，燃烧炉15产生的热烟气依次通过活化段14、炭化段12，再穿过干燥段9，从烟气出口10排出；燃烧炉15出口管段上装置了混风阀27，混风阀27吸入空气以调节燃烧炉15产生的热烟气温度；燃烧炉15产生的烟气使活化段14内的温度为750~850℃，通过活化段14的烟气进入炭化段12，使炭化段内的温度为450~550℃，通过炭化段12的烟气与混风阀27吸入的空气混合，进入干燥段9，使干燥段9内的温度为100~110℃。

所述干燥段9的壳体呈方形，所述干燥段9的换热元件为并排交替设置的收气角盒38和放气角盒39，所述收气角盒38和放气角盒39的顶盖呈人字形，人字形顶盖的两端分别连接于两侧板的上端；所述收气角盒38和放气角盒39的两侧板分别倾斜设置且下端相互靠拢，使得收气角盒38和放气角盒39之间的料道40出料口的宽度b2大于进料口的宽度b1；所述收气角盒38的两侧板下端之间留有间隙使收气角盒38底部成开口状态，所述放气角盒39的两侧板下端之间连接使收气角盒38底部成封闭状态；所述收气角盒38和放气角盒39的两侧板为筛孔板41；所述放气角盒39一端封闭，另一端连通干燥段进烟气总道31，所述干燥段进烟气总道31通过炭化段-干燥段烟气连通管11连通炭化段12；所述收气角盒38一端封闭，另一端通过干燥段9壁上的烟气出口10排出烟气。通过炭化段12的烟气经炭化段-干燥段烟气连通管11送入干燥段进烟气总道31，再进入一端连通干燥段进烟气总道31的放气角盒39，然后从放气角盒39两侧筛孔板41流出，穿过料道40进入收气角盒38内腔，所述收气角盒38一端封闭，另一端连通干燥段9壁上的烟气出口10，烟气从烟气出口10外排。

所述炭化段12的壳体呈方形，炭化段12的换热元件为并列设置的多个板片式换热元件43，所述板片式换热元件43设有三层，相邻的两层板片式换热元件43交错设置；所述炭化段排烟气总道32、炭化段进烟气总道33中分别设有程间隔板42，三层板片式换热元件43首尾相连，热烟气依次通过三层板片式换热元件43，使炭化段12内的温度分布均匀，确保炭化段12处理物料的质量；所述板片式换热元件43的两侧板分别倾斜设置且下端相互靠拢，使得相邻的板片式换热元件43之间的料道40出料口的宽度b2大于进料口的宽度b1。

所述活化段14的壳体呈方形，活化段14的换热元件为多层管式换热元件44，活化段排烟气总道34、活化段进烟气总道35中分别设有程间隔板42，多层管式换热元件44首尾相连，热烟气依次通过多层管式换热元件44，使活化段14内的温度分布均匀；所述炭化段12和活化段14之间的过渡段内设有集气罩46，集气罩46与设置在过渡段壁上的热解产物出口18连通，炭化段12产生的热解产物和活化段14产生的可燃气通过热解产物出口18进入热解产物回收系统，为燃烧炉15和燃气锅炉26提供燃料。

所述热解产物回收系统包括旋风除尘器21、冷凝冷却器22、煤气鼓风机23、煤气柜24、油水分离器25，炭化段12产生的热解产物和活化段14产生的可燃气经旋风除尘器21除尘后送入冷凝冷却器22产出液态产物和煤气，其中液态产物送入油水分离器25分离出焦油得到木醋水溶液，煤气由煤气鼓风机23送入煤气柜24，煤气柜24以管道分别连通至燃烧炉15和燃气锅炉26；其中旋风除尘器21为多圈式旋风除尘器，冷凝冷却器22采用螺旋板式换热器。

所述冷却段17的壳体呈圆形，通过天方地圆36与活化段14相连接，天方地圆36的上部壁上设有连通燃气锅炉26的活化蒸汽进口16，活化段14底部还设有蒸汽布气罩47，使从活化蒸汽进口16进入活化段14的蒸汽分布均匀；冷却段17的换热元件为螺旋板式水冷器45，用冷却循环水对物料进行冷却，冷却循环水走螺旋道，物料走直道，将粗品活性炭冷却到自燃点（60℃）以下，由卸料段19下方的卸料机20排出；冷却后的粗品活性炭送入活性炭精制和白炭黑生产系统28处理后可获得精品活性炭及副产品水玻璃或白炭黑，活性炭精制和白炭黑生产系统28为公知技术，不做赘述。

