CN105366673A - 一种精确控制卧式物理活化反应器及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精确控制卧式物理活化反应器及工艺，该活化器包括依次焊接的进料装置、反应器壳体、出料冷却装置，所述进料装置为螺杆进料装置；所述反应器壳体为耐高温的圆柱形空腔，其内部安装有进出导料装置，外周上固定有加热保温装置；所述出料冷却装置分为上下两部分，上部为气相出口冷却腔体，下部为固相出口冷却腔体。本发明采用精确控制原理实现生物质炭常压高温物理活化反应，改变了以往活性炭生产主要依靠化学反应来实现的惯例；解决了生物质炭化学法活化得到的活性炭品质差，档次底、用途窄的缺陷，给生物质能源行业深加工发展注入活力实现半自动化连续生产，设备结构稳定，产品质量好，环保节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种活化反应装置，特别涉及一种精确控制卧式物理活化反应器及工艺。
背景技术
活性炭尤其是高比表面积活性炭具有发达的微孔结构和大的吸附容量，因而在燃料气存储、气体分离、催化反应等方面具有巨大的应用潜力。近年来，对具有高比表面积和特定孔隙结构活性炭的需求越来越多。我们生物质能源行业热解的产物——生物质炭资源丰富，价格低廉，且碳含量高，灰分、挥发份低，是生产中高档炭的优质原料。但由于生物质炭含硅等盐类结晶较多且存在少量焦油，缺乏活化所需要的初孔，需用强碱来活化催化成孔，然后高温活化。
现有技术中对生物质炭的活化多采用化学活化的方法,即先进行化学反应再进行高温(约300～400℃)的活化，从而生成活性炭。然而化学的方法，由于发生化学活化需要加入除强碱外的其他药剂参与反应，最终会产生杂质，对活性炭产品的品质有影响，炭品质差，档次底、用途窄的缺陷。
此外现有化学活化的设备是间歇式生产设备，活化时需要炉内升温至400℃、将炉门打开、进料、活化、冷却至100℃左右、炉门打开、出料。此过程为间歇式生产，生产循环周期长；出料前将炉内冷却到100℃左右，造成能量的极大浪费，且冷却过程较难快速实现。
发明内容
本发明的目的是：解决现有技术中化学活化生物质炭的缺陷，开发一种精确控制卧式物理活化反应器，实现活性炭的高温物理活化。
实现本发明目的的技术方案是：一种精确控制卧式物理活化反应器，包括依次焊接的进料装置、反应器壳体、出料冷却装置，所述进料装置为螺杆进料装置；所述反应器壳体为耐高温的圆柱形空腔，其内部安装有进出导料装置，外周上固定有加热保温装置；所述出料冷却装置分为上下两部分，上部为气相出口冷却腔体，下部为固相出口冷却腔体，气相出口冷却腔体的顶部开设有气相出口，其通过管道与尾气液封排放装置连通，固相出口冷却腔体的底部为固相排出口，其埋设于物料液封排出装置的液体中，所述出料冷却装置的外周有冷却水壳体层。
上述的精确控制卧式物理活化反应器，所述进料装置包括料斗、螺杆推进装置，所述螺杆推进装置的螺杆所在腔体中焊接有氮气吹扫管和测温管，所述氮气吹扫管和测温管延伸至反应器壳体中,所述螺杆推进装置的外壳有冷却水夹套。
上述的精确控制卧式物理活化反应器,所述导料装置为耐高温不锈钢螺旋叶片，可实现正反向旋转达到反应器进、出料功能要求；所述加热保温装置包括安装在反应器壳体外周上的加热元件例如为电加热丝，以及固定在加热元件外的保温层，如硅酸铝棉。
上述的精确控制卧式物理活化反应器，所述出料冷却装置中接近气相出口处，位于气相出口的下方设置有尾气折流板，其一端焊接固定在气相出口冷却腔体的内壁上，并且固定端与竖直方向成小于90°的夹角。该尾气折流板的作用是：粉状的炭粉在活化过程中会活化不完全仍然为粉状，其会向上向气相出口运动，如果混杂了水汽则易于凝结在气相出口处，形成堵塞，发生安全事故。有了尾气折流板则会拦截炭粉，同时也拦截固相出口可能产生的水汽等。
