CN104773732A - 木质原料免外加热一步法制活性炭工艺及炭活化设备 - Google Patents

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本发明提供了木质原料免外加热一步物理活化法制活性炭的工艺及炭活化设备，利用内热式干燥转炉和外热式炭化转炉及内热式活化转炉制备活性炭，木质原料先在内热式转炉中利用外热式炭化炉的加热尾气来干燥去除水分，产生的水蒸汽随干燥介质从烟囱排走，避免与炭化时产生的可燃气体混合而影响其可燃性，而干燥后的原料落到外热式炭化转炉中进行炭化，加热介质是从来自活化转炉的高温活化尾气，炭化过程中产生的可燃气体通到活化转炉中，在活化转炉体的内器壁上还设置了蒸汽管，通入适量过热的水蒸汽与炭在高温下进行活化反应产生氢气和一氧化碳等可燃气体，活化转炉体的内器壁上布置空气管，通入适量的空气与可燃气体燃烧以维持活化温度。

Description

木质原料免外加热一步法制活性炭工艺及炭活化设备
一、技术领域
本发明涉及用木质原料制活性炭的技术，尤其涉及用木质原料不需外加热一步法制活性炭工艺及炭活化设备。
二、背景技术
目前，用木质原料制活性炭的方法主要有两种：一种是竹屑或木屑等粉状原料，主要用氯化锌或磷酸作活化剂回转炉内热法制备粉状活性炭，它存在着废气和废水污染环境的问题，在许多环保严格的地区将受到限制；另一种是果壳或木(竹)屑两步水蒸汽活化法制颗粒或粉状活性炭，它需要先将果壳或木(竹)屑炭化后制成果壳炭或木(竹)屑炭，再以果壳炭或木(竹)屑炭为原料，用水蒸汽活化法制成颗粒或粉状活性炭，活化过程需要外加燃料加热才能达到并维持活化所需的温度，能源消耗较大。目前，无论是物理活化法还是化学活化法生产活性炭，均需要消耗燃煤、燃气或柴等燃料，要将高温活化尾气通过烟囱排向空中，存在着热能浪费的情况，燃料成本较高，同时外加燃煤的燃烧产生烟道气对大气环境造成污染。
有关木质原料一步法制活性炭的类似专利有：专利号ZL201010181027.7的发明专利，它述及了将木屑成型后一步水蒸汽活化法制取粉状活性炭，要求将木屑压制成颗粒状后再用立式移动床活化炉制活性炭，工艺显得较麻烦，而且木屑的成型需要消耗能源；申请号为201110337017.2的发明专利木屑用回转式活化炉一步法制活性炭并副产煤气的方法，它将木屑原料从回转炉的一端加入，在回转炉中经过干燥、炭化和活化，从回转炉的另一端出料，存在着两点缺陷：一是转炉的气流是向出料端流动的，转炉的进料端温度较低，木屑不易被干燥和炭化，因而就不能产生可燃气，所以很难升高转炉的进料端温度，转炉前段未能发挥良好的作用，等木屑随着转炉的转动输送到温度较高部位时与空气相遇容易着火而降低活性炭的得率，木屑的干燥、炭化和活化都是在转炉的后段进行，活化区较短，在转炉中的活化时间就较短，从而影响活化效果和产品的质量；二是木屑在干燥过程中产生的水蒸汽与炭化时产生的可燃气体相混合，会降低可燃气体的可燃性。
基于上述背景，本发明研究开发了木质原料免外加热一步物理活化法制活性炭工艺及炭活化设备，它利用木质原料热解产生的可燃气维持热能平衡，不用外加烧煤而更加环保。
三、发明内容
本发明为克服目前两步法制活性炭的缺点与不足，开发了木质原料免外加热一步物理活化法制活性炭工艺及炭活化设备，其内容是这样的：利用内外分段式炭化转炉和回转活化炉连续一步法制备活性炭，木质原料先在内热式转炉中利用来自外热式炭化炉加热尾气去除水分达到干燥的目的，产生的水汽随干燥介质从烟囱排走，避免与炭化时产生的可燃气体混合而影响其可燃性，而干燥后的物料落到外热式炭化炉中进行炭化，加热介质是从活化炉中引入的高温活化尾气，炭化过程中产生的可燃气体通到活化炉中与活化产生的可燃气体混合，在活化转炉的内器壁上还设置了蒸汽管，通入适量过热的水蒸汽与炭在高温下进行活化反应产生氢气和一氧化碳等可燃气体，活化转炉体的内器壁上布置空气管，通入适量的空气与可燃气体燃烧以维持活化温度。活化反应和燃烧反应式分别为：
C+H2O＝H2+CO和H2+CO+O2＝CO2+H2O
