CN106946252B - 外热回转式活性炭高效节能生产装置 - Google Patents

外热回转式活性炭高效节能生产装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种外热回转式活性炭高效节能生产装置，包括活化回转炉、主蒸汽发生系统、主加热系统，所述活化回转炉旋转管包括进料端、加热升温区、高温活化区、降温出料区和出料端，该装置还包括：余热换热水蒸汽发生系统，第二加热系统；出料端后连接常温循环水间接换热管道；主蒸汽发生系统包括生物质蒸汽发生器和主蒸汽管；余热换热水蒸汽发生系统包括抽气管、余热换热水蒸汽发生器、余热换热蒸汽管；第二加热系统包括抽气管、余热换热水蒸汽发生器、旋风除尘装置、喷淋水装置、冷却水气体冷凝装置、高压引风机、自吸式明火烧嘴。本发明既保证了活化效果，又大大降低了生产能耗，设备操作简单，保养维修方便。

Description

外热回转式活性炭高效节能生产装置
技术领域
本发明属于活性炭生技术产领域，具体涉及一种外热回转式活性炭高效生产装置和方法，更具体地，涉及一种外热回转式活性炭高效节能生产装置。
背景技术
采用碳化料生产活性炭的原理是在700～1000℃的范围内，高温碳化料和水蒸汽发生化学反应，碳化料本身的表面空隙结构增多，变大，从而达到活化效果。目前现有的活化炉碳化料制取活性炭主要有两种方式:一大类是内热式,即碳化料在活化装置内，加热升温发生在装置里，直接加热碳化料；另一大类是外热式，即碳化料在活化装置内，加热在装置外部，间接加热。
目前生产活性炭的主流设备是内热式活化设备，如斯列普炉，内热回转炉，但是该种工艺及设备的存在以下几个问题：1.因为内部加热，保温层也要在设备内部，导致设备结构比较复杂，造价相对要高；2.在内热式反应中，在高温下炭化料和水蒸汽反应生成的主要成分为氢气，一氧化碳，少量二氧化碳和微量烷类，适时适量在特定位置向活化装置内通入空气，空气中的氧气和活化反应生成的可燃性气体发生无焰燃烧并放热维持活化反应持续进行，而当空气通入时，在活化装置不大的空间内，会有少量与炭化料接触，发生氧化反应，减少了活化得率；3.炉内结构复杂，设备需要频繁维护。
而目前市场上鲜见外热式活化装置，主要原因是外热式活化装置虽然造价相对便宜，操作简单，但是需要额外的热源来维持活化温度，能耗较大，生产成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种外热回转式活性炭高效节能生产装置，该装置既能保证高效活化效果，又可大幅降低生产能耗。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
外热回转式活性炭高效节能生产装置，包括活化回转炉、主蒸汽发生系统、主加热系统，所述活化回转炉的旋转管按物料移动方向包括进料端、加热升温区、高温活化区、降温出料区和出料端，该装置还包括：余热换热水蒸汽发生系统，第二加热系统；
所述主蒸汽发生系统按气流方向依次包括生物质蒸汽发生器和主蒸汽管；所述主蒸汽管自所述出料端端口进入所述旋转管内；
所述余热换热水蒸汽发生系统按照气流方向依次包括抽气管、余热换热水蒸汽发生器、余热换热蒸汽管；所述抽气管自所述进料端端口进入所述旋转管内，其开口位于所述加热升温区和所述高温活化区的交界处；所述余热换热蒸汽管开口于所述出料端端口与所述旋转管相通；
所述主蒸汽管和所述抽气管在所述旋转管内均固设于中心轴线处；
所述第二加热系统按气流方向依次包括所述抽气管、所述余热换热水蒸汽发生器、旋风除尘装置、喷淋水装置、冷却水气体冷凝装置、高压引风机、自吸式明火烧嘴；
所述出料端后连接常温循环水间接换热管道，所述常温循环水间接换热管道经换热后的热水与所述生物质蒸汽发生器相连，用于产生水蒸汽；
所述外热回转式活性炭生产装置工作过程为：