上述的精确控制卧式物理活化反应器，固相出口冷却腔体内具有多块沿着出料方向的冷却直板，其里面通有冷却水，沿出料方向设置冷却直板，既不妨碍出料，也可以对物料进行冷却。
上述的精确控制卧式物理活化反应器，所述出料冷却装置内壁上装有可以转动的挡料板，通过其转动可以将反应器壳体与出料冷却装置连通或隔开。活化时关闭挡料板可以阻断裂解产生的裂解气，并且可以阻断热量流失，需要出料时打开挡料板则可以顺利出料。
上述的精确控制卧式物理活化反应器，所述尾气液封排放装置为装满水的水槽，与气相出口连接的管道，其一端与气相出口连接，另一端口埋设于水中的深度为2～3厘米。此深度是发明人精确设计的，过深则气体无法排出，过浅则空气容易倒入到活化反应器内。生物质炭高温活化时易产生易燃生物质裂解气，如果空气倒入则极易发生爆燃等安全事故。
上述精确控制卧式物理活化反应器，所述氮气吹扫管数量为2个，保证吹扫效率，节省生产时间。
上述精确控制卧式物理活化反应器，所述固相出口冷却腔体内固相排出口下方具有阀门，闭合阀门时可以将反应器壳体中排出的固体物料滞留在固相出口冷却腔体内进行冷却，冷却至适合的温度后，再排入到固体物料液封排出装置中，防止固相物料温度过高，引起水瞬间气化，从气相出口排出，引起气相液封装置飞溅进而引发故障。
一种使用上述任一所述精确控制卧式物理活化反应器活化生物质炭的工艺：初次使用活化反应器时，加热升温的过程为：用不少于半小时缓慢升温至100℃，然后用1～2小时升温至750～850℃；进料时将质量比例为1:3的生物质炭粉与氢氧化钠混合均匀后加料然后进行活化3小时左右,例如3.5小时、4小时或2.5小时；活化温度为750～850℃；进料和出料前均通过氮气吹扫管(13)进行氮气吹扫。
本发明具有积极的效果：(1)本发明采用精确控制原理实现生物质炭常压高温物理活化反应，改变了以往活性炭生产主要依靠化学反应来实现的惯例；(2)解决了生物质炭化学法活化得到的活性炭品质差，档次底、用途窄的缺陷，给生物质能源行业炭深加工发展注入活力；(3)这种精确控制卧式物理活化反应器可实现半自动化连续生产，设备结构稳定，产品质量好，环保节能；(4)这种精确控制卧式物理活化反应器利用冷却、料封、氮封及液封等连锁控制装置确保设备更安全可靠的运行(4)本发明工艺精确设计，合理的活化温度，加温方法以及有效的氮气吹扫，保证了安全生产，确保了高品质的活性炭产品。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构示意图；图2是冷却直板局部放大图；图3是螺杆推进装置横向剖切后氮气吹扫管和测温管的细节图。
其中，
10进料装置，11料斗，12螺杆推进装置，13氮气吹扫管，14测温管；
20反应器壳体；
30出料冷却装置，31气相出口冷却腔体，32固相出口冷却腔体，33冷却水壳体层，311气相出口，312尾气液封排放装置，313尾气折流板，314挡料板，321固相排出口，322物料液封排出装置323冷却直板，324阀门；
导料装置40；
50加热保温装置，51加热元件，52保温层。
具体实施方式
(实施例1)
一种精确控制卧式物理活化反应器，包括依次焊接的进料装置10、反应器壳体20、出料冷却装置30,以及传动装置，所述进料装置10为螺杆进料装置，包括料斗11、螺杆推进装置12，所述螺杆推进装置的螺杆所在腔体中焊接有2个氮气吹扫管13和一个测温管14，氮气吹扫管13和测温管14延伸至反应器壳体20中，所述螺杆推进装置12的外壳有冷却水夹套，并可以通过上下的冷却水进出口更换冷却水。所述反应器壳体20为耐高温的圆柱形空腔，其内部安装有进出导料装置40其为双向耐高温不锈钢螺旋叶片，其正向旋转活化，反向旋转出料，外周上固定有加热保温装置50，包括安装在反应器壳体20外周上的加热元件51例如为电加热丝，以及固定在加热元件52外的保温层为硅酸铝盐；所述出料冷却装置30分为上下两部分，上部为气相出口冷却腔体31，下部为固相出口冷却腔体32，气相出口冷却腔体的顶部开设有气相出口311，其通过管道与尾气液封排放装置312连通，固相出口冷却腔体32内具有3块沿着出料方向的冷却直板323，其表面通有冷却水，沿出料方向设置冷却直板，即不妨碍出料，也可以对物料进行冷却。固相出口冷却腔体32的底部为固相排出口321，其埋设于物料液封排出装置322的液体中，所述出料冷却装置30的外周有冷却水壳体层33，其内有冷却水，并可以通过上下的进出口更换冷却水。
