CN107539988A - 一种煤质颗粒气化发电或供热联产活性炭的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法，解决了煤质颗粒活性炭生产中炭化和活化工艺中的环境污染、成本高等问题，实现发电或供热，提高炭化料和活性炭成品的吸附能力。其以煤质成型颗粒为原料、空气作为气化剂，气化炉对煤质颗粒进行热解气化反应，反应区温度在500‑800℃；气化后的高温炭通过双级喷蒸汽装置所在的微活化区在喷入蒸汽的作用下发生活化反应，微活化后的煤质颗粒微活化料降温至300度以下，通过炉排装置、出炭螺旋输送至活化炉生产活性炭；气化产生的热燃气和微活化产生的少量可燃气经抽气装置送入蒸汽锅炉燃烧；蒸汽锅炉产生的蒸汽向外供热或者驱动蒸汽轮机发电，部分蒸汽送入活化炉内对煤质颗粒微活化料进行活化。

Description

一种煤质颗粒气化发电或供热联产活性炭的方法

技术领域

本发明涉及煤质颗粒炭气化发电或供热同时联产活性炭的工艺方法，属于煤质活性炭生产、煤气化及能源的交叉领域。

背景技术

煤质活性炭具有强度大、吸附性能好、微孔发达、易再生等优点，在活性炭市场占有重要份额。我国是世界上活性炭生产第一大国，年产量约60万吨，其中煤质活性炭40万吨左右。煤质颗粒活性炭生产需要经过原料筛选、破碎磨粉、挤压成型、炭化、活化及成品处理等工艺。煤质活性炭生产中炭化工艺和炭化设备是重要部分，炭化温度在600℃左右，炭化设备有窑式炉、耙式炉、螺旋炉、回转炉等，工业上以回转炉为主；根据对原料加热方式分为外热式和内热式，内热式传热相对更加高效，但炭化后尾气较多，需要处理后排放，成本较高，也造成能源的浪费；煤质颗粒炭是添加煤焦油挤压成型的，受热时结焦堵塞炭的孔隙，炭化料品质不高，后期活化工艺中所需活化时间较长，增加能耗，且最终活性炭成品的吸附指标处于常规层次，碘吸附值在1000-1100mg/g，比表面积为950-1050m²/g，很难有较大提高。

发明内容

本发明针对煤质颗粒活性炭生产过程中炭化尾气处理成本高、炭化料品质较低、活化能耗较高、活性炭成品吸附指标不佳等问题，提出了煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法，解决了煤质颗粒活性炭生产中炭化和活化工艺中的环境污染、成本高等问题的同时，实现发电或供热，提高炭化料和活性炭成品的吸附能力，显著提高经济效益。

本发明所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法，以煤质成型颗粒为原料、空气作为气化剂，利用气化炉对煤质颗粒进行热解气化反应，反应区温度在500-800℃；气化后的高温炭通过气化炉下部双级喷蒸汽装置所在的微活化区，高温炭在双级喷蒸汽装置喷入蒸汽的作用下发生活化反应，微活化后的煤质颗粒微活化料通过微活化区下部的冷却区内逐渐降温至300度以下，并通过炉排装置、出炭螺旋排出；气化产生的热燃气和微活化产生的少量可燃气经抽气装置送入蒸汽锅炉燃烧；出炭螺旋排出的煤质颗粒微活化料输送至活化炉生产活性炭；蒸汽锅炉产生的蒸汽向外供热或者驱动蒸汽轮机发电，部分蒸汽送入活化炉内对煤质颗粒微活化料进行活化。

作为对所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法的进一步改进，经活化炉活化后的煤质颗粒活性炭依次经过酸洗、水洗、干燥、粉碎、筛分得到煤质颗粒活性炭成品。

作为对所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法的进一步改进，微活化后的煤质颗粒微活化料，碘吸附值250-320mg/g，比表面积250-300m²/g，挥发分10-18%，得率为60-70%；经活化炉活化后的煤质颗粒活性炭依次经过酸洗、水洗、干燥、粉碎、筛分得到煤质颗粒活性炭成品；煤质颗粒活性炭成品的碘吸附值1350mg/g，比表面积1250-1350m²/g，得率60-70%。