碳化料颗粒输送入所述旋转管内，所述主加热系统将所述碳化料加热至700～750℃，活化反应开始；所述主蒸汽发生系统由所述主蒸汽管向所述旋转管内通入高温过热水蒸汽，同时由所述抽气管在位于所述加热升温区和所述高温活化区的交界处抽气；活化反应产生的混合可燃气体经所述余热换热水蒸汽发生器换热后降至160～220℃，产生的水蒸汽经所述余热换热蒸汽管进入炉体内与所述出料端的颗粒碳化料换热，并提高炉体内水蒸汽温度，换热后的混合可燃气体经所述旋风除尘装置和所述喷淋水装置除尘除颗粒，再经所述冷却水气体冷凝装置脱除水蒸汽，最后经所述高压引风机和所述自吸式明火烧嘴形成第二加热源并代替所述主加热系统进行加热；活化产生的活性炭进入所述降温出料区，温度降低至450～500℃，再进入所述常温循环水间接换热管道换热，降温冷却至50～60℃后离开管道，经换热的热水进入所述生物质蒸汽发生器用于产生水蒸汽。
作为优选，所述主加热系统包括液化和/或天然气气源以及自吸式明火烧嘴，所述主加热系统和所述第二加热系统的自吸式明火烧嘴均设置于所述旋转管外壁正下方。
作为优选，所述旋转管通过齿圈和减速机上的齿轮带动转动。
作为优选，所述冷却水气体冷凝装置包括两个冷凝器。
作为优选，所述高压引风机和所述自吸式明火烧嘴之间设有燃气可燃火炬。
作为优选，所述常温循环水间接换热管道为螺旋管道，由蛟龙叶片输送物料。
作为优选，所述旋转管内设有弧形炒板，用于在转动时将颗粒物料转到管内上部然后自由落体。
作为优选，所述出料端与水平面的夹角为1.5°
作为优选，本装置还包括废气水蒸汽交换系统，其包括设置于所述活化回转炉炉窑上方的废气烟道，所述烟道上设有与所述活化回转炉炉窑相通的进烟口以及用于排气的排烟口，所述主蒸汽管贯穿所述烟道。
作为优选，所述主蒸汽管和所述抽气管均由旋转管内的同心支架和耐高温陶瓷轴承作为固定支撑。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1、采用两套明火加热系统，首先采用主加热系统(外部能源)将碳化料颗粒加热至活化温度，利用抽气装置抽取活化过程中产生的高温可燃性气体(氢气、一氧化碳和极少量的水蒸汽、二氧化碳)，通过换热(由550℃降至170℃)、旋风除尘、喷淋、冷凝，然后经高压引风机送至自吸式明火烧嘴形成第二加热源并替代主加热系统，使得回转活化所需的热量完全由自身活化反应产生的气体提供，从而达到不用外部热源的生产模式。
2、采用两套水蒸汽发生系统，利用活化过程中产生的高温可燃性气体经余热换热水蒸汽发生器进行换热，生成的水蒸汽作为主蒸汽发生系统的补充，能与出料端的颗粒碳化料进行换热，既冷却了颗粒碳化料，又提高了进入炉体内参与活化的水蒸汽温度，从而针对活化反应工艺中的余热(高温过热水蒸汽)进行了二次利用，对活化过程中使用的水蒸汽采取少量外部热源加热以及余热利用的方式，用余热对水蒸汽进行二次升温，显著提高了活化效率。
3、在出料端后连接常温循环水间接换热管道，将活性炭成品降至常温，便于称重包装。
4、将常温循环水间接换热管道经换热后的热水与生物质蒸汽发生器相连，用于产生蒸汽，大幅减少了水蒸汽发生器所需热量，降低了能耗。
本发明既保证了活化效果(气体杂质少，800～850℃持续活化温度稳定)，活性炭终产品性能较好，得率较高，又大大降低了生产能耗，综合生产成本低，设备操作简单，保养维修方便。
附图说明
图1为本实施例外热回转式活性炭高效节能生产装置的俯视结构示意图(废气烟道未示出)。
图2为本实施例外热回转式活性炭高效节能生产装置的剖视结构示意图。
附图标记：1、进料管道；2、活化回转炉；3、燃气可燃火炬；4、常温循环水间接换热管道；5、生物质蒸汽发生器；6、主蒸汽管；7、抽气管；8、余热换热水蒸汽发生器；9、余热换热蒸汽管；10、旋风除尘装置；11、喷淋水装置；12、冷却水气体冷凝器；13、高压引风机；14、自吸式明火烧嘴；15、自吸式明火烧嘴；16、减速机；17、减速机；18、废气烟道；19、进烟口；20、排烟口；21、支架；22、旋转管。