CN105800608B - 一种氢燃烧水蒸气活化炉 - Google Patents
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Abstract
一种氢燃烧水蒸气活化炉是由物料活化反应段、气体缓冲分布段和气体混合燃烧段构成，所述物料活化反应段设置有进料口和废气排放管，底部设置有物料支撑气体分布板和出料管上挡板，并连通有出料管；所述气体缓冲分布段位于物料支撑气体分布板和出料管的下方，其底部设置有二级气体分布板；所述气体混合燃烧段是由二级气体分布板与一级气体分布板构成，其中连通有氮气通入管，并在所述一级气体分布板的下面设置有氢氧混合器，并连通有氧气通入管和氢气通入管。本发明以通入的氧气控制水蒸气通过分布板对物料进行活化，利用了热能，节省了能源，而且活化均匀，提高了活化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种活性炭物理活化方法以及活性炭的活化设备，具体是一种氢燃烧水蒸气对活性炭进行活化的方法及其氢燃烧水蒸气活化炉。
技术背景
活性炭是一种优良的吸附剂，由于其具有极为发达的内孔结构和较大的比表面积，从而被广泛的应用在化工废水处理，环境保护等各个方面。活性炭的生产方法有两种，化学活化法和物理活化法。
现有物理活化方法中通常有两种活化炉，一种为立式活化炉，另一种为卧式旋转活化炉。立式活化炉以斯列普炉为主，其主要缺点在于：结构复杂，对进料要求高，技术要求高。卧式活化炉是靠炉体自身倾斜角度和斜抄板推进来使物料前进，再生产过程中易出现物料前进速度不好控制，活化效果不均匀的现象。再者，上述两种活化炉都是利用炉体内的加热区进行活化过程中的升温。现有活化方法中活化过程都需要外界不停地提供能量，这在一定程度上加大了资源投入，也造成了资源浪费，即活化中的能量不能被整个活化过程合理利用。
如公开号为 CN101643206A公开了一种“直接给水式蓄热活化方法及其直接给水式蓄热活化炉”，该方法是直接将水注入到活化炉的蓄热室中，并且另外增加对被注水的蓄热室的能量补偿，通过能量的补偿以弥补注水后蓄热室顶部温度的下降，确保了活化炉主体内活化带的工作温度；它是由两个活化炉主体、燃烧室、两个蓄热室、两个上连烟道和排烟道，两个供水装置和能量补偿装置组成。该活化方法在活化过程中能量主来源为两个燃烧室，蓄热室辅助，在实际运行中还需要给蓄热室进行热量补充，设计结构复杂，且相同的活化过程中该法所用能量消耗较大。
再如公开号为CN103408008A公开了“一种活化炉”，包括反应炉和供水储汽罐，所述反应炉包括炉膛，所述供水储汽罐上设有水管、蒸汽管和输出管，所述输出管和所述炉膛连通，所述炉膛内设有加热管，所述水管和所述蒸汽管通过所述加热管连通。通过上述方案，设置供水储汽罐，供水储气罐延伸出水管和蒸汽管，在炉膛内连通，从而利用炉膛温度加热水成为水蒸气，再将水蒸气输入炉膛内与炭进行活化反应。该活化炉在实际操作过程中，通入活化炉的水在气化和活化这两个过程中的实际消耗量是未知的，活化过程中水蒸气的实际消耗量只能按照特定的计算公式进行换算，存在不准确的因素。其次活化过程中易出现活化效果不均匀的现象。
发明内容
本发明要解决的具体技术问题是在氢燃烧水蒸气活化炉中，定量连续均匀地通入氧气和氢气进行燃烧对物料进行活化，氢气和氧气反应提供活化过程中所需要的能量，并以通入的氧气量精确控制水蒸气的生成量，进一步节约能源，提高活化效率，以及活性炭活化的均匀性，并提供一种氢燃烧水蒸气活化炉。
本发明实现的技术方案如下。
一种氢燃烧水蒸气活化炉，包括活化炉体及其中依次设置的物料活化反应段、气体缓冲分布段和气体混合燃烧段，其特征在于：所述物料活化反应段的顶部设置有进料口和废气排放管，底部设置有锥形物料支撑气体分布板及其出料管上挡板，并连通有出料管；所述气体缓冲分布段位于物料支撑气体分布板和出料管的下方，其底部设置有二级气体分布板；所述气体混合燃烧段是由二级气体分布板与一级气体分布板构成，其中连通有氮气通入管；在所述一级气体分布板的下面设置有氢氧混合器，并连通有氧气通入管和氢气通入管。
