CN107344718B - 一种连续式高温炭化活化一体装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续式高温炭化活化一体装置及方法，该一体装置包括：进料设备，炭化仓，活化仓，冷却仓，蒸汽发生设备用于提供活化处理所需水蒸气，炭化仓和活化仓上设有加热设备用于维持仓内的温度，炭化仓和活化仓内部均设有物料输送机构连续输送物料。通过本发明的装置可以进行农作物秸秆的炭化活化连续作业，出料进料不间断，使秸秆在完成炭化过程后并保持自身高温的条件下直接进行活化作业，避免了对生物质炭的二次加热过程，达到了简化生产流程、减少能量消耗的有益效果；本发明提供的装置控制精确，处理速度、温度都能分开控制；采用本发明的装置处理作物秸秆的活性炭产率高且稳定，质量好。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续式高温炭化活化一体装置及方法，尤其适用于作物 秸秆的炭化活化处理。
背景技术
中国农民对作物秸秆的利用有悠久的历史，只是由于从前农业生产水平 低、产量低，秸秆数量少，秸秆除少量用于喂养牲畜，部分用于堆沤肥外， 大部分都作燃料烧掉了。目前我国的秸秆产量大概为15亿吨/年，随着液化 气、天然气等清洁能源的普及，大量的秸秆富裕无法利用，导致全国多地大 面积秸秆就地焚烧，对环境造成很大的污染。现在我国已经明确立法禁止焚 烧秸秆，同时鼓励对作物秸秆进行综合利用。
秸秆炭化技术和活化技术目前已经有了较多的利用，通过对作物秸秆进 行炭化可以得到生物质炭，生物质炭可以替代木炭等，得到了很好应用。同 时也可以利用作物秸秆制成活性炭，进行更加高端的应用。目前利用作物秸 秆制作活性炭的技术大体可以分为化学法和物理法。
化学法是先将作物秸秆分别在酸液和碱液中浸泡较长时间，之后再进行 无氧炭化，直接得到活性炭。该方法的缺点是利用酸液碱液浸泡会产生较多 废水，会对环境造成污染，不适宜推广使用。
物理法是先将作物秸秆进行粉碎炭化得到生物质炭，然后将生物质炭送 入活化炉内，在高温环境下通入水蒸气，利用水蒸气与生物质炭不断反应， 从而得到多孔特性的活性炭，该技术的缺点是炭化后 的生物质炭需要先进行冷却(由于现行的炭化设备和活化设备都是分开的， 如果碳化后得到的高温生物质炭不冷却而直接移向活化设备的话，在移动过 程中，炭会在高温状态下遇氧气燃烧，因此采用现有设备进行炭化后必须先 冷却)再转移进入活化炉二次加热，二次加热造成能量的浪费和成本的提高。 由于隔绝氧气和连续作业以及温度的分区域控制等等一系列技术问题难以解 决，现行的炭化设备和活化设备都是分开的；也就是说，现有的农作物秸秆 炭化活化工程常采用的物理法是分段进行的，也就是先将农作物秸秆进行炭 化，然后将生物质炭冷却后送往活化段进行活化作业，这个过程造成了生物 质炭要进行冷却再加热两个过程，浪费能量，提高成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种连续式高温炭化活化 一体装置，该装置能实现农作秸秆的炭化活化连续作业，取消了生物质炭的 冷却和再加热过程，减少了能量的消耗，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种连续式高温炭化活化一体装置，所述一体装置包括：
进料设备；
炭化仓，与进料设备连接，用于接收来自所述进料设备的物料并进行炭 化处理；
活化仓，与所述炭化仓连接，用于对所述炭化仓输出的物料进行活化处 理；
冷却仓，与所述活化仓连接，用于对所述活化仓输出的物料进行冷却处 理；
加热设备，设置于所述炭化仓和所述活化仓上，用于维持所述炭化仓和 所述活化仓内的温度；
蒸汽发生设备，与所述活化仓连接，用于向所述活化仓提供活化处理所 需水蒸气；
