CN107651684A - 一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，属于环保、节能、废弃物资源化领域，步骤包括（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干化，经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内进一步脱水干化，制得颗粒状污泥备用；（2）有机物料进行干化，然后粉碎待用；（3）将颗粒状污泥和有机物料分别输送至污泥炭化机炭化；（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤得到不同粒径大小的活性炭成品。本发明对比与物理活化法和化学活化法具有简单易行、生产成本低的优点；对比与不添加任何物质而直接碳化和简单直接混合有机物进行碳化的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，属于环保、节能、废弃物资源化领域。
背景技术
随着城镇化的发展，城市生活污水产量增加，与之增多的城市污泥的处理处置也备受关注。城市污泥是对环境危害最为严重的废弃物之一,其处置是污水处理中所面临的一大难题。污泥资源化将是目前研究的主要方向，用污泥制备活性炭吸附剂是污泥资源化利用的一种有效方法。污泥制备活性炭一般包括污泥干化（含水率由80%降至20%以下），污泥碳化（含水率由20%降至2%以下），和污泥碳活性化（物理或化学活化法）三大步骤。活性炭的制作主要过程和方法包括直接碳化法、化学活化法和物理活化法，这些方法各有优缺点。
（1）直接碳化法：将污泥在高温条件下直接碳化，此方法简单易行，但污泥在高温碳化时，一部分有机物液化后气化，会减少残留炭中的有机物含量。为了减少汽化量，通常采用高压来提高液化物的汽化点。但高压状态的维持需要增加碳化成本，限制了其推广和使用，同时单纯的碳化产品吸附能力比较弱。
（2）物理活化法：流程长、工序多,不可避免地使产品成本高,同时还因为污泥的高灰分使活性炭品质差，通过物理活化法制备的污泥活性炭的比表面积相对较低而限制了活性炭的应用。
（3）化学活化法：化学法是将原料与化学药品以一定比例混合浸渍后，在惰性气体的保护下加热，不仅会对环境造成二次污染,且技术要求和产品成本较高，不利于推广。
利用污泥制备活性炭，其吸附能力主要取决于比表面积、孔隙分布和表面官能团。污泥基活性炭的孔隙分布，可通过控制制备条件来实现，现阶段多利用的控制条件有活化方式（物理或化学活化法），活化剂种类和浓度，热解或者活化温度，浸渍固液比和热解或者活化顺序等因素。同时，活化剂也是影响污泥基活性炭表面官能团的重要因素。因此，优化制备条件是获得对污染物具有高去除率的污泥活性炭的重要途径。
因此，寻找一种简单可行、节能提效的新方法是大规模制备污泥活性炭的关键。本发明①在污泥中添加有机物料（谷壳、棉花壳、木屑等）可以有效地吸收高温碳化时产生的液状物质，防止有机物质的汽化，让污泥的裂解碳化可以在常压下进行，大幅度减少污泥裂解碳化的成本，也一定程度上减缓了我国谷壳、棉花壳、木屑等有机物料使用率普遍低下且大规模焚烧造成空气污染的情况，达到“以废制废”综合利用的效果。②利用碳化系统的尾气作为污泥碳化的预热热源，比普通的干化过程更节能。③尾气中的CO2可以作为污泥碳活性化的活性材料，减少活性化成本。④将污泥碳裂解，碳化，活性化设计到同一个流程，可减少使用空间，制备成本。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的问题，提供一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，包括如下步骤：
（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干化使水分下降45-55个百分点；经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内进一步脱水干化使水分下降25-35个百分点，制得颗粒状污泥备用；
（2）有机物料进行干化，然后粉碎待用；
（3）将颗粒状污泥输入炭化机中，当污泥升温至一定温度后有机物料送至炭化机，700-900℃炭化150-30min，同时炭化过程中产生的气体引入到碳化机燃烧室；
（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤得到不同粒径大小的活性炭成品。
进一步的，步骤（1）中，所述颗粒状污泥的水分含量不超过20%，粒径不大于5 mm。
进一步的，步骤（2）中，所述有机物料为秸秆、谷壳、棉花壳、木屑中的一种或几种。
进一步的，步骤（3）中，所述炭化机中，颗粒状污泥和有机物料的重量比为4:1。
进一步的，所述污泥二级烘干机热源为炭化机炭化过程中余热。
进一步的，所述有机物料干化热源为污泥二级烘干机中的余热。
本发明的有益技术效果是：
第一，本发明在污泥干化过程中采用二级干化技术，比起普通的热风干化具有如下的优点与节能的效果：
1)污泥含水率由80%降至20%，出料呈颗粒状，利用后污泥碳化续处理；
2)封闭干化，低风高效，直接干燥，臭气释放量低；
3)利用碳化系统的尾气为其提供热源，节能40%以上；
4)布朗运动方式干燥均匀，污泥多层干化，占地面积小；
5)解决污泥粘稠及有机物分解问题，适应范围广，防爆。
第二，本发明将碳化和活化设计到同一流程内，在城市污泥热解至适当的温度时添加有机物质（秸秆、谷壳、棉花壳、木屑等），有效地吸收高温碳化时产生的液状物质，防止无机物质的汽化，让污泥的裂解碳化可以在常压下进行，大幅度减少污泥裂解碳化的成本。在另一方面，这些添加物成为无污染的活性添加剂，在高温下可以促进空隙的形成，提高污泥活性炭的吸附能力。
综合来说，本发明对比与物理活化法和化学活化法具有简单易行、生产成本低的优点；对比与不添加任何物质而直接碳化和简单直接混合有机物进行碳化的方法，本发明具有如下优点：
1）添加物对液体物质具有良好的吸附性能，在碳化至合适的温度后添加可以避免液化后的有机物汽化，使得高温裂解可以在常压下进行，大幅度降低生产成本；
2）有机物料添加物具有良好的导热性能，可以提高其高温裂解的效率；
3）对废弃的有机物料进行了无害化和资源化处理，有利于环境保护；
4）热量自平衡：在污泥中添加谷壳，棉花壳和木屑等有机物料可显著降低水分含量和灰份含量，提高有机质含量和热值，有利于实现热解过程中的热量的自平衡；
5）有机添加物本身具有较高的有机质含量，一定程度上弥补了城市污泥中的由于灰分含量较高导致制备的活性炭吸附剂的比表面积普遍较低的缺点，提高了无泥炭的活性量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，包括如下步骤：