本发明进一步实现的技术方案如下。
所述活化炉的升温是炉体加热升温和氢气燃烧释放的热量升温。
所述活化炉体的物料活化反应段和气体缓冲分布段是设置有双层炉壁结构。
所述物料支撑气体分布板和出料管上挡板的板面上开设有直径为2-4mm的圆形、方形或矩形孔，且板面与水平面的夹角为30~40度。
所述二级气体分布板与一级气体分布板的板面上开设有直径为4-8mm的圆形、方形或矩形孔，且板面与水平面的夹角为0度。
所述气体缓冲分布段的内壁面上开设有直径为2-6mm的孔。
所述物料活化反应段的内壁面上开设有直径为2-6mm的孔，且与水平面呈30-35度的向下斜角。
所述出料管是在侧面引出设置，也或是由活化炉的底部引出设置。
所述氧气通入管和氢气通入管是同心套管，氧气由内管通入，氢气由外管通入。
所述活性炭活化炉的活化方法是以水蒸气作为活化剂，所述水蒸气是通过活化炉底部的氢氧混合器按比例通入并燃烧提供，具体方法步骤如下：
（1）原料处理
将原料进行粉碎和筛选成直径为8-12mm，长度为10-15mm的活性炭炭化原料，取活性炭炭化原料200-500g，并通过加料口（1）加入到活化炉的活化反应段（9）；
（2）一次炉体加热活性
在活化炉的活化反应段（9）中，炭化料在氮气气氛下，压力为常压， 氢燃烧水蒸气活化炉的炉体加热升温区（7）以5-25℃/min的速率升温到活化温度为700-1000℃后，形成活性炭初料；
（3）二次氢燃烧活化
在活化炉底层由氢气通入管（24）和氧气通入管（21）按18~25：1的比例同时通入氢气和氧气，并经氢氧混合器（26）混合后，通过一级气体分布板（19）上升进入活化炉气体混合燃烧段（15）与通入的氮气进行混合反应生成水蒸气，并以水蒸气为活化剂上升通过二级气体分布板（16）进入气体缓冲分布段（13）进行缓冲，后上升通过物料支撑气体分布板（11）与一次活性炭初料进行活化反应，反应所需要的热量由两部的组成，主体为氢燃烧释放热量，补充为炉体加热区提供热量，反应时间为40-80min，活化结束后，在氮气气氛下，降温后获得活性炭成品170-430g。
本发明上述技术方案的实施，与现有技术相比，本发明设计了一种氢燃烧水蒸气活化炉结构，为活性炭活化提供了一种新的活化剂通入结构，该结构不仅利用氢气和氧气燃烧为活化提供热量，而且可以利用氧气的入量精确控制水蒸气的生成量，极大的提高了活化剂水蒸气的参与度，解决了在活化初期通入活化炉的水蒸气可能出现的冷凝现象，水气化通入量不精确等问题，节约能源。其次，该结构生成的水蒸气是以连续不断的形式对炭化料进行活化反应，活化反应效率高且活化反应均匀，不同于脉冲形式参与活化反应。。第三，采用本技术方案提高了活化效果，活性炭比表面积得到极大提高。第四，本氢气烧水蒸气活化炉通过炉内内层活化炉壁开孔以及物料支撑气体分布板的设计，增大了活化剂和炭化料的接触面积，进一步提高了活性炭的活化效率。
附图说明
图1是本活化炉的视结构剖面示意图。
图2是本活化炉的俯视结构示意图。
图3是本活化炉的物料支撑气体分布板的结构示意图。
图4本活化炉的二级气体分布板的结构示意图。
图5是本活化炉的一级气体分布板的结构示意图。
图6是本活化炉图1的A部放大图。
图7是本活化炉图1的B部放大图。
图中：1、进料口，2、进料管、3、中心热电偶套管，4、废气排放管，5、保温层炉壁，6、活化炉炉体，7、炉体加热升温区，8,、保温层，9、活化反应段，10、炉壁热电偶套管，11、锥形物料支撑气体分布板，12、出料管上挡板，13、气体缓冲分布段，14、出料管，15、气体混合燃烧段，16、二级气体分布板，17、出料口，18、气体混合燃烧段热电偶套管，19、一级气体分布板，20、氮气通入管，21、氧气通入管，22、活化炉体支座，23、支座， 24、氢气通入管，25、气体混合燃烧段热电偶套管，26、氢氧混合器，27、活化炉外炉壁，28活化炉内炉壁。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如附图1到附图7，实施一种氢燃烧水蒸气活化炉，该活性炭活化炉的技术结构设计方案如下：