所述炭化仓和活化仓内部均设有物料输送机构，用于将进入所述炭化仓 和活化仓的物料输送至所述炭化仓和活化仓的物料出口处。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，所述进料 设备包括进料斗和第一旋转阀，所述进料斗通过所述第一旋转阀与所述炭化 仓的入口连接；优选地，所述活化仓和所述冷却仓的连接处设有第二旋转阀； 更优选地，所述炭化仓和所述活化仓的连接处设有第三旋转阀。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，其特征在 于，所述一体装置还包括：可燃性气体燃烧设备；所述可燃性气体燃烧设备 包括导流管、燃烧仓、补氧点火设备和排烟风管；其中，所述导流管，两端 分别与所述炭化仓和所述燃烧仓连接，用于输送炭化处理所产生可燃性气体 至所述燃烧仓；所述补氧点火设备，设置于所述燃烧仓上，用于引燃所述可 燃性气体；所述排烟风管与所述燃烧仓的出口相连，用于排除燃烧后的尾气。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，所述活化 仓上设有导流管，所述导流管与所述燃烧室连接，用于输送活化处理所产生 的可燃性气体至所述燃烧仓。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，所述加热 设备为电加热设备、或天然气加热设备、或者采用所述燃烧仓产生的热量作 为加热源的加热设备。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，所述冷却 仓内部设有物料输送机构，用于连续将所述活化仓输出的物料输送至所述冷 却仓的物料出口处。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，所述物料 输送机构为螺旋输送轴，由与所述螺旋输送轴连接的电机驱动。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，所述冷却 仓外部设有冷却组件，用于冷却所述冷却仓内部的物料；所述冷却组件通过 冷却水控制阀与所述冷却水供给设备连接。
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，其特征在 于，所述炭化仓和/或所述活化仓上设有温度检测元件；所述一体装置还包括： 电气控制设备，至少与所述温度检测元件和加热设备连接，用于接收所述温 度检测元件传送的温度数据并发出指令控制加热设备的工作状态，以使所述 炭化仓和/或所述活化仓的温度保持为预定温度；
上述连续式高温炭化活化一体装置，作为一种优选实施方式，所述电气 控制设备还与第一旋转阀、第二旋转阀、控制所述物料输送机构运转的电机、 冷却水控制阀中的至少一种连接，以对相应部件进行调控；更优选地，所述 电气控制设备为PLC控制系统，所述温度检测元件为温度传感器。
一种连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，采用上述连续式高温炭化活 化一体装置实施，依次包括如下步骤：
预热步骤：启动所述加热设备加热，当所述炭化仓和所述活化仓达到预 定温度后，开始进行生产；
进料步骤；将粉碎后的秸秆粉末送到所述进料斗，存储在所述进料斗的 秸秆粉末在第一旋转阀的作用下被不断带入到所述炭化仓内；
炭化步骤：所述秸秆粉末于所述炭化仓内在所述物料输送机构的连续传 送下，对所述秸秆粉末进行炭化处理；
活化步骤：于苏搜狐活化仓内在所述物料输送机构的连续传送下，对经 炭化步骤得到的生物质炭进行活化处理；
冷却步骤：经所述活化处理后得到的生物质活性炭于所述冷却仓内在所 述物料输送机构的连续传送下，降至一定温度后排出；
出料步骤：冷却后的生物质活性炭经所述冷却仓的出料口排出，以容器 承接即可。
上述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，作为一种优选实施方式，所 述预热步骤中，所述预定温度为800-900℃。
上述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，作为一种优选实施方式，所 述进料步骤中，所述秸秆粉末的粒度尺寸≤50mm。
上述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，作为一种优选实施方式，所 述炭化步骤中，炭化处理的温度为700～800℃，炭化处理的时间为5～10min； 优选地，秸秆粉末的处理量为5-10吨/天；更优选地，所述炭化步骤中，所 述物料输送机构的转速为50～100r/min。