（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干使水分下降45个百分点；经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内，然后利用炭化机内炭化产生的余热进一步脱水干化使水分下降35个百分点，制得水分含量不超过20%，粒径不大于5 mm颗粒状污泥备用；
（2）将有机物料秸秆利用二级烘干机内产生的余热进行干化，然后粉碎待用；
（3）将颗粒状污泥输入炭化机中，当污泥升温至一定温度后有机物料送至炭化机，颗粒状污泥和有机物料按重量比为4:1，常温常压下加热至700℃，逐步升温至900℃后取出活性炭；
（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤，得到碘值为345mg/g的活性炭产品。
实施例2
一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，包括如下步骤：
（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干使水分下降55个百分点；经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内，然后利用炭化机内炭化产生的余热进一步脱水干化使水分下降25个百分点，制得水分含量不超过20%，粒径不大于5 mm颗粒状污泥备用；
（2）有机物料谷壳利用二级烘干机内产生的余热进行干化，然后粉碎待用；
（3）将颗粒状污泥输入炭化机中，当污泥升温至一定温度后有机物料送至炭化机，颗粒状污泥和有机物料按重量比为4:1，常温常压下加热至700℃，逐步升温至900℃后取出活性炭；
（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤，得到碘值为360mg/g的活性炭产品。
实施例3
一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，包括如下步骤：
（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干使水分下降50个百分点；经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内，然后利用炭化机内炭化产生的余热进一步脱水干化使水分下降30个百分点，制得水分含量不超过20%，粒径不大于5 mm颗粒状污泥备用；
（2）有机物料木屑利用二级烘干机内产生的余热进行干化，然后粉碎待用；
（3）将颗粒状污泥输入炭化机中，当污泥升温至一定温度后有机物料送至炭化机，颗粒状污泥和有机物料按重量比为4:1，常温常压下加热至700℃，逐步升温至900℃后取出活性炭；
（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤，得到碘值为352mg/g的活性炭产品。
实施例4
（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干使水分下降50个百分点；经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内，然后利用炭化机内炭化产生的余热进一步脱水干化使水分下降30个百分点，制得水分含量不超过20%，粒径不大于5 mm颗粒状污泥备用；
（2）有机物料棉花壳利用二级烘干机内产生的余热进行干化，然后粉碎待用；
（3）将颗粒状污泥输入炭化机中，当污泥升温至一定温度后有机物料送至炭化机，颗粒状污泥和有机物料按重量比为4:1，常温常压下加热至700℃，逐步升温至900℃后取出活性炭；
（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤，得到碘值为305mg/g的活性炭产品。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，其特征在于,包括如下步骤：
（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干化使水分下降45-55个百分点；经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内进一步脱水干化使水分下降25-35个百分点，制得颗粒状污泥备用；
（2）有机物料进行干化，然后粉碎待用；
（3）将颗粒状污泥输入炭化机中，当污泥升温至一定温度后有机物料送至炭化机，700-900℃炭化150-30min，同时炭化过程中产生的气体引入到碳化机燃烧室；
（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤得到不同粒径大小的活性炭成品。
2. 根据权利要求1所述用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述颗粒状污泥的水分含量不超过20%，粒径不大于5 mm。
3.根据权利要求1所述用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述有机物料为秸秆、谷壳、棉花壳、木屑中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述炭化机中，颗粒状污泥和有机物料的重量比为4:1。
5.根据权利要求1所述用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，其特征在于，所述污泥二级烘干机热源为炭化机炭化过程中余热。
6.根据权利要求1所述用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，其特征在于，所述有机物料干化热源为污泥二级烘干机中的余热。
7.根据权利要求1-6任一项所述用城市污泥热解碳化制造活性炭的方法，其特征在于，步骤包括：
（1）含水量为80%的污泥均匀送入一级回转式烘干机内干使水分下降45-55个百分点；经过一级烘干机烘干后的污泥经流槽转运至二级烘干机内，然后利用炭化机内炭化产生的余热进一步脱水干化使水分下降25-35个百分点，制得水分含量不超过20%，粒径不大于5mm颗粒状污泥备用；
（2）有机物料谷壳、棉花壳或/和木屑利用二级烘干机内产生的余热进行干化，然后粉碎待用；
（3）将颗粒状污泥输入炭化机中，当污泥升温至一定温度后有机物料送至炭化机，颗粒状污泥和有机物料按重量比为4:1混匀，700-900℃炭化150-30min，同时炭化过程中产生的气体引入到碳化机燃烧室；
（4）经过高温处理的胚料成为活性炭初品，经电动筛过滤得到不同粒径大小的活性炭成品。
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