活化炭落到暂存箱中经水夹套冷却后出料，活化产生的高温尾气引到外热式炭化炉及水蒸汽过热设备中，用来加热炭化炉和预热水蒸汽，再将利用了部分热能后的尾气通到内热式干燥转炉中用于干燥原料。从而实现炭化产生的可燃气体和活化过程中产生的可燃气体都在活化炉中燃烧加热活化料，从活化炉出来的高温活化尾气又用来预热活化用的水蒸汽和加热炭化炉，炭化炉的加热介质又通到干燥转炉中用来干燥原料，实现热能的循环综合利用，生产活性炭的整个过程可不需消耗外加的燃料，大大节约能源消耗，降低生产成本。
本发明是这样实现的：原料经可调转速的螺旋输送机(2)加到内热式干燥转炉(7)中进行干燥，然后落到外热式炭化转炉(12)中进行炭化，炭化时产生的可燃气体通到内热式活化转炉(18)中与从炉壁空气管(20)、(22)喷出的空气燃烧来加热物料，同时，物料在高温下与蒸汽管(20)、(22)喷出的水蒸汽发生活化反应产生氢气和一氧化碳等可燃气体，与空气燃烧又可补充加热活化炉，实现炭化与活化同时产生可燃气体来加热活化炉。经活化后的活化料从活化转炉出口落到暂存箱(25)中冷却后出料。活化产生的高温烟道气从尾气出口(26)引到外热式炭化转炉(12)中用作炭化转炉和水蒸汽预热器(16)的加热热源，实现热能的循环综合利用，木质原料从干燥、炭化和活化直到活化炭的整个生产过程不需要外加热源。
四、附图说明
图1为本发明所述的免外加热一步法制活性炭的炭活化设备剖视示意图，图2为图1中A-A截面的剖面图，图3为图1中B-B截面的剖面图，(1)为转炉的支承轮；(2)为进料螺旋输送机；(3)为加料斗；(4)为尾气出口；(5)、(11)、(21)为支承托轮；(6)、(8)、(19)为传动齿轮；(7)为内热式干燥转炉壳体；(9)为活化尾气接管；(10)为下料槽；(12)为炭化转炉壳体；(13)为加热烟道；(14)为耐温层；(15)为保温层；(16)为水蒸汽预热器；(17)为活化尾气引入口；(18)为活化转炉壳体；(20)、(22)为空气管或蒸汽管；(23)为蒸汽总管及旋转接头；(24)为出料闸板；(25)为活化料暂存箱；(26)为活化尾气出口；(27)为布风管，由风机通入空气。
五、具体实施方式
实例1
果壳原料采用本发明的工艺及炭活化设备一步制备果壳不定形活性炭，将果壳原料如椰子壳、杏核壳用破碎机破碎到适当粒度，将一定颗粒度的果壳原料用螺旋输送机(2)加到内热式干燥转炉(7)中用来自外热式炭化转炉的加热用烟道气进行干燥，干燥产生的水蒸汽从废气烟囱排到大气，干燥后的果壳落到外热式炭化炉(12)中进行炭化，炭化时产生的可燃气体通到内热式活化转炉(18)中，与来自布风管(27)从炉壁空气管(20)、(22)喷出的空气燃烧来加热物料，同时，物料在高温下与蒸汽管(20)、(22)喷出的水蒸汽发生活化反应产生氢气和一氧化碳等可燃气体，与空气燃烧又可补充加热物料，实现炭化与活化同时产生可燃气体的燃烧来加热物料。经活化后的活化料从转炉出口落到暂存箱(25)中冷却后出料。活化产生的高温尾气从尾气出口(26)直接引到外热式炭化转炉(12)中用作炭化转炉和水蒸汽预热器(16)的加热热源。除蒸汽锅炉的燃料消耗外，果壳从干燥、炭化和活化直到活化炭的整个生产过程不需要外加热源。椰子壳采用本发明的工艺及炭活化设备一步法制备的果壳不定形活性炭，其碘吸附值为1050mg/g，强度为91.5％，从果壳原料到活化炭的得率为13.5％。
实例2
木屑原料采用本发明的工艺及炭活化设备一步法制备粉状活性炭，将木屑用筛选机去除木块、枝条、泥沙等杂质后用螺旋输送机(2)加到内热式干燥转炉(7)中用来自外热式炭化转炉的加热用烟道气进行干燥，干燥产生的水蒸汽从废气烟囱排到大气，干燥后的木屑原料落到外热式炭化炉(12)中进行炭化，炭化时产生的可燃气体通到内热式活化转炉(18)中，与来自布风管(27)从炉壁空气管(20)、(22)喷出的空气燃烧来加热物料，同时，物料在高温下与蒸汽管(20)、(22)喷出的水蒸汽发生活化反应产生氢气和一氧化碳等可燃气体，与空气燃烧又可补充加热物料，实现炭化与活化同时产生可燃气体的燃烧来加热物料。经活化后的活化料从转炉出口落到暂存箱(25)中冷却后出料。活化产生的高温尾气从尾气出口(26)先接到旋风分离器收集尾气中夹带的炭粉，再引到外热式炭化转炉(12)中用作炭化转炉和水蒸汽预热器(16)的加热热源。除蒸汽锅炉需要消耗燃料外，木屑原料从干燥、炭化和活化直到活化炭的整个生产过程不需要外加热源。木屑原料采用本发明的工艺及炭活化设备一步法制备的粉状活性炭，其碘吸附值为1080mg/g，亚甲基蓝吸附值为195mg/g。