上述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，作为一种优选实施方式，所 述活化步骤中，活化处理的温度为850～1000℃，活化处理的时间为25～55min； 优选地，活化温度为880-920℃，活化时间为35-45min；更优选地，所述活 化步骤中，所述物料输送机构的转速为20～50r/min。
上述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，作为一种优选实施方式，所 述冷却步骤中，所述生物质活性炭降至200℃左右后排出；优选地，冷却处 理量为2-5吨/天；更优选地，所述冷却步骤中，所述物料输送机构的转速为 50～100r/min。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过本发明提供的装置可以进行农作物秸秆的炭化活化连续作业，出料 进料不间断，使农作物秸秆在完成炭化过程后并保持自身高温的条件下直接 进行活化作业，从减少了操作流程，避免了对生物质炭的二次加热过程，达 到了简化生产流程、减少能量消耗的有益效果。另外，本发明提供的装置控 制精确，处理速度、温度都能分开控制。采用本发明的装置处理作物秸秆的 活性炭产率高且稳定，质量好，且电耗低。
附图说明
图1所示为本发明优选实施例中连续式高温炭化活化一体装置的结构示 意图。
图中：1-进料斗；2-1-第一旋转阀；2-2-第二旋转阀；3-炭化仓；4-1,4-2- 电加热部件；5-1,5-2-温度传感器；6-活化仓；7-蒸汽通入管路；8-冷却仓； 9-出料口；10-导流管；11-燃烧仓；12-补氧点火设备；13-排烟风管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发 明实施方式作进一步地详细描述。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基 于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明 必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明所谓“连续式高温炭化活化一体装置”中的“一体”指的是炭化 活化连续进行，所有仓室是集中在一个设备上的。参见图1，本发明提供的 一种连续式高温炭化活化一体装置，适用于农作秸秆炭化活化以制备活性炭 的连续作业。该装置包括：进料设备；炭化仓3，与进料设备连接，用于接 收来自进料设备的物料并进行炭化处理；活化仓6，与炭化仓3连接，用于 对炭化仓3输出的物料进行活化处理；冷却仓8，与活化仓6连接，用于对 活化仓6输出的物料进行冷却处理；加热设备，设置于炭化仓3和活化仓6 上，用于维持炭化仓3和活化仓6内的温度；蒸汽发生设备(图中未示出)， 与活化仓6连接，用于向活化仓6提供活化处理所需水蒸气；炭化仓3和活 化仓6内部设有物料输送机构，用于连续输送与搅拌物料。下面对以上部件 一一进行说明。
进料设备，与炭化仓3的入口相连接，用于向炭化仓3输入物料(如破 碎的农作物秸秆)，可以是常用的进料斗。在本发明的一种优选实施方式中， 进料设备包括进料斗1和第一旋转阀2-1，进料斗1通过第一旋转阀2-1与炭 化仓3的入口连接。工作时，将预先准备好的经粉碎的作物秸秆送到进料斗 1，在第一旋转阀2-1的作用下存储在进料斗的秸秆粉末被不断带入到炭化仓 3内，即第一旋转阀2-1的作用是通过电机带动旋转将秸秆粉末送入炭化仓3， 并且可以使炭化仓3与外界空气隔离，避免氧气进入。
炭化仓3是用于接收来自进料设备的物料并对物料进行炭化处理的设 备，包括炭化仓本体、入口端和出口端；炭化仓本体的内部为中空管状，水 平设置，是进行炭化处理的场所；入口端具有入口，与进料设备连接用于接 收物料；出口端下部设有生物质炭出口，与活化仓6的生物质炭入口相连接， 用于将炭化处理后产生的生物质炭排入活化仓6；出口端上部设有气体出口 用于排出炭化处理产生的气体；炭化仓3内(即炭化仓本体的内部)设有物 料输送机构，该机构沿炭化仓3轴向设置于入口端和出口端之间，其可以从 入口端将进料设备输送的物料输送至出口端，并沿着炭化仓本体的轴向连续 输送物料。