作为对所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法的进一步改进，送入气化炉内的煤质颗粒成柱状，直径1-8mm、长度3-50mm，水分含量在20%以下。

作为对所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法的进一步改进，活化炉的活化温度900-1000℃，活化时间1-1.5h。

本发明的有益效果：

煤质颗粒通过进料螺旋送入壳体上部的位于抽气装置与进料螺旋之间的气化反应区，通过可燃气出口后的抽气风机将空气通过进气口引入气化反应区为本装置提供适量的气化剂，由于煤的发热量高，气化反应区的温度也相对高，气化反应区温度控制在500-800度。气化产生的可燃气同时通过抽气风机引出炉体送入蒸汽锅炉。气化后的高温炭随即落入双级喷蒸汽装置所在的微活化区，双级喷蒸汽装置定量喷入水蒸气（以保证微活化区的温度不低于800度为宜），高温炭在蒸汽的作用下发生活化反应，同时产生少量可燃气也一并由抽气装置抽出。微活化后的煤质颗粒微活化料随后落入双级喷蒸汽装置与炉排装置之间的冷却区。由于双级喷蒸汽装置喷入的蒸汽，煤质颗粒微活化料在冷却区内逐渐降温至300度以下，再通过炉排装置、出炭螺旋排出送入活化炉进行活化生产活性炭。炉排装置根据反应的强度均匀出炭。蒸汽锅炉产生的蒸汽向外供热或者驱动蒸汽轮机发电，部分蒸汽送入活化炉内对煤质颗粒微活化料进行活化。

从图9可以看出，煤质颗粒活性炭的氮气吸附等温线属于型，BET比表面积1297.045m²/g，在相对压力P/P₀小于0.01，吸附量急剧增加，表明单分子层的吸附作用较大，煤质颗粒活性炭的内部微孔发达，随着相对压力继续增加，吸附量也继续增加，脱附曲线和吸附曲线中间有滞后环，表明煤质颗粒炭经微活化和再活化，形成了一定的中孔。

从图10可以看出，煤质颗粒活性炭的孔径分布以小于2.5nm以下的孔径为主，平均孔径为2.4nm，2nm左右的孔最为丰富，在孔径分布曲线上的8nm左右还有一个较小的峰，表明活性炭中存在一定量的中孔。

本发明的特点：

1）、本发明通过气化炉进行炭气联产工艺技术，在发电供热的同时联产高比表面积的煤质颗粒活性炭

2）、高温炭在气化反应区热分解，产生的热燃气经抽气装置引至蒸汽锅炉燃烧供热，使反应区处于微负压状态，有利于煤质炭表面孔隙的形成，颗粒炭经气化装置下部的双级蒸汽喷发装置进行微活化，微活化后的煤质颗粒微活化料，碘吸附值250-320mg/g，比表面积250-300m²/g，挥发分10-18%，得率为60-70%。

本发明的有益效果：本发明是一种煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭的新工艺方法（传统的煤质颗粒活性炭生产产品只有活性炭，产品单一），以煤质颗粒为原料，空气作为气化剂，利用气化炉进行炭气联产新工艺技术，产生热燃气无需净化直接送入蒸汽锅炉燃烧供热，蒸汽锅炉可对外供蒸汽或带动蒸汽轮机发电；同时，气化后的高温炭经气化炉的下部微活化区微活化后得到煤质颗粒微活化料，通过出料螺旋输送至活化炉生产活性炭。蒸汽锅炉产生的部分蒸汽送入活化炉内对煤质颗粒微活化料进行活化制备高比表面积活性炭，实现无需外加热源条件下煤质颗粒气化发电、供热联产高比表面积的煤质颗粒活性炭。

本发明在发电供热的同时联产高比表面积的煤质颗粒活性炭，解决传统煤质活性炭生产过程炭化污染大、活化能耗高，比传统煤质炭化料比表面积大、减少活化反应时间和能耗，充分利用煤质原料热解产生的能量，提高了能量综合利用效率，显著提高生产效率和经济效益。