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图1～图2所示，本实施例外热回转式活性炭高效节能生产装置包括进料管道1、活化回转炉2、主蒸汽发生系统、主加热系统，余热换热水蒸汽发生系统，第二加热系统；活化回转炉2的旋转管22按物料移动方向包括进料端、加热升温区、高温活化区、降温出料区和出料端；出料端后连接常温循环水间接换热管道4，由蛟龙叶片输送物料，配有减速机17；主蒸汽发生系统按气流方向依次包括生物质蒸汽发生器5和主蒸汽管6；主蒸汽管6经过炉窑上方后自出料端端口延伸入旋转管22内，主蒸汽管6上均匀密集出气孔；余热换热水蒸汽发生系统按照气流方向依次包括抽气管7、余热换热水蒸汽发生器8、余热换热蒸汽管9；抽气管7自进料端端口进入旋转管内，其开口位于加热升温区和高温活化区的交界处；余热换热蒸汽管9开口于出料端端口与旋转管22相通；主蒸汽管6和抽气管7均由支架21固设于旋转管22的中心轴线处；主加热系统包括液化气/天然气源和自吸式明明火烧嘴15；第二加热系统按气流方向依次包括抽气管7、余热换热水蒸汽发生器8、旋风除尘装置10、喷淋水装置11、冷却水气体冷凝器(两个)12、高压引风机13、燃气可燃火炬3、自吸式明火烧嘴14；自吸式明火烧嘴14和15均设置于旋转管22外壁正下方；常温循环水间接换热管道4经换热后的热水与生物质蒸汽发生器5相连，用于产生蒸汽，减少了能耗；旋转管22通过齿圈和减速机16上的齿轮带动转动；本实施例装置还包括废气水蒸汽交换系统，其包括设置于活化回转炉炉窑上方的废气烟道18，该烟道底部设有与炉窑相通的进烟口19和用于排气的排烟口20，主蒸汽管6贯穿该废气烟道18；旋转管22内设有弧形炒板，能在转动时将颗粒料转到管内上部然后自由落体；出料端与水平面有1.5°夹角，使颗粒料每次自由落体后都向着出料端有一段水平的位移。
本实施例具体工作过程如下：
碳化料颗粒(椰壳、棕榈壳破碎成小片，木屑、竹屑挤压成条，经过碳化后的原料)经螺旋叶片输送机均匀地输送入旋转管22内；主加热系统将碳化料加热至750℃；活化反应开始后，主蒸汽发生系统由主蒸汽管6向旋转管22内通入高温过热水蒸汽，同时由抽气管7在位于加热升温区和高温活化区的交界处抽气；活化反应产生的高温混合可燃气体(氢气、一氧化碳和极少量的二氧化碳、水蒸汽和微量烷类)抽出时温度可达到550℃，经余热换热水蒸汽发生器8换热后可降至约170℃，产生的水蒸汽经余热换热蒸汽管9进入旋转管22内与出料端的颗粒碳化料进行换热，既冷却了颗粒碳化料，又提高了进入管内参与活化的水蒸汽温度，提高了活化效率；换热后的混合可燃气体经旋风除尘装置10和喷淋水装置11把气体里的碳粉等固体颗粒脱除，再经两道冷却水气体冷凝器12脱除气体中的水蒸汽，最后经高压引风机13和自吸式明火烧嘴14形成第二加热源，并逐渐代替主加热源进行加热，主加热源停用，此时回转活化所需的热量完全由颗粒碳化料自身活化反应产生的气体提供，从而达到不用外部热源的生产模式；明火在炉窑内燃烧后产生的废气(二氧化碳和水蒸汽，300℃左右)在废气烟道18内均匀运动之后排出，在此过程中与主蒸汽管6内水蒸汽(150℃左右)进行换热，换热后的水蒸汽(220℃左右)进入旋转管内参与活化反应，大大提高了反应效率和最终产品的吸附表现，节省了能耗；活化后产生的活性炭进入出料端，温度降低至500℃，再进入常温循环水间接换热管道4换热，降温冷却至50～60℃后离开管道，然后进行后续的筛分，破碎(根据客户实际需求，所需颗粒大小尺寸不一样)，称重，包装等，常温循环水间接换热管道4经换热后的热水(温度可达60～70℃)再进入生物质蒸汽发生器5用于产生水蒸汽。
综上所述，本发明具有以下优点：
本发明装置充分利用活化反应产生的高温混合可燃气体，形成第二加热源和余热换热水蒸汽发生系统，同时利用常温循环水间接换热管道换热后的热水作为水蒸汽发生装置的热源用于产生水蒸汽，不仅保证了高效的活化过程，同时大大降低了生产能耗。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.外热回转式活性炭高效节能生产装置，包括活化回转炉、主蒸汽发生系统、主加热系统，所述活化回转炉的旋转管按物料移动方向包括进料端、加热升温区、高温活化区、降温出料区和出料端，其特征在于该装置还包括：余热换热水蒸汽发生系统，第二加热系统；