物料在炭化仓3内行进过程中在高温无氧环境下进行炭化处理， 即物料发生分解产生可燃性气体和生物质炭，此时炭化仓3内为正压，可燃 性气体通过气体出口排出，生物质炭则通过物料输送机构输送至生物质炭出 口，输送至生物质炭出口的物料落入活化仓6。在本发明的优选实施例中， 物料输送机构可以是螺旋输送轴，其不仅可以起到输送的作用还可以起到搅 拌物料的作用，从而实现物料的充分反应。用于连接炭化仓3与活化仓6的 部件可以是普通管路，但为了更好地控制由炭化仓3进入活化仓6的物料量， 优选在连接炭化仓3与活化仓6的管路上设置第三旋转阀。此外，该第三旋 转阀还可以避免炭化仓3中的气体弥散到活化仓6中，从而影响活化仓6的 反应气氛。
活化仓6是用于对炭化仓3输出的物料即生物质炭进行活化处理的设备， 包括活化仓本体、入口端和出口端；活化仓本体的内部为中空管状，水平设 置，是进行活化处理的场所；入口端具有生物质炭入口，与炭化仓3的生物 质炭出口连接用于接收炭化仓3输出的生物质炭；出口端下部设有活性炭出 口，与冷却仓8的入口相连接，用于将活化处理后产生的活性炭排入冷却仓 8；出口端上部设有气体出口(图中未示出)用于排出活化处理产生的气体， 该气体出口也可与燃烧仓11相连，以将活化仓6中的产生的可燃性气体在燃 烧仓11中进行燃烧，当然，也可直接将该气体出口与气体回收罐相连，以直 接将活化仓6中的产生的可燃性气体回收再利用；活化仓6(即活化仓本体 的内部)设有物料输送机构，该机构沿活化仓6轴向设置于入口端和出口端 之间，其可以从入口端将炭化仓3输送的物料(即生物质炭)输送至出口端， 并沿着活化仓本体的轴向连续输送物料；活化仓6还具有与蒸汽发生设备(图 中未示出)连接的蒸气入口，用于往活化仓6内通入高温水蒸气，具体在本 发明的优选实施例中，蒸气入口设置在出口端，以使进入活化仓6的蒸汽走 向与活化仓6内的物料输送方向相反，由此，确保活化仓6内的物料与蒸汽 的充分接触；蒸气入口通过蒸气通入管路7与蒸汽发生设备相连接；生物质 炭在活化仓6内行进过程中在高温无氧环境中进行活化处理，即高温水蒸气 与生物质炭发生化学反应经过活化的生物质炭变成为 生物质活性炭，活化处理过程中生成的可燃性气体如H2和CO通过气体出口排出，生物质活性炭则通过物料输送机构输送至活性炭出口，并被输出至冷 却仓8。在本发明的优选实施例中，物料输送机构可以是螺旋输送轴，其不 仅可以起到输送的作用还可以起到搅拌翻动物料的作用，从而实现物料的充 分反应。
冷却仓8是用于对活化仓6输出的物料即活性炭进行冷却处理的设备， 包括冷却仓本体、入口端、出口端和冷却组件；冷却仓本体的内部为中空管 状，水平设置，为进行冷却处理的场所；入口端具有入口，与活化仓6的活 性炭出口连接，用于接收活化仓6输出的生物质活性炭；出口端下部设有出 料口9，用于排出冷却后的活性炭。优选地，冷却仓本体内部也设有物料输 送机构，用于将活化仓6输出的活性炭从冷却仓8的入口输送至冷却仓8的 出料口；在本发明的优选实施例中，物料输送机构可以是螺旋输送轴，其不 仅可以起到输送的作用还可以起到搅拌物料的作用，从而实现物料的快速冷 却。在本发明的优选实施例中，冷却组件，采用循环水冷却，设置于冷却仓 本体的外部，通过循环流动的冷却水将冷却仓本体内的物料冷却，冷却组件 的入水口通过冷却水控制阀与冷却水供给设备连接。在本发明提供的优选实 施例中，活化仓6和冷却仓8的连接处设有第二旋转阀2-2；第二旋转阀2-2 通过电机带动旋转将活化仓6生成的生物质活性炭送入冷却仓8，并且可以 使活化仓6与外界空气隔离，避免氧气进入，同时对热量也有一定隔绝作用， 可以保持活化仓内热量，甚至保证与炭化仓3内的热量不流失。
加热设备，用于维持炭化仓3和活化仓6内的温度。在本发明的优选实 施例中，加热设备包括加热组件、开关阀和通过开关阀与所述加热组件连接 的加热源，加热组件设置于炭化仓3和/或活化仓6上，用于对炭化仓3和活 化仓6加热；开关阀与电气控制设备连接。
温度检测元件，设置于炭化仓3和/或活化仓6上，并与电气控制设备连 接，用于收集温度数据并传送至电气控制设备，以便于电气控制设备对炭化 仓3和/或活化仓6的温度进行实时调控。温度检测元件可以是温度传感器； 在本发明的优选实施例中，温度传感器5-1设置于炭化仓3上用于收集炭化 仓3内部的温度数据并传送至电气控制设备，温度传感器5-2设置于活化仓 6上，用于收集活化仓6内部的温度数据并传送至电气控制设备。