附图说明

图1是气化炉的示意图；

图2是中间抽气装置的示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是上喷蒸汽装置的示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是炉排装置的示意图；

图7是炉排孔板等的俯视图。

图8是煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法的流程图。

图9是采用本方法生产的煤质颗粒活性炭的氮气吸附-脱附曲线图。

图10是采用本方法生产的煤质颗粒活性炭的孔径分布图。

图中，1是铺料器、2是进气口（气化剂进口）、3是煤质颗粒料斗、4是进料螺旋、5是出气口、6是抽气装置、7是上喷蒸汽装置、8是下喷蒸汽装置、9是炉排装置、10出炭冷却螺旋，11是耐火砖、12是抽气孔，13是壳体、14是主进气盘管、15是打孔支管、16是炉排支架、17是炉排孔板、18是滚动轴承、19是齿圈、20是炉排传动机构、21是主支撑梁、22是中心定轴，23是支撑轨道，61是圆柱体，62是封板。

具体实施方式

参见图1所示的气化炉，在壳体顶部设有进气口2、由减速电机带动旋转的铺料器1，铺料器1的减速机固定于气化装置顶盖上，铺料器上部固定于顶盖上，下部插入到进料螺旋下方，壳体上部的气化反应区设有相连的煤质颗粒料斗3和进料螺旋4；壳体中部设置有可燃气的抽气装置6，抽气装置上设置有检查孔（用于检修时打开观察孔是否有损坏）；装置下部微活化区设置有由上喷蒸汽装置7和下喷蒸汽装置8组成的双级喷蒸汽装置；微活化区的下部设置炉排装置9，壳体的底部设有出炭螺旋10。出炭螺旋是带有冷却夹套的密封炭出炭冷却螺旋，收集到冷却的煤质颗粒微活化料。

对照图2、3，抽气装置6中，是由N块耐火砖11砌成的圆柱体上均匀布置抽气孔12，孔径为煤质颗粒大小的0.8倍，开孔面积为圆柱体内表面面积的40%；圆柱体61的上下两端分别通过封板62与壳体相连，封板把圆柱体外部与壳体内部空间相隔离。在两个封板之间的壳体上设置有与抽气风机相通的可燃气出口5。气化产生的可燃气在外抽力的作用下由抽气孔12中均匀抽出。

参见图4、5，装置下部微活化区设置有两级喷蒸汽装置。上喷蒸汽装置7由主进气盘管14和n根打孔支管15组成，打孔支管15均匀布置于主进气盘管14上，支管15伸入壳体内的部分均匀布置直径3-5mm的孔，通过支管上的孔将蒸汽均匀喷入微活化区。根据微活化区温度调整上喷蒸汽装置的喷蒸汽量实现其高温炭的微活化。下喷蒸汽装置8与上喷蒸汽装置7相同结构，同样根据冷却区的温度来调整下喷蒸汽装置的喷蒸汽量。

参见图6、7，微活化区的下部设置的炉排装置是出炭组件，其主要由炉排支架16、炉排孔板17、滚动轴承18、齿圈19、炉排传动机构20以及炉外动力机构组成。

n块炉排孔板17直接放置的炉排架16上的限位槽中，可根据煤质颗粒大小更换炉排孔板17，炉排孔板数量和打孔大小根据炉子直径和原料大小来定。炉排支架16中心通过中心定轴22与固定在机架上的主支撑梁21之间设置轴承。炉排支架16外缘通过滚动轴承18滚动支撑在支撑轨道23上，支撑轨道23固定在壳体底部的机架上。炉排支架的边框下部连接有齿圈19，炉外动力机构通过炉排传动机构20的传动，通过主动齿轮带动齿圈19，实现炉排孔板17随中心定轴22的旋转，将煤质颗粒微活化料排出。

