CN109678156A - 一种制备高品质煤基活性炭的回转活化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于活性炭生产设备领域的一种制备高品质煤基活性炭的回转活化炉。包括水蒸气预热装置、活化装置、进出料系统以及回转活化炉主体部分；回转炭化炉内部划分为四段：导料段、扬料预热段、炭化料活化段和出料段；水蒸气在三段的温度依次升高，最终800～900℃的水蒸气与炭化料高效快速接触活化；同时炭化料活化段采用由耐火浇注料和碳化硅材料构成的特殊几何体构造，能够有效避免煤料的堆积，保证水蒸气与煤料充分反应接触；并且与活化料和高温水蒸气在高温下充分活化，与现有回转活化炉相比，该活化炉所得产品具有较高的碘值和比表面积，同时能够有效增加活性炭的产能，能够用于生产高品质煤基活性炭。

Description

一种制备高品质煤基活性炭的回转活化炉
技术领域
本发明属于活性炭生产设备领域，特别涉及一种制备高品质煤基活性炭的回转活化炉。
背景技术
活性炭是最古老又是目前日益引人注目的吸附剂和载体，其应用范围包括：环境保护、化学工业、食品工业、医药工业、矿业、原子能工业、农业、催化剂及其载体等众多领域。随着环保形势的逐渐严峻，活性炭的利用对于防止大气污染有重要意义，目前脱硫脱硝用活性炭被广泛用于烧结烟气的净化处理，活性炭不仅能够高效脱除烟气中的SO2和NOx，同时能够协同脱除钢铁烧结以及垃圾焚烧炉烟气中的二噁英，对于大气污染物治理具有很重要的意义。
炭活化是制取活性炭的一个关键过程。炭活化设备有内热式和外热式回转炉。日本使用外热式较多，中国普遍使用的是内热式回转炉。外热式与内热式回转炉的主要区别在于前者高温气流与物料不直接接触，而是靠炉壁辐射加热物料，这种炉型有利于产品质量的提高，但对制造回转炉的材质有较高要求；后者则是高温烟气流直接加热物料。目前国内的回转活化炉大都用于生产木质活性炭，当该炉用于生产煤质活性炭时，存在产品孔隙结构不够发达、碘吸附值较低等缺陷，其原因在于现有活化炉内部反应水蒸气温度不够高、活化料和水蒸气反应时间较短，因此迫切需要开发出一种自动化程度较高、产品质量较好、产能较大的新型回转活化炉设备。
在专利申请号为CN102502623A的文件中公开了一种往返式回转活化炉，所述往返式回转活化炉的特征在于在炉体内设置了内管抄板、内活化管、外活化管、外管抄板、内管出料装置、外管出料装置；虽然所述发明能够增长煤料和水蒸气的活化时间，能够使炉体单位容积内的存料量成倍增加，可成倍提高产量。但是其没有充分考虑内外活化管的耐高温、耐磨损材质和内管出料装置的使用材质、密封性能和使用寿命等特点。
在专利申请号为CN207435036U的文件中公开了一种高效率回转式蒸汽活化炉，该专利中的活化炉本体内壁设有螺旋蒸汽管道，且螺旋蒸汽管道与蒸汽层连通，螺旋蒸汽管道的外壁均匀环绕设有若干个蒸汽喷头；该发明专利的设计方案能够提高蒸汽与物料的接触面积，使蒸汽与物料充分接触，增强了活化效果。但是该文件对于回转炉的耐磨耐高温性能以及水蒸气预热方面考虑不全面，没有充分考虑使用过程中，煤料对炉内壁的磨损，以及高温烟气和水蒸气对炉体的腐蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，