电气控制设备，至少与温度检测元件和加热设备的开关阀连接，用于接 收温度检测元件传送的温度数据并发出指令控制加热设备的工作状态(比如 启动、关闭、调整加热方式等)，以保证炭化仓3和/或活化仓6的温度适中； 具体地，当所述温度检测元件检测到的温度低于电气控制设备中设定的温度 时，所述电气控制设备发出指令打开加热设备的开关阀，补充热量；当温度 检测元件检测到的温度高于电气控制设备中设定的温度时，所述电气控制设 备发出指令关闭加热设备的开关阀，仓内自行循环反应。由于炭化处理和活化处理都需要在高温环境下进行，为了维持该温度条件，需要加热设备适时 适当加热以调整、维持炭化仓3和活化仓6内的温度。加热设备可以是采用 电进行加热的电加热设备，也可以是采用天然气加热的天然气加热设备，或 采用燃烧炭化仓3和/或活化仓6中产生的可燃性气体的方式来加热的加热设 备；在本发明的优选实施例中，加热设备采用电加热设备，优选地，电加热 设备的加热组件为电阻丝，电阻丝环绕设置于炭化仓3和活化仓6的外部， 以便均匀加热炭化仓3和活化仓6。在本发明的另一实施例中，采用燃烧炭 化仓3和/或活化仓6中产生的可燃性气体的方式来加热的炭化仓3和/或活 化仓6，此时，加热组件为加热管路，其环绕设置于炭化仓3和活化仓6的 外部，该加热管路与燃烧仓11连通(图中未示出)，以将燃烧仓11中产生的 热量通过该加热管路传输给炭化仓3和活化仓6。
电气控制设备，还可以与第一旋转阀2-1、第二旋转阀2-2、控制设置于 炭化仓3内的物料输送机构比如螺旋输送轴运转的电机、控制设置于活化仓 6内的物料输送机构比如螺旋输送轴运转的电机、控制设置于冷却仓8内的 物料输送机构比如螺旋输送轴运转的电机、冷却水控制阀中的至少一种连接， 以对相应部件进行调控。电气控制设备可以为PLC控制系统。
作为一种优选实施方式，上述连续式高温炭化活化一体装置还包括：可 燃性气体燃烧设备；该可燃性气体燃烧设备包括导流管10、燃烧仓11、补氧 点火装置12和排烟风管13，其中，导流管10的两端分别与炭化仓3和燃烧 仓11连接，用于输送炭化处理所产生可燃性气体及其他气体至燃烧仓11； 燃烧仓11上设有补氧点火设备12，用于引燃并充分燃烧所述可燃性气体； 排烟风管13与燃烧仓11的出口相连，用于排出燃烧后的尾气。在本发明提供的优选实施例中，具体为：导流管10分别与炭化仓3的气体出口和燃烧仓 11的入口连接，燃烧仓11的出口连接有排烟风管13，且燃烧仓11内有补氧 点火装置12；炭化仓3产生的可燃性气体及其他气体通过导流管10进入到 燃烧仓11内，在补氧点火装置12的作用下可燃气体在燃烧仓11内充分燃烧， 尾气经排烟风管13排出进入后续尾气处理装置。燃烧仓产生的热量可以用于 对炭化仓3和活化仓6进行加热。
更优选地，活化仓6上也设有导流管(图中未示出)，导流管与燃烧室 10连接，用于输送活化处理所产生可燃性气体(主要为氢气和一氧化碳)及 其他气体至燃烧仓11。当然在其他实施例中也可以单独配置一套可燃性气体 燃烧装置，即配备一套导流管10、燃烧仓11、补氧点火装置12和排烟风管 13，用于处理活化处理所产生可燃性气体，回收热量，节约能源。
为监控冷却仓8内的冷却处理情况是否正常，方便连续式高温炭化活化 一体装置的连续、稳定作业，作为一种优选实施方式，上述连续式高温炭化 活化一体装置中，冷却仓8的出口处也设有温度检测元件(例如温度传感器， 图1中未示出)，该温度检测元件以及冷却水控制阀与电气控制设备连接，用 于收集冷却后的生物质活性炭的温度数据并传送至电气控制设备，电气控制 设备根据其设定的冷却温度，对冷却水控制阀发出相应的调控指令。
一种连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，采用上述连续式高温炭化活 化一体装置实施，依次包括如下步骤：
预热步骤：启动加热设备加热，当炭化仓和活化仓达到预定温度后，开 始进行生产；
进料步骤；将粉碎后的秸秆粉末送到进料斗，存储在所述进料斗的秸秆 粉末在第一旋转阀的作用下被不断带入到炭化仓内；
炭化步骤：所述秸秆粉末于炭化仓内在所述物料输送机构的连续传送下， 对所述秸秆粉末进行炭化处理；
活化步骤：于活化仓内在所述物料输送机构的连续传送下，对经炭化步 骤得到的生物质炭进行活化处理；