所述主蒸汽发生系统按气流方向依次包括生物质蒸汽发生器和主蒸汽管；所述主蒸汽管自所述出料端端口进入所述旋转管内；
所述余热换热水蒸汽发生系统按照气流方向依次包括抽气管、余热换热水蒸汽发生器、余热换热蒸汽管；所述抽气管自所述进料端端口进入所述旋转管内，其开口位于所述加热升温区和所述高温活化区的交界处；所述余热换热蒸汽管开口于所述出料端端口与所述旋转管相通；
所述主蒸汽管和所述抽气管在所述旋转管内均固设于中心轴线处；
所述第二加热系统按气流方向依次包括所述抽气管、所述余热换热水蒸汽发生器、旋风除尘装置、喷淋水装置、冷却水气体冷凝装置、高压引风机、自吸式明火烧嘴；
所述出料端后连接常温循环水间接换热管道，所述常温循环水间接换热管道经换热后的热水与所述生物质蒸汽发生器相连，用于产生水蒸汽；
所述外热回转式活性炭生产装置工作过程为：
碳化料颗粒输送入所述旋转管内，所述主加热系统将所述碳化料加热至700～750℃，活化反应开始；所述主蒸汽发生系统由所述主蒸汽管向所述旋转管内通入高温过热水蒸汽，同时由所述抽气管在位于所述加热升温区和所述高温活化区的交界处抽气；活化反应产生的混合可燃气体经所述余热换热水蒸汽发生器换热后降至160～220℃，产生的水蒸汽经所述余热换热蒸汽管进入炉体内与所述出料端的颗粒碳化料换热，并提高炉体内水蒸汽温度，换热后的混合可燃气体经所述旋风除尘装置和所述喷淋水装置除尘除颗粒，再经所述冷却水气体冷凝装置脱除水蒸汽，最后经所述高压引风机和所述自吸式明火烧嘴形成第二加热源并代替所述主加热系统进行加热；活化产生的活性炭进入所述降温出料区，温度降低至450～500℃，再进入所述常温循环水间接换热管道换热，降温冷却至50～60℃后离开管道，经换热的热水进入所述生物质蒸汽发生器用于产生水蒸汽。
2.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：所述主加热系统包括液化和/或天然气气源以及自吸式明火烧嘴，所述主加热系统和所述第二加热系统的自吸式明火烧嘴均设置于所述旋转管外壁正下方。
3.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：所述旋转管通过齿圈和减速机上的齿轮带动转动。
4.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：所述冷却水气体冷凝装置包括两个冷凝器。
5.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于:所述高压引风机和所述自吸式明火烧嘴之间设有燃气可燃火炬。
6.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：所述常温循环水间接换热管道为螺旋管道，由蛟龙叶片输送物料。
7.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：所述旋转管内设有弧形炒板，用于在转动时将颗粒物料转到管内上部然后自由落体。
8.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：所述出料端与水平面的夹角为1.5°
9.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：还包括废气水蒸汽交换系统，其包括设置于所述活化回转炉炉窑上方的废气烟道，所述烟道上设有与所述活化回转炉炉窑相通的进烟口以及用于排气的排烟口，所述主蒸汽管贯穿所述烟道。
10.根据权利要求1所述的外热回转式活性炭高效节能生产装置，其特征在于：所述主蒸汽管和所述抽气管均由所述旋转管内的同心支架和耐高温陶瓷轴承作为固定支撑。
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