出料冷却装置30中接近气相出口311处，位于气相出口311的下方设置有尾气折流板313，其一端焊接固定在气相出口冷却腔体31的内壁上，并固定端与竖直方向30°的夹角，即斜向固定在出料冷却装置30中。该尾气折流板的作用是粉状的炭粉在活化过程中会活化不完全仍然为粉状，其会向上向气相出口311运动，如果混杂了水汽则易于凝结在气相出口311处，形成堵塞，发生安全事故。有了尾气折流板则会拦截炭粉，同时也拦截固相出口可能产生的水汽。
出料冷却装置30内壁上装有可以转动的挡料板314，通过其转动可以将反应器壳体20与出料冷却装置30连通或隔开。活化时关闭挡料板314可以阻断裂解产生的裂解气进入出料冷却装置内，并且可以阻断热量流失，需要出料时打开挡料板314则可以顺利出料。
尾气液封排放装置312为设置有液流口且装有水的水槽，与气相出口311连接的管道的另一端口埋设于水中的深度为2.5厘米。
固相出口冷却腔体32内固相排出口321下方具有阀门324，闭合阀门324时可以将反应壳体20中排出的固体物料滞留在固相出口冷却腔体32进行冷却，冷却至适合的温度后，再排入到固体物料液封排出装置322中防止固相物料温度过高，引起水瞬间气化，从气相出口311排出，引起气相液封装置飞溅进而引发故障。
使用上述设备时，初次使用活化反应器时，加热升温的过程为：用半小时缓慢升温至100℃，然后用1.5小时升温至750℃；开通氮气通过氮气吹扫管吹扫氮气，将3kg炭粉和1kg氢氧化钠混合均匀后通过料斗加入活化反应器中，活化温度为750℃，活化时间3小时，再进行氮气吹扫，然后进行出料，关闭阀门324，将固相物料冷却至300摄氏度左右出料，固相物料在物料液封排出装置322中冷却后，取出，清洗，干燥得到经活化的生物质活性炭。
(实施例2)
一种精确控制卧式物理活化反应器，包括依次焊接的进料装置10、反应器壳体20、出料冷却装置30,以及传动装置，所述进料装置10为螺杆进料装置，包括料斗11、螺杆推进装置12，所述螺杆推进装置的螺杆所在腔体中焊接有2个氮气吹扫管13和一个测温管14，氮气吹扫管13和测温管14延伸至反应器壳体20中，所述螺杆推进装置12的外壳有冷却水夹套，并可以通过上下的冷却水进出口更换冷却水。所述反应器壳体20为耐高温的圆柱形空腔，其内部安装有进出导料装置40其为双向耐高温不锈钢螺旋叶片，其正向旋转活化，反向旋转出料，外周上固定有加热保温装置50，包括安装在反应器壳体20外周上的加热元件51例如为电加热丝，以及固定在加热元件52外的保温层为硅酸铝盐；所述出料冷却装置30分为上下两部分，上部为气相出口冷却腔体31，下部为固相出口冷却腔体32，气相出口冷却腔体的顶部开设有气相出口311，其通过管道与尾气液封排放装置312连通，固相出口冷却腔体32内具有3块沿着出料方向的冷却直板323，其表面通有冷却水，沿出料方向设置冷却直板，即不妨碍出料，也可以对物料进行冷却。固相出口冷却腔体32的底部为固相排出口321，其埋设于物料液封排出装置322的液体中，所述出料冷却装置30的外周有冷却水壳体层33，其内有冷却水，并可以通过上下的进出口更换冷却水。
出料冷却装置30中接近气相出口311处，位于气相出口311的下方设置有尾气折流板313，其一端焊接固定在气相出口冷却腔体31的内壁上，并固定端与竖直方向45°的夹角，即斜向固定在出料冷却装置30中。