冷却步骤：经所述活化处理后得到的生物质活性炭于冷却仓内在所述物 料输送机构的连续传送下，降至一定温度后排出；
出料步骤：冷却后的生物质活性炭经冷却仓出料口排出，以容器承接即 可。
上述方法中，作为一种优选实施方式，所述预定温度为800-900℃(比 如801℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、 890℃、895℃)。
上述方法中，作为一种优选实施方式，所述秸秆粉末的粒度尺寸≤50mm (比如49mm、47mm、45mm、40mm、35mm、30mm、25mm、20mm、15mm、 10mm)。
上述方法中，作为一种优选实施方式，所述炭化步骤中，炭化处理的温 度为700～800℃(比如705℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、 770℃、780℃、790℃、795℃)，炭化处理的时间为5～10min(比如6min、 7min、8min、9min)；炭化处理量要根据实际处理需要设定，通常情况下， 本申请一体装置，秸秆粉末的处理量为5-10吨/天；所述炭化步骤中，所述 物料输送机构的转速在0～750r/min范围内可调，根据实际情况而定，优选为50～100r/min(比如52r/min、55r/min、60r/min、70r/min、80r/min、90r/min、 95r/min、98r/min)。
上述方法中，作为一种优选实施方式，所述活化步骤中，活化处理的温 度为850～1000℃(比如855℃、860℃、880℃、900℃、920℃、940℃、960℃、 980℃、990℃、995℃)，活化处理的时间为25～55min(比如26min、30min、 35min 40min、45min、50min、53min)；更优选地，活化温度为880-920℃， 活化时间为35-45min。进一步优选地，所述活化步骤中，所述物料输送机构 的转速在0～750r/min范围内可调，根据实际情况而定，优选为20～50r/min(比 如22r/min、25r/min、30r/min、350r/min、40r/min、45r/min、48r/min)。
上述方法中，作为一种优选实施方式，所述冷却步骤中，所述生物质活 性炭降至200℃左右后排出。冷却处理量与生物质活性炭产量匹配，通常大 约为2-5吨/天。进一步优选地，所述冷却步骤中，所述物料输送机构的转速 在0～750r/min范围内可调，根据实际情况而定，优选为50～100r/min(比如 52r/min、55r/min、60r/min、70r/min、80r/min、90r/min、95r/min、98r/min)。
实施例
本优选实施例提供的一种连续式高温炭化活化一体装置，结构如图1所 示，该一体装置包括：
进料设备，包括进料斗1和第一旋转阀2-1，用于向炭化仓3输入物料， 进料斗1通过第一旋转阀2-1与炭化仓3的入口连接；
炭化仓3，入口与进料设备连接，内部设有螺旋输送轴，用于接收物料 并对物料进行炭化处理；
可燃性气体燃烧设备，包括导流管10、燃烧仓11、补氧点火设备12和 排烟风管13；其中，导流管10分别与炭化仓3和燃烧仓11连接，用于输送 炭化处理所产生可燃性气体及其他气体至燃烧仓11；燃烧仓11上设有补氧 点火设备12，用于引燃并充分燃烧所述可燃性气体；排烟风管13与燃烧仓 11的出口相连，用于排出燃烧后的尾气；
活化仓6，与炭化仓3连接，内部也设有螺旋输送轴，用于对炭化仓3 输出的物料进行活化处理；
蒸汽发生设备，通过蒸汽通入管路7与活化仓6连接，用于向活化仓6 提供活化处理所需水蒸气；
冷却仓8，与活化仓6连接，内部也设有螺旋输送轴，用于对活化仓6 输出的物料进行冷却处理；
电加热设备，设置于炭化仓3和活化仓6外部，用于对炭化仓3和活化 仓6加热；
温度传感器5-1,5-2和电气控制设备，温度传感器5-1设置于炭化仓3上， 用于收集炭化仓3内温度数据，温度传感器5-2设置于燃烧仓6上，用于收 集燃烧仓6内温度数据，温度传感器5-1,5-2与电气控制设备相连接，将收集 的温度数据传送至电气控制设备；当温度传感器5-1,5-2检测到的温度低于电 气控制设备的设定温度时，电气控制设备发出指令启动电加热设备加热补充 热量；当温度传感器5-1,5-2检测到的温度高于电气控制设备的设定温度时， 控制系统发出指令关闭电加热设备停止加热，仓内自行循环反应。