参见图8所示煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法流程图，出炭螺旋的出口与活化炉的物料进口相通；抽气风机的出风口与蒸汽锅炉的燃气入口相通；蒸汽锅炉的蒸汽出口连接四个支路，一支路与活化炉的蒸汽入口相通，一支路通过卸压阀、调节阀与两个主进气盘管相通，一支路向外供热，一支路与蒸汽轮机的蒸汽入口相通。从活化炉的出料口出来的经活化炉活化后的煤质颗粒活性炭依次经过酸洗装置酸洗、水洗装置水箱、干燥装置干燥、破碎装置粉碎、筛分装置筛分得到煤质颗粒活性炭成品。

应用举列：

3MW以及3MW以上的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭工艺：煤质颗粒成型柱状，直径1-8mm、长度3-30mm，水分含量在20%以下，经进料螺旋输送至气化炉进行炭气联产，经过热解气化控制主要反应区温度在500-800℃。高温炭在气化反应区热分解，热燃气经抽气装置引至蒸汽锅炉燃烧，，蒸汽锅炉产生中温中压蒸汽（385℃，4.2Mpa）推动蒸汽轮机发电，蒸汽轮机排出费蒸汽余热用来供暖。气化后的高温颗粒炭经气化炉下部的双级蒸汽喷发蒸汽装置进行微活化，碘吸附值320mg/g，比表面积298.64m²/g，挥发分15%，得率为60-70%。微活化后煤质颗粒微活化料，再经拨炭器、旋转炉排及炉外动力机构，炉排均匀旋转实现连续出料，进入密封的螺旋冷却器,输送至回转式活化炉，利用蒸汽锅炉产生的蒸汽及活化反应产生的烟道气进行活化，活化温度900-1000℃，活化时间1-1.5h，再经冷却、酸洗、水洗、干燥、破碎、筛分等工艺，得到成品煤质颗粒活性炭，得率60-70%，碘吸附值1350mg/g，比表面积1297.045m²/g，孔径分布以小于2nm微孔为主，平均孔径2.4nm，总孔容积0.80cm³/g。3MW煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭工艺，年消耗煤质颗粒炭2万吨，年发电2100万度（或蒸汽10万吨以上），年产煤质颗粒活性炭约0.70万吨。

本发明的工艺方案利用热解气化技术，以煤质颗粒为原料，利用气化炉进行炭气联产工艺新技术，热燃气无需净化直接燃烧为燃气锅炉供热，可对外供蒸汽或带动蒸汽轮机发电；同时联产的煤质颗粒气化炭在余热蒸汽活化下制备高比表面积活性炭，实现无需外加热源条件下煤质颗粒气化发电、供热联产高比表面积的活性炭。

Claims (4)

1.一种煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭的方法，其特征在于，以煤质成型颗粒为原料、空气作为气化剂，利用气化炉对煤质颗粒进行热解气化反应，反应区温度在500-800℃；气化后的高温炭通过气化炉下部双级喷蒸汽装置所在的微活化区，高温炭在双级喷蒸汽装置喷入蒸汽的作用下发生活化反应，微活化后的煤质颗粒微活化料通过微活化区下部的冷却区内逐渐降温至300度以下，并通过炉排装置、出炭螺旋排出；气化产生的热燃气和微活化产生的少量可燃气经抽气装置送入蒸汽锅炉燃烧；出炭螺旋排出的煤质颗粒微活化料输送至活化炉生产活性炭；蒸汽锅炉产生的蒸汽向外供热或者驱动蒸汽轮机发电，部分蒸汽送入活化炉内对煤质颗粒微活化料进行活化。

2.根据权利要求1所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法，其特征是：微活化后的煤质颗粒微活化料，碘吸附值250-320mg/g，比表面积250-300m²/g，挥发分10-18%，得率为60-70%；经活化炉活化后的煤质颗粒活性炭依次经过酸洗、水洗、干燥、粉碎、筛分得到煤质颗粒活性炭成品；煤质颗粒活性炭成品的碘吸附值1350mg/g，比表面积1250-1350m²/g，得率60-70%。

3.根据权利要求1所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法，其特征是：送入气化炉内的煤质颗粒成柱状，直径1-8mm、长度3-50mm，水分含量在20%以下。

4.根据权利要求1所述的煤质颗粒气化发电（或供热）联产活性炭方法，其特征是：活化炉的活化温度900-1000℃，活化时间1-1.5h。