Claims (3)

1.木质原料免外加热一步法制活性炭工艺及炭活化设备，其特征是：木质原料连续通过三个串联在一起的内热式干燥转炉、外热式炭化转炉和内热式活化转炉一步法制活性炭。
2.根据权利要求1所述的木质原料免外加热一步法制活性炭工艺及炭活化设备，其特征是：炭活化设备由转炉的支承轮(1)、进料螺旋输送机(2)、加料斗(3)、尾气出口(4)、支承托轮(5)、(11)、(21)、传动齿轮(6)、(8)、(19)、内热式干燥转炉壳体(7)、活化尾气接管(9)、下料槽(10)、炭化转炉壳体(12)、加热烟道(13)、耐温层(14)、保温层(15)、水蒸汽预热器(16)、活化尾气引入口(17)、活化转炉壳体(18)、空气管或蒸汽管(20)、(22)、蒸汽总管及旋转接头(23)、出料闸板(24)、活化料暂存箱(25)、活化尾气出口(26)和布风管(27)所组成，三个转炉按内热式干燥转炉壳体(7)、炭化转炉壳体(12)和活化转炉壳体(18)的顺序依次串联在一起，分别由各自的驱动电机驱动旋转。
3.根据权利要求1所述的木质原料免外加热一步法制活性炭工艺及炭活化设备，其特征是：活化产生的高温尾气引到外热式炭化炉及水蒸汽过热设备中用来加热炭化转炉和预热水蒸汽，然后再将加热炭化转炉后的尾气通到内热式干燥转炉中直接干燥原料，实现热能的循环综合利用，木质原料从干燥、炭化和活化直到活化炭的整个生产过程不需要外加热源。
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