上述装置的操作过程如下：
1)预热：首先通过电气控制设备设定预加热温度为850℃，启动电加热 设备进行加热，达到设定温度后可以进行生产；
2)进料：将粉碎后的作物秸秆粉末送到进料斗1，存储在进料斗的秸秆 粉末在第一旋转阀2-1的作用下被不断带入到炭化仓3内，第一旋转阀2-1 的作用是通过电机带动旋转将秸秆粉末送入炭化仓3并且可以与外界空气隔 离，避免氧气进入；
3)炭化：进入到炭化仓3内的秸秆粉末在螺旋输送轴的作用下翻动并前 进，秸秆粉末在无氧高温环境中开始发生分解，产生可燃性气体(以及其他 气体)和生物质炭，此时炭化仓3内为正压，可燃性气体(以及其他气体) 通过导流管10进入到燃烧仓11内，燃烧仓11内有补氧点火设备12，可燃 性气体在燃烧仓11内被点燃并经充分燃烧后经排烟风管13排出进入后续尾 气处理装置。本步骤中，炭化温度为850℃，炭化时间8min左右，即同一批进入炭化仓的秸秆粉末在炭化仓内的停留时间为8min左右，炭化处理量约 300Kg/小时(秸秆)，螺旋转速调节为100r/min。
4)活化：充分炭化后的秸秆成为生物质炭进入到活化仓6，这些生物质 炭在螺旋输送轴的作用下翻动并前进，往活化仓6内通入高温水蒸气，高温 水蒸气与生物质炭在高温无氧环境中发生化学反应，这个过程即为活化过程，经过活化的生物质炭变成为生物质活性炭；本实施 例中，活化处理量与上述炭化步骤得到的生物质炭产量相适应，活化温度为 900℃，活化时间为40min，螺旋转速调节为40r/min，产出生物质活性炭约 60～80Kg/h。
5)冷却：经过活化产生的生物质活性炭经活化仓6的活性炭出口通过第 二旋转阀2-2进入冷却仓8，第二旋转阀2-2的作用是通过电机带动旋转将生 物质活性炭送入冷却仓8并且可以使活化仓6与外界空气隔离，避免氧气进 入，同时可以保持活化仓6内热量；生物质活性炭于冷却仓8内在螺旋输送 轴的作用下翻动并前进，冷却仓8设有循环水冷却系统，将生物质活性炭降 温至200℃左右后经出口排出。本实施例中，冷却处理量与上述活化步骤得 到的生物质活性炭产量相适应，大概为60～80Kg/h，螺旋转速50r/min。
6)出料：冷却后的生物质活性炭经出料口9排出，以容器承接即可。
本实施例提供的连续式高温炭化活化一体装置在河南省尉氏县农业局原 种场分别对不同的农作物秸秆等做了生产实验，结果见表1，从该表中数据 可以看出取得了很好的效果，活性炭产率高且稳定，质量好，且电耗低。
表1采用本发明优选实施例提供的装置进行生产实验的结果
上述实施例为本发明提供的连续式高温炭化活化一体装置的示范实验装 置，炭化仓日处理量为5吨左右秸秆，活化仓日处理量为2吨左右生物质炭。 还可以根据不同需求设计不同产量的装置，其中，一些工艺参数如螺旋转速、 处理量等可根据设备、物料、工艺等进行调整。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种连续式高温炭化活化一体装置，其特征在于，所述一体装置包括：
进料设备；
炭化仓，与进料设备连接，用于接收来自所述进料设备的物料并进行炭化处理；
活化仓，与所述炭化仓连接，用于对所述炭化仓输出的物料进行活化处理；
冷却仓，与所述活化仓连接，用于对所述活化仓输出的物料进行冷却处理；
加热设备，设置于所述炭化仓和所述活化仓上，所述加热设备包括环绕设置在所述炭化仓和所述活化仓外部的加热管路，所述加热设备用于维持所述炭化仓和所述活化仓内的温度；
蒸汽发生设备，与所述活化仓连接，用于向所述活化仓提供活化处理所需水蒸气；
可燃性气体燃烧设备，包括与所述活化仓连接的燃烧仓，所述燃烧仓还与所述加热管路连接，所述燃烧仓用于将所述活化仓中产生的可燃性气体进行燃烧，并将产生的热量传输给所述加热管路；
所述炭化仓和活化仓内部均设有物料输送机构，用于将进入所述炭化仓和活化仓的物料输送至所述炭化仓和活化仓的物料出口处。
2.根据权利要求1所述连续式高温炭化活化一体装置，其特征在于，所述进料设备包括进料斗和第一旋转阀，所述进料斗通过所述第一旋转阀与所述炭化仓的入口连接；所述活化仓和所述冷却仓的连接处设有第二旋转阀；所述炭化仓和所述活化仓的连接处设有第三旋转阀。