出料冷却装置30内壁上装有可以转动的挡料板314，通过其转动可以将反应器壳体20与出料冷却装置30连通或隔开。尾气液封排放装置312为装满水的水槽，与气相出口311连接的管道的另一端口埋设于水中的深度为3厘米。
固相出口冷却腔体32内固相排出口321上方具有阀门324，闭合阀门324时可以将反应壳体20中排出的固体物料滞留在固相出口冷却腔体32进行冷却，冷却至适合的温度后才排入到物料液封排出装置322中防止固相物料温度过高，引起水瞬间气化，从气相出口311排出，形成飞溅引发故障。
使用上述设备时，初次使用活化反应器时，加热升温的过程为：用1小时缓慢升温至100℃，然后用2小时升温至800℃；开通氮气通过氮气吹扫管吹扫氮气，将3kg炭粉和1kg氢氧化钠混合均匀后通过料斗加入活化反应器中，活化温度为800℃，活化3小时，再进行氮气吹扫，然后进行出料，关闭阀门324，将固相物料冷却至300摄氏度左右出料，固相物料在物料液封排出装置322中冷却后，取出，清洗，干燥得到经活化的生物质活性炭。
(实施例3)
一种精确控制卧式物理活化反应器，包括依次焊接的进料装置10、反应器壳体20、出料冷却装置30,以及传动装置，所述进料装置10为螺杆进料装置，包括料斗11、螺杆推进装置12，所述螺杆推进装置的螺杆所在腔体中焊接有2个氮气吹扫管13和一个测温管14，氮气吹扫管13和测温管14延伸至反应器壳体20中，所述螺杆推进装置12的外壳有冷却水夹套，并可以通过上下的冷却水进出口更换冷却水。所述反应器壳体20为耐高温的圆柱形空腔，其内部安装有进出导料装置40其为双向耐高温不锈钢螺旋叶片，其正向旋转活化，反向旋转出料，外周上固定有加热保温装置50，包括安装在反应器壳体20外周上的加热元件51例如为电加热丝，以及固定在加热元件52外的保温层为硅酸铝盐；所述出料冷却装置30分为上下两部分，上部为气相出口冷却腔体31，下部为固相出口冷却腔体32，气相出口冷却腔体的顶部开设有气相出口311，其通过管道与尾气液封排放装置312连通，固相出口冷却腔体32内具有3块沿着出料方向的冷却直板323，其表面通有冷却水，沿出料方向设置冷却直板。固相出口冷却腔体32的底部为固相排出口321，其埋设于物料液封排出装置322的液体中，所述出料冷却装置30的外周有冷却水壳体层33，其内有冷却水，并可以通过上下的进出口更换冷却水。
出料冷却装置30中接近气相出口311处，位于气相出口311的下方设置有尾气折流板313，其一端焊接固定在气相出口冷却腔体31的内壁上，并固定端与竖直方向60°的夹角，即斜向固定在出料冷却装置30中。
出料冷却装置30内壁上装有可以转动的挡料板314，通过其转动可以将反应器壳体20与出料冷却装置30连通或隔开。尾气液封排放装置312为装满水的水槽，与气相出口311连接的管道的另一端口埋设于水中的深度为2厘米。
固相出口冷却腔体32内固相排出口321下方具有阀门324，闭合阀门324时可以将反应壳体20中排出的固体物料滞留在固相出口冷却腔体32进行冷却，冷却至适合的温度后，再排入到固体物料液封排出装置322中，防止固相物料温度过高，引起水瞬间气化，从气相出口311排出，引起气相液封装置飞溅进而引发故障。
使用上述设备时，初次使用活化反应器时，加热升温的过程为：用1小时缓慢升温至100℃，然后用2小时升温至850℃；开通氮气通过氮气吹扫管吹扫氮气，将3kg炭粉和1kg氢氧化钠混合均匀后通过料斗加入活化反应器中，活化温度为800℃，活化3.5小时，再进行氮气吹扫，然后进行出料，关闭阀门324，将固相物料冷却至300摄氏度左右出料，固相物料在物料液封排出装置322中冷却后，取出，清洗，干燥得到经活化的生物质活性炭。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：包括依次焊接的进料装置(10)、反应器壳体(20)、出料冷却装置(30)，所述进料装置(10)为螺杆进料装置；所述反应器壳体(20)为耐高温的圆柱形空腔，其内部安装有进出导料装置(40)，外周上固定有加热保温装置(50)；所述出料冷却装置(30)分为上下两部分，上部为气相出口冷却腔体(31)，下部为固相出口冷却腔体(32)，气相出口冷却腔体的顶部开设有气相出口(311)，其通过管道与尾气液封排放装置(312)连通，固相出口冷却腔体(32)的底部为固相排出口(321)，其埋设于物料液封排出装置(322)的液体中，所述出料冷却装置(30)的外周有冷却水壳体层(33)。