所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉，包括进料斗、螺旋送料机、导料段、水蒸气预热装置、扬料预热段、活化段、出料段、出料设备、燃烧室、燃气进口、基座；以水蒸气输送管道作为炉壳，炉壳左端即炉尾部安装进料斗和螺旋进料机，在炉内从左至右依次布置水蒸气预热管、导料段、扬料预热段、耐高温水蒸气喷头、活化段和出料段；炉壳右端为炉头，依次连接出料装置、燃烧室和燃气进口；收料、导料装置与出料装置下面出料口连接；基座支撑燃烧室和燃气进口；活化段产生尾气出口和水蒸气进气口安装在炉壳左端的螺旋进料机下面，组成内热式连续回转活化炉；其中水蒸气在回转活化炉内经预热后与热烟气气流汇聚后，进一步与活化煤料逆流接触，进行深度活化过程。
所述燃烧室主要是利用炭化段产生的荒煤气进行燃烧，燃烧过程产生的含氧烟气与活化煤料进行稀氧燃烧，会在煤料内部产生大量的孔隙，与此同时在活化段煤料也与水蒸气进行气化反应，大量造孔；
所述螺旋进料机的始端与进料斗连接，螺旋进料机的末端连接于回转活化炉的始端，所述回转活化炉的外表面设置有保温层；
所述导料段内设置螺旋形导料槽，采用耐火浇注料制成，具有好的耐磨强度、耐腐蚀以及耐高温特性，使用寿命长。
所述水蒸气预热装置由炉尾的螺旋盘绕不锈钢钢管构成，水蒸气在该段的温度经烟气预热后达到500～600℃。
所述扬料预热段内部采用304不锈钢焊钉并由耐火浇注料材料浇注成扬料槽，水蒸气通过镶嵌在耐火浇注料中的不锈钢钢管通到活化段，该扬料预热段有效长度为6～8米，采用锯齿状构造，能够保证活化料在内部充分抛洒，热烟气与物料逆流接触，这样增大了炭化原料与烟气的接触面积，能够保证活化煤料和水蒸气逐步预热到600～700℃。
所述活化段，采用耐火浇注料和碳化硅的复合材质，其中水蒸气喷射头为碳化硅材质的高导热材料，能够保证水蒸气与活化煤料接触前预热到到800～900℃；而煤料活化槽为耐火浇注料材质,能够保证回转炉有较好的耐磨强度与使用寿命，同时能够有效避免煤料的堆积，保证水蒸气与煤料充分反应接触。；
所述出料段内部采用耐火浇注料材料，内表面光滑，其底端与出料设备相连接。
本发明的有益效果在于：本发明通过在回转活化炉内部采用特殊的材质和结构设计，克服了现有技术的内热式回转活化炉的活化料和水蒸气反应时间较短、反应效率较低、活性炭产品孔隙度不发达和产品碘吸附值较低等问题，制备得到内部孔隙结构发达和高碘吸附值的高品质煤基活性炭产品。本发明的主要优点在于：一方面，通过水蒸气预热装置，主要由炉尾的螺旋盘绕不锈钢钢管、炉膛内表面异形砖通道和材质为碳化硅的水蒸气喷射段串联组成，水蒸气在三段的温度依次升高，最终温度为800～900℃的水蒸气与炭化料高效快速接触活化；另一方面炭化料活化段采用由耐火浇注料和碳化硅材料构成的特殊几何体构造，能够有效避免煤料的堆积，保证水蒸气与煤料充分进行活化反应。
附图说明
图1为制备高品质煤基活性炭的回转活化炉结构示意图。
图2为回转活化炉内部导料段的AA截面图；
图3为回转活化炉内部扬料预热段的BB截面图；
图4为回转活化炉内部炭化料活化段的CC截面图；
图5为回转活化炉内部出料段的截面图。
标号说明：
1、进料斗(炉尾)；2、螺旋进料机；3、水蒸气预热装置；4、导料段(AA-BB)；5、扬料预热段(BB-CC)；6、水蒸气输送管道(06Cr25Ni20(GB/T20878-2007)的不锈钢钢管与耐火浇注料)；7、耐高温水蒸气喷头(碳化硅材质)；8、活化段；9、出料段(莫来石Al2O3-SiO2耐火料浇注)；10、出料装置；11、燃烧室(炉头)；12、燃气进口；13、收料、导料装置；14、基座；15、活化段产生尾气出口16、水蒸气进气口；17、螺旋形导料槽(莫来石Al2O3-SiO2耐火料浇注)；18、304不锈钢焊钉；19、扬料槽(莫来石Al2O3-SiO2耐火料浇注)；20、导料槽(莫来石Al2O3-SiO2耐火料浇注)；21、水蒸汽输送管道(莫来石Al2O3-SiO2耐火料浇注)。