3.根据权利要求2所述连续式高温炭化活化一体装置，其特征在于，所述一体装置还包括：可燃性气体燃烧设备；所述可燃性气体燃烧设备包括导流管、燃烧仓、补氧点火设备和排烟风管；其中，
所述导流管，两端分别与所述炭化仓和所述燃烧仓连接，用于输送炭化处理所产生可燃性气体至所述燃烧仓；
所述补氧点火设备，设置于所述燃烧仓上，用于引燃所述可燃性气体；
所述排烟风管与所述燃烧仓的出口相连，用于排除燃烧后的尾气；
所述活化仓上设有导流管，所述导流管与燃烧室连接，用于输送活化处理所产生的可燃性气体至所述燃烧仓。
4.根据权利要求1-3中任一项所述连续式高温炭化活化一体装置，其特征在于，所述加热设备为电加热设备、或天然气加热设备、或者采用所述燃烧仓产生的热量作为加热源的加热设备。
5.根据权利要求1-3中任一项所述连续式高温炭化活化一体装置，其特征在于，所述冷却仓内部设有物料输送机构，用于连续将所述活化仓输出的物料输送至所述冷却仓的物料出口处；所述物料输送机构为螺旋输送轴，由与所述螺旋输送轴连接的电机驱动。
6.根据权利要求1-3中任一项所述连续式高温炭化活化一体装置，其特征在于，所述冷却仓外部设有冷却组件，用于冷却所述冷却仓内部的物料；所述冷却组件通过冷却水控制阀与所述冷却水供给设备连接。
7.根据权利要求1-3中任一项所述连续式高温炭化活化一体装置，其特征在于，所述炭化仓和/或所述活化仓上设有温度检测元件；所述一体装置还包括：电气控制设备，至少与所述温度检测元件和加热设备连接，用于接收所述温度检测元件传送的温度数据并发出指令控制加热设备的工作状态，以使所述炭化仓和/或所述活化仓的温度保持为预定温度；
所述电气控制设备还与第一旋转阀、第二旋转阀、控制所述物料输送机构运转的电机、冷却水控制阀中的至少一种连接，以对相应部件进行调控；所述电气控制设备为PLC控制系统，所述温度检测元件为温度传感器。
8.一种连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，采用权利要求2-7中任一项所述连续式高温炭化活化一体装置实施，依次包括如下步骤：
预热步骤：启动所述加热设备加热，当所述炭化仓和所述活化仓达到预定温度后，开始进行生产；
进料步骤；将粉碎后的秸秆粉末送到进料斗，存储在所述进料斗的秸秆粉末在第一旋转阀的作用下被不断带入到所述炭化仓内；
炭化步骤：所述秸秆粉末于所述炭化仓内在所述物料输送机构的连续传送下，对所述秸秆粉末进行炭化处理；
活化步骤：位于所述活化仓内在所述物料输送机构的连续传送下，对经炭化步骤得到的生物质炭进行活化处理；
冷却步骤：经所述活化处理后得到的生物质活性炭于所述冷却仓内在所述物料输送机构的连续传送下，降至一定温度后排出；
出料步骤：冷却后的生物质活性炭经所述冷却仓的出料口排出，以容器承接即可。
9.根据权利要求8所述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，其特征在于，所述预热步骤中，所述预定温度为800-900℃；所述进料步骤中，所述秸秆粉末的粒度尺寸≤50mm。
10.根据权利要求9所述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，其特征在于，
所述炭化步骤中，炭化处理的温度为700~800℃，炭化处理的时间为5~10min；秸秆粉末的处理量为5-10吨/天；所述炭化步骤中，所述物料输送机构的转速为50~100r/min；
所述活化步骤中，活化处理的温度为850~1000℃，活化处理的时间为25~55min；所述物料输送机构的转速为20~50r/min；
所述冷却步骤中，所述生物质活性炭降至200℃左右后排出；冷却处理量为2-5吨/天；所述冷却步骤中，所述物料输送机构的转速为50~100r/min。
11.根据权利要求10所述连续式高温炭化活化作物秸秆的方法，其特征在于，所述活化步骤中，活化温度为880-920℃，活化时间为35-45min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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