所述气流干燥送料系统包括鲜料罐1、螺旋给料机2、气流输送机3、拦截器6、振动布料器7，所述螺旋给料机2的进料口连通于鲜料罐1的出料口，所述螺旋给料机2的出料口连通气流输送机3进料口，所述气流输送机3的空气进口连接有排烟机5，所述排烟机5的引风口通过管道连通至一体化炉的炭化段12上部，所述管道上还设有混风阀27，通过吸入空气调节送入气流输送机3的烟气温度；所述气流输送机3出料口通过提升管4连通拦截器6，拦截器6顶部为筛网，所述振动布料器7的进料口柔性连接于拦截器6出料口，所述振动布料器7的出料口位于干燥段9入口上方。

含水率60~80%的鲜白酒糟机械脱水至30~40%，送入鲜料罐1，由螺旋给料机2送入气流输送机3，排烟机5鼓入气流输出机3的热烟气将物料吹动流化，从提升管4输送到拦截器6中部，含湿混合气经拦截器6顶部的筛网过滤掉固态物后排出，含水率20~30%的半干白酒糟沉于拦截器6底部，靠自重落入振动布料器7，经振动均匀落入一体化炉的干燥段9入口；干燥段9中采用大通风面、大风量、直接干燥的收气角盒38和放气角盒39，干燥过程的推动力是物料平衡含水率和气体含水率之差，故干燥速度很快，半干白酒糟靠自重通过干燥段9，离开时的物料温度为100~110℃，含水率小于10%；物料在炭化段12中被加热到450~550℃的过程中，伴随着挥发分解，离开干燥段12的为气态热解产物和温度为450~550℃的固态物料，固态物料继续落入活化段14，被加热到活化终温750~850℃，与燃气锅炉26通过活化蒸汽进口16送入的100℃饱和蒸汽接触发生活化反应得到粗品活性炭和水煤气，水煤气和气态热解产物经热解产物出口18导出送入热解产物回收系统，粗品活性炭落入冷却段17冷却至自燃点以下，落入卸料段19，由其底部的卸料机20排出；粗品活性炭送入活性炭精制和白炭黑生产系统28处理后可获得精品活性炭及副产品水玻璃或白炭黑。

白酒糟是典型的富含纤维素的工业生物质废物，因此本发明也适用于处理醋糟、甘蔗渣、中药渣、茶渣或咖啡渣等含碳工业残渣。

Claims (9)