具体实施方式
本发明提供一种制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,以下结合附图和实施方式予以说明。
图1所示为制备高品质煤基活性炭的回转活化炉结构示意图。图中所示的制备高品质煤基活性炭的回转活化炉为内热式连续回转活化炉；包括：进料斗1、螺旋进料机2、水蒸气换热装置3、导料段4、扬料预热段5、水蒸气输送管道6、耐高温水蒸气喷头7、活化段8、出料段9、出料装置10、燃烧室11、燃气进口12、收料、导料装置13、基座14、活化段尾气出口15、水蒸气进气口16、螺旋形导料槽17、304不锈钢焊钉18、扬料槽19、导料槽20和水蒸汽输送管道21组成；具体结构是以水蒸气输送管道6作为炉壳，炉壳左端即炉尾部安装进料斗1和螺旋进料机2，在炉内从左至右依次布置水蒸气预热装置3、导料段4、扬料预热段5、耐高温水蒸气喷头7、活化段8和出料段9；炉壳右端为炉头，依次连接出料装置10、燃烧室11和燃气进口12；收料、导料装置13与出料装置10下面出料口连接；基座14支撑燃烧室11和燃气进口12；活化段尾气出口15和水蒸气进气口16安装在炉壳左端的螺旋进料机2下面；其中回转活化炉内部主要采用莫来石Al2O3-SiO2耐火料浇注，这样既能保证回转炉内部构造稳定，又能保证设备有较长的使用寿命，在回转活化炉外表面设置有保温层；所述导料段4内设置螺旋形导料槽17(如图2所示)，采用耐火浇注料制成，所述扬料预热段5内部采用304不锈钢焊钉18并由耐火浇注料材料浇注成扬料槽19(如图3所示)，具有较好的耐磨强度和耐腐蚀以及耐高温特性，有较长的使用寿命；该扬料预热段有效长度为6～8米，采用锯齿状构造，能够保证活化料在内部充分抛洒，热烟气与物料逆流接触，这样增大了炭化原料与烟气的接触面积，能够保证活化煤料和水蒸气逐步预热到600～700℃。所述活化段8(如图4所示)中设置导料槽20与水蒸汽输送管道21采用耐火浇注料和碳化硅的复合材质制成。其中耐高温水蒸气喷射头7为碳化硅材质的高导热材料，能够保证水蒸气与活化煤料接触前预热到到800～900℃；而煤料活化槽为耐火浇注料材质,能够保证回转炉有较好的耐磨强度与使用寿命，同时能够有效避免煤料的堆积，保证水蒸气与煤料充分反应接触；水蒸气在回转活化炉内经预热后与热烟气气流汇聚后，进一步与活化煤料逆流接触，进行深度活化过程。
实施例，制备高品质煤基活性炭的回转活化炉的工作原理，
在整个回转活化炉系统中活化原料与水蒸气和热烟气的混合气逆流接触，经炭化工段制备得到的活化原料，首先经过进料斗1，然后再通过螺旋进料机2进入到回转活化炉内部，然后依次通过导料段4(导料段构造见图2)、扬料预热段5(扬料预热段构造见图3)和活化段8(活化段构造见图4)，最终到达出料段9(出料段构造见图5)，出料段9右侧与出料装置10相连接，再经收料、导料装置13进入到产品筛分、包装工段；炉头部分所在区域为燃烧室11，在该部分，从燃气进口12进入的外部燃气为焦炉煤气或者炭化工段产生的荒煤气，燃烧后温度约为900～1000℃的烟气，热烟气首先经过出料段9与高温水蒸气喷头7喷出的800～900℃蒸气汇合，然后依次通过活化段8、扬料预热段5、导料段4，最终活化段产生尾气从活化段尾气出口15导出。