2.根据权利要求1所述的精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：所述进料装置(10)包括料斗(11)、螺杆推进装置(12)，所述螺杆推进装置的螺杆所在腔体中焊接有氮气吹扫管(13)和测温管(14)，所述氮气吹扫管(13)和测温管(14)延伸至反应器壳体(20)中,所述螺杆推进装置(12)的外壳有冷却水夹套。
3.根据权利要求1所述的精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：所述导料装置(40)为耐高温不锈钢螺旋叶片；所述加热保温装置(50)包括安装在反应器壳体(20)外周上的加热元件(51)，以及固定在加热元件(52)外的保温层。
4.根据权利要求1所述的精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：所述出料冷却装置(30)中接近气相出口(311)处，位于气相出口(311)的下方设置有尾气折流板(313)，其一端焊接固定在气相出口冷却腔体(31)的内壁上，并且固定端与竖直方向成小于90°的夹角。
5.根据权利要求4所述的精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：固相出口冷却腔体(32)内具有多块沿着出料方向的冷却直板(323)，其里面通有冷却水。
6.根据权利要求1所述的精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：所述出料冷却装置(30)内壁上装有可以转动的挡料板(314)，通过其转动可以将反应器壳体(20)与出料冷却装置(30)连通或隔开。
7.根据要求1所述的精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：所述尾气液封排放装置(312)为设置有液流口且装有水的水槽，与气相出口(311)连接的管道其一端与气相出口连接，另一端口埋设于水中的深度为2～3厘米。
8.根据权利要求2所述精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：所述氮气吹扫管(13)数量为2个。
9.根据权利要求5所述精确控制卧式物理活化反应器，其特征在于：所述固相出口冷却腔体(32)内固相排出口(321)下方具有阀门(324)。
10.一种使用上述任一所述精确控制卧式物理活化反应器活化生物质炭的工艺，其特征在于：初次使用活化反应器时，加热升温的过程为：用不少于半小时缓慢升温至100℃，然后用1～2小时升温至750～850℃；进料时将质量比例为1:3的生物质炭粉与氢氧化钠混合均匀后加料，然后进行活化3小时左右；活化温度为750～850℃；进料和出料前均通过氮气吹扫管(13)进行氮气吹扫。
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Cited By (1)
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- 2014-08-21 CN CN201410413461.1A patent/CN105366673A/zh active Pending
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