主体结构包括活化炉体6其中依次设置的物料活化反应段9、气体缓冲分布段13和气体混合燃烧段15，具体包括活化炉炉体6的炉体加热升温区7和保温层8。还包括进料口1、出料口17和废气排放管4，以及锥形物料支撑气体分布板11、出料管上挡板12、二级气体分布板16、一级气体分布板19、氮气通入管，20、氧气通入管21、氢气通入管24和氢氧混合器26。其中，进料口1和废气排放管4是分别设置于该物料活化反应段9的顶部，在物料活化反应段9的底部设置有锥形物料支撑气体分布板11及其出料管上挡板12，并连通有出料管14。气体缓冲分布段13设计于物料支撑气体分布板11和出料管14的下方，在底部设置有二级气体分布板16。气体混合燃烧段15是由二级气体分布板16与一级气体分布板19构成，其中连通有氮气通入管20，并在一级气体分布板19的下面设置有氢氧混合器26，并连通有氧气通入管21和氢气通入管24。
上述实施方案中，活化炉的升温采用炉体加热升温，也可以采用氢气燃烧释放的热量进行升温。为了节约能源，在活化炉体6的物料活化反应段9和气体缓冲分布段13的活化炉体是设计双层炉壁结构进行保温。为了使物料在加热活化反应均匀，在物料支撑气体分布板11和出料管上挡板12的板面上开设有直径为2-4mm的圆形、方形或矩形孔，且板面与水平面的夹角为30~40度。在二级气体分布板16与一级气体分布板19的板面上开设有直径为4-8mm的圆形、方形或矩形孔，且板面为水平设置。为了提高炭化效率，在气体缓冲分布段13的内壁面上开设有直径为2-6mm的孔；在物料活化反应段9的内壁面上开设有直径为2-6mm的孔，且与水平面呈30-35度的向下斜角。在本活化炉中出料管14是在侧面引出设置，也可以由活化炉的底部引出设置。氧气通入管21和氢气通入管24分别安装通入，也可以是同心套管，氧气由内管通入，氢气由外管通入安装设置。
上述本发明所实施的一种氢燃烧水蒸气活性炭活化炉，较好地解决了现有技术中存在的在氢燃烧水蒸气活化炉中，通入氧气和氢气进行燃烧对物料进行活化时，能源利用不充分，炭材料活化不均匀， 活化效率较低的不足。
上述本发明所实施的一种氢燃烧水蒸气活化炉的具体实现方法如下：
首先对活性炭炭化料进行预处理；
然后将预处理好的活性炭进行称取，称取300g粒径为8×10mm的活性炭试样，代用
然后将活性炭装入氢燃烧水蒸气活化炉的活化反应段9等待活化过程。
然后在控制器设置反应温度、反应时间、通气时间、升温速率以及气体流速。
如图1所示。整个活化过程开始，首先活性炭炭化料在活化反应段9炉体加热活性，炉体加热升温区7以20℃/min速率升温到活化温度820℃。在升温过程中通入保护气氮气，防止炭化料烧损，氮气的通入速率为0.5L/min，经过40min后进入二次活化。氢气和氧气由活化炉底部的氢气通入管24和氧气通入管21通入。氢气速率为12mL/min，氧气速率为0.6mL/min，二者以20:1的比例通入活化炉内，经过气体混合燃烧段15的氢氧混合器26均匀混合反应生成水蒸气。水蒸气经过一级气体分布板19上升与从气体缓冲分布段13的氮气混合，氮气速率为1.5L/min，混合气先通过二级气体分布板16进行初分布，然后通过物料支撑气体分布板11和活化炉内炉壁28进行再分布后进入活化反应段9，参与活化反应。二次活化过程中所用的能量由两部分组成，一部分为氢气氧气燃烧提供，另一部分为炉体加热区提供的能量。经过60min后，整个活化过程结束。
活化过程结束后，继续向活化炉内通入氮气，等待炉温降到常温时，取出活化成品，称量，共得活化成品254g，活化率达到84%以上。
结束之后，整理活化炉，关闭各个通气阀门。
Claims (10)