1.白酒糟制备活性炭的方法，其特征在于包括以下步骤：

a. 预干：将鲜白酒糟预干得到含水率20~30%的半干白酒糟；

b. 干燥：将步骤a所得半干白酒糟加热干燥，得到温度为100~110℃，含水率小于10%的物料；

c. 炭化：将步骤b所得物料加热到450~550℃，得到气态热解产物和温度为450~550℃的固态物料；

d. 活化：将步骤c 所得固态物料加热到750~850℃，通入100℃饱和蒸汽进行活化反应，得到粗品活性炭和水煤气；

e. 热解产物回收：将步骤c所得气态热解产物和步骤d所得水煤气送入热解产物回收系统，获得燃气、木焦油及木醋水溶液；

f. 冷却：将步骤d所得粗品活性炭冷却至自燃点以下；

g. 精制：将步骤e所得粗品活性炭送入活性炭精制和白炭黑生产系统处理，获得精品活性炭及副产品水玻璃或白炭黑。

2.如权利要求1所述的白酒糟制备活性炭的方法，其特征在于：步骤a 先将鲜白酒糟机械脱水至含水率30~40%，再采用气流预干得到含水率20~30%的半干白酒糟。

3.白酒糟制备活性炭的装置，包括一体化炉、燃烧炉（15）、燃气锅炉（26），所述一体化炉包括从上向下依次设置的干燥段（9）、炭化段（12）、活化段（14）、冷却段（17）、卸料段（19），以及各段之间的过渡段，所述干燥段（9）、炭化段（12）、活化段（14）、冷却段（17）中分别设有换热元件，所述燃烧炉（15）产生的热烟气从下向上依次通过活化段（14）、炭化段（12）、干燥段（9）的换热元件，所述燃气锅炉（26）产生蒸汽送入活化段（14），干燥段（9）的换热元件为并排交替设置的收气角盒（38）和放气角盒（39），其特征在于：还包括气流干燥送料系统，所述白酒糟经气流干燥送料系统送入干燥段（9）入口；相邻的收气角盒（38）和放气角盒（39）侧板之间为料道（40），所述收气角盒（38）和放气角盒（39）的侧板倾斜设置，使料道（40）下端的出料口宽度大于上端的进料口宽度。

4.如权利要求3所述白酒糟制备活性炭的装置，其特征在于：所述收气角盒（38）和放气角盒（39）的顶盖呈人字形，人字形顶盖的两端分别连接于两侧板的上端；所述收气角盒（38）和放气角盒（39）的两侧板分别倾斜设置且下端相互靠拢，使得收气角盒（38）和放气角盒（39）之间的料道（40）出料口的宽度大于进料口的宽度；所述收气角盒（38）的两侧板下端之间留有间隙使收气角盒（38）底部成开口状态，所述放气角盒（39）的两侧板下端之间连接使收气角盒（38）底部成封闭状态；所述收气角盒（38）和放气角盒（39）的两侧板为筛孔板（41）；所述放气角盒（39）一端封闭，另一端连通干燥段进烟气总道（31），所述干燥段进烟气总道（31）通过炭化段-干燥段烟气连通管（11）连通炭化段（12）；所述收气角盒（38）一端封闭，另一端通过干燥段（9）壁上的烟气出口（10）排出烟气。

5.如权利要求3所述白酒糟制备活性炭的装置，其特征在于：炭化段（12）的换热元件为并列设置的多个板片式换热元件（43），相邻的板片式换热元件（43）侧板之间为料道（40），所述板片式换热元件（43）侧板倾斜设置，使料道（40）下端的出料口宽度大于上端的进料口宽度。

6.如权利要求5所述白酒糟制备活性炭的装置，其特征在于：所述板片式换热元件（43）设有一层或多层；当板片式换热元件（43）设有多层时，相邻的两层板片式换热元件（43）交错设置。

7.如权利要求3所述白酒糟制备活性炭的装置，其特征在于：所述炭化段（12）和活化段（14）之间的过渡段上设有热解产物出口（18），炭化段（12）产生的热解产物和活化段（14）产生的可燃气通过热解产物出口（18）进入热解产物回收系统，为燃烧炉（15）和燃气锅炉（26）提供燃料。

8.如权利要求7所述白酒糟制备活性炭的装置，其特征在于：所述热解产物回收系统包括旋风除尘器（21）、冷凝冷却器（22）、煤气鼓风机（23）、煤气柜（24）、油水分离器（25），炭化段（12）产生的热解产物和活化段（14）产生的可燃气经旋风除尘器（21）送入冷凝冷却器（22）产出液态产物和煤气，其中液态产物送入油水分离器（25），煤气由煤气鼓风机（23）送入煤气柜（24），煤气柜（24）以管道分别连通至燃烧炉（15）和燃气锅炉（26）。

9.如权利要求3所述白酒糟制备活性炭的装置，其特征在于：所述气流干燥送料系统包括鲜料罐（1）、螺旋给料机（2）、气流输送机（3）、拦截器（6）、振动布料器（7），所述螺旋给料机（2）的进料口连通于鲜料罐（1）的出料口，所述螺旋给料机（2）的出料口连通气流输送机（3）进料口，所述气流输送机（3）的空气进口连接有排烟机（5），所述排烟机（5）的引风口通过管道连通至一体化炉的炭化段（12）上部，所述管道上还设有混风阀（27），所述气流输送机（3）出料口通过提升管（4）连通拦截器（6），所述振动布料器（7）的进料口连接于拦截器（6）出料口，所述振动布料器（7）的出料口位于干燥段（9）入口上方。