在具体实施时的过程是经炭化工段制备得到的活化原料，首先经过进料斗1，再通过螺旋进料机2进入到回转活化炉内部，然后依次通过扬料预热段5；经过扬料预热段5，活化煤料与热烟气和水蒸气的混合气流逆流接触，活化煤料在该段升温预热到500～600℃；与此同时，入炉水蒸气通过水蒸气换热管3、炉膛内部水蒸气输送管导以及耐高温水蒸气喷头7，该水蒸气温度升高到800～900℃,最终在活化段8与扬料预热段5输送来的预热活化料进行深度活化造孔，最终得到的高品质活性炭进入出料段9，再经过收料、导料装置13，后经料带输送机运往筛分和包装工段。

Claims (8)

1.一种制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉，包括进料斗、螺旋送料机、导料段、水蒸气预热装置、扬料预热段、活化段、出料段、出料设备、燃烧室、燃气进口、基座；以水蒸气输送管道作为炉壳，炉壳左端即炉尾部安装进料斗和螺旋进料机，在炉内从左至右依次布置水蒸气预热管、导料段、扬料预热段、耐高温水蒸气喷头、活化段和出料段；炉壳右端为炉头，依次连接出料装置、燃烧室和燃气进口；收料、导料装置与出料装置下面出料口连接；基座支撑燃烧室和燃气进口；活化段产生尾气出口和水蒸气进气口安装在炉壳左端的螺旋进料机下面，组成内热式连续回转活化炉；其中水蒸气在回转活化炉内经预热后与热烟气气流汇聚后，进一步与活化煤料逆流接触，进行深度活化过程。
2.根据权利要求1所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述燃烧室是利用炭化段产生的荒煤气进行燃烧，燃烧过程产生的含氧烟气与活化煤料进行稀氧燃烧，会在煤料内部产生大量的孔隙，与此同时在活化段煤料也与水蒸气进行气化反应，大量造孔。
3.根据权利要求1所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述螺旋进料机的始端与进料斗连接，螺旋进料机的末端连接于回转活化炉的始端，所述回转活化炉的外表面设置有保温层。
4.根据权利要求1所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述导料段内设置螺旋形导料槽，采用耐火浇注料制成，具有好的耐磨强度、耐腐蚀以及耐高温特性，使用寿命长。
5.根据权利要求1所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述水蒸气预热装置由炉尾的螺旋盘绕不锈钢钢管构成，水蒸气在该段的温度经烟气预热后达到500～600℃。
6.根据权利要求1所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述扬料预热段内部采用304不锈钢焊钉并由耐火浇注料材料浇注成扬料槽，水蒸气通过镶嵌在耐火浇注料中的不锈钢钢管通到活化段，该扬料预热段有效长度为6～8米，采用锯齿状构造，能够保证活化料在内部充分抛洒，热烟气与物料逆流接触，这样增大了炭化原料与烟气的接触面积，能够保证活化煤料和水蒸气逐步预热到600～700℃。
7.根据权利要求1所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述活化段，采用耐火浇注料和碳化硅的复合材质，其中水蒸气喷射头为碳化硅材质的高导热材料，能够保证水蒸气与活化煤料接触前预热到到800～900℃；而煤料活化槽为耐火浇注料材质,能够保证回转炉有较好的耐磨强度与使用寿命；同时能够有效避免煤料的堆积，保证水蒸气与煤料充分反应接触。
8.根据权利要求1所述制备高品质煤基活性炭的回转活化炉,其特征在于，所述出料段内部采用耐火浇注料材料，内表面光滑，其底端与出料设备相连接。
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