1.一种氢燃烧水蒸气活化炉，包括活化炉体及其中依次设置的物料活化反应段（9）、气体缓冲分布段（13）和气体混合燃烧段（15），其特征在于：所述物料活化反应段（9）的顶部设置有进料口（1）和废气排放管（4），底部设置有锥形物料支撑气体分布板（11）及其出料管上挡板（12），并连通有出料管（14）；所述气体缓冲分布段（13）位于物料支撑气体分布板（11）和出料管（14）的下方，其底部设置有二级气体分布板（16）；所述气体混合燃烧段（15）是由二级气体分布板（16）与一级气体分布板（19）构成，其中连通有氮气通入管（20）；在所述一级气体分布板（19）的下面设置有氢氧混合器（26），并连通有氧气通入管（21）和氢气通入管（24）。
2.根据权利要求1所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述活化炉的升温是炉体加热升温以及氢气燃烧释放的热量升温相结合。
3.根据权利要求１所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述活化炉体（6）的物料活化反应段（9）和气体缓冲分布段（13）是设置有双层炉壁结构。
4.根据权利要求1所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述物料支撑气体分布板（11）和出料管上挡板（12）的板面上开设有直径为2-4mm的圆形、方形或矩形孔，且板面与水平面的夹角为30~40度。
5.根据权利要求1所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述二级气体分布板（16）与一级气体分布板（19）的板面上开设有直径为4-8mm的圆形、方形或矩形孔，且板面与水平面的夹角为0度。
6.根据权利要求4所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述气体缓冲分布段（13）的内壁面上开设有直径为2-6mm的孔。
7.根据权利要求4所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述物料活化反应段（9）的内壁面上开设有直径为2-6mm的孔，且孔的向下斜角与水平面呈30-35度。
8.根据权利要求1所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述出料管（14）是在侧面引出设置，也或是由活化炉的底部引出设置。
9.根据权利要求1所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述氧气通入管（21）和氢气通入管（24）是同心套管，氧气由内管通入，氢气由外管通入。
10.根据权利要求1所述的氢燃烧水蒸气活化炉，其特征在于：所述活性炭活化炉的活化方法中活化过程的能量由两部分组成，主体为氢燃烧释放热量，补充为炉体加热区提供热量，具体方法步骤如下：
（1）原料处理
将原料进行粉碎和筛选成直径为8-12mm，长度为10-15mm的活性炭炭化原料，取活性炭炭化原料200-500g，并通过加料口（1）加入到活化炉的活化反应段（9）；
（2）一次炉体加热活性
在活化炉的活化反应段（9）中，炭化料在氮气气氛下，压力为常压， 氢燃烧水蒸气活化炉的炉体加热升温区（7）以5-25℃/min的速率升温到活化温度为700-900℃后，形成活性炭初料；
（3）二次氢燃烧活化
在活化炉底层由氢气通入管（24）和氧气通入管（21）按18~25：1的比例同时通入氢气和氧气，并经氢氧混合器（26）混合后，通过一级气体分布板（19）上升进入活化炉气体混合燃烧段（15）与通入的氮气进行混合反应生成水蒸气，并以水蒸气为活化剂上升通过二级气体分布板（16）进入气体缓冲分布段（13）进行缓冲，后上升通过物料支撑气体分布板（11）与一次活性炭初料进行活化反应，反应所需要的热量由两部分组成，主体为氢燃烧释放热量，补充为炉体加热区提供热量，反应时间为40-80min，活化结束后，在氮气气氛下，降温后获得活性炭成品170-430g。
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