CN110054185A - 一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统及方法，所述系统主要包括火电厂煤储运装置、煤预处理装置、煤干馏炭化炉、活化炉；所述火电厂煤储运装置、煤预处理装置、煤干馏炭化炉、活化炉依次连接；所述活化炉的气化剂供给管道还连通于火电厂的烟气管道和火电厂的蒸汽管道。本发明将活性炭的生产设施与火电厂现有设备及环境进行有效的结合，极大地降低活性炭的生产成本和烟气处理费用。

Description

一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统及方法

技术领域

本发明涉及煤热解领域，具体涉及一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统及方法。

背景技术

我国的能源结构表现为“富煤、贫油、少气”，相比于石油、天然气和其他能源资源，我国煤炭资源丰富，是世界最大的煤炭生产和消费国，产量占世界煤炭总产量的37％。煤炭在我国一次能源结构中的比例约为70％，预计这种局面在今后几十年内不会发生根本改变。然而目前我国煤炭大约80％以直接燃烧的方式产生电能，不仅效率低、浪费资源且污染环境，因此寻求煤炭的综合利用，提高煤炭附加值已成为近年来煤化工产业热点。

活性炭材料是经过加工处理所得的无定形碳，具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭材料主要包括活性炭(Activated Carbon，AC)和活性炭纤维(Activated Carbon Fibers,ACF)等。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能所决定的。活性炭材料的化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水与有机溶剂，可以再生使用，已经广泛地应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。目前，改性活性炭材料被广泛用于污水处理、大气污染防治等领域，在治理环境污染方面越来越显示出其诱人的美好前景。

以褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤等制成的活性炭，外形分别为柱状、颗粒、粉末、蜂窝状、球形等形状，具有强度高、吸附速度快、吸附容量高、比表面积较大、孔隙结构发达、物理化学特性好、孔隙根据需求大小可控等特点，主要用于高端空气净化、废气净化、高纯水处理、废水处理、污水处理、水族、脱硫、水处理活性炭脱硝并可有效去除气体与液体中的杂质和污染物以及各种气体分离和提纯，还可广泛用于各种低沸点物质的吸附回收，脱臭除油等。但由于煤在炭化特别是活化工艺过程中，需要大量的高温蒸汽或烟气，而且炭化和活化过程中产生的烟气也需要进行除尘、脱硫、脱硝处理，因此在活性炭生产过程中，存在高耗能和高污染的特点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统及方法，活性炭的生产设施与火电厂现有设备及环境进行结合，极大地降低活性炭的生产成本和烟气处理费用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，包括火电厂煤储运装置、煤预处理装置、煤干馏炭化炉、活化炉；所述火电厂煤储运装置、煤预处理装置、煤干馏炭化炉、活化炉依次连接；所述活化炉的气化剂供给管道还连通于火电厂的烟气管道和火电厂的蒸汽管道。

进一步地，所述煤预处理装置包括火电厂的磨煤及制粉装置。

进一步地，所述煤预处理装置包括火电厂的磨煤及制粉装置和煤型化装置，所述煤型化装置连接于所述火电厂的磨煤及制粉装置，所述煤型化装置连接于所述煤干馏炭化炉；所述火电厂的磨煤及制粉装置用于将煤磨成煤粉，煤型化装置用于将煤粉制作成设定形状的型煤。

进一步地，所述煤预处理装置包括有煤破碎装置和筛选装置，所述筛选装置分别连接于煤破碎装置和煤干馏炭化炉。

进一步地，所述活化炉的气化剂供给管道连通于所述火电厂的煤粉锅炉的炉膛或排烟管道，所述火电厂的煤粉锅炉的炉膛或排烟管道中的高温烟气通过气化剂供给管道输入活化炉中。

进一步地，所述活化炉连通于火电厂的煤粉锅炉的主蒸汽管道，和/或连通于火电厂的汽轮机的任意一级或多级抽汽管道。

进一步地，所述活化炉和/或煤干馏炭化炉的烟气排出管道连通于所述火电厂的煤粉锅炉的炉膛或排烟管道。

进一步地，所述系统还包括有活性炭破碎装置和活性炭筛选装置，所述活化炉、活性炭破碎装置和活性炭筛选装置依次连接。

进一步地，系统还包括有依次连接的活性炭精处理装置、精制活性炭烘干装置和精制活性炭筛选装置，所述活性炭精处理装置连接于所述活化炉。

本发明还提供一种利用上述火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统的方法，包括如下步骤：

火电厂煤储运装置将煤输送至煤预处理装置中，煤预处理装置根据活性炭产品的具体要求对煤进行预处理，将煤制成煤粉、颗粒煤或型煤；

经过预处理后得到的煤粉、颗粒煤或型煤送入至煤干馏炭化炉中，根据活性炭产品的技术要求，设定煤干馏炭化炉的炉内温度及炭化速度，所述煤干馏炭化炉将煤粉、颗粒煤或型煤进行低温干馏炭化，得到炭粉、颗粒炭或型炭；

炭化后得到的炭粉、颗粒炭或型炭进入到活化炉中，同时通过火电厂的烟气管道和/或火电厂的蒸汽管道向活化炉输送高温烟气和/或高温蒸汽作为气化剂，炭粉、颗粒炭或型炭在活化炉中活化成为活性炭粉、颗粒状活性炭或活性型炭。

本发明的有益效果在于：

1、本发明系统和方法利用火电厂锅炉产生的高温烟气或蒸汽作为活性炭活化炉的气化剂，能够有效降低活性炭生产过程中的能耗成本；

2、炭化炉和活化炉的废气烟气均火电厂煤粉锅炉的烟气处理系统中进行处理，实现了不增加烟气处理设施投资的活性炭的清洁化生产；

3、本发明利用了火电厂的煤储运装置、磨粉及制粉装置，可以获得稳定的、廉价的活性炭生产原料。

4、通过和火电厂的结合，还可以利用火电厂内的现有设施处理活性炭生产过程中产生的废水、废液、废渣。

本发明将活性炭的生产设施与火电厂现有设备及环境进行有效的结合，极大地降低活性炭的生产成本和烟气处理费用。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统结构示意图；

图2为本发明实施例2的系统结构示意图；

图3为本发明实施例3的连接结构示意图；

图4为本发明实施例4的连接结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1(煤粉炭化为炭粉)

本实施例提供一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，如图1所示，包括火电厂煤储运装置101、煤预处理装置102、煤干馏炭化炉103、活化炉104；所述火电厂煤储运装置101、煤预处理装置102、煤干馏炭化炉103、活化炉104依次连接；所述活化炉104的气化剂供给管道还连通于火电厂105的烟气管道和/或火电厂105的蒸汽管道。

上述系统的工作原理在于：火电厂煤储运装置101将煤输送至煤预处理装置102中，煤预处理装置102根据活性炭产品的具体要求对煤进行预处理，经过预处理后的煤送入至煤干馏炭化炉103中。根据活性炭产品的技术要求，设定煤干馏炭化炉的炉内温度及炭化速度，所述煤干馏炭化炉103将煤进行低温干馏炭化。炭化后的炭进入到活化炉104中，同时通过火电厂105的烟气管道和/或火电厂105的蒸汽管道向活化炉输送高温烟气和/或高温蒸汽作为气化剂，炭化后的炭在活化炉104中活化成为活性炭。随后采用包装设备106进行包装对外销售。

在本实施例中，按照制作粉末状活性炭的活性炭产品要求，所述煤预处理装置102采用火电厂的磨煤及制粉装置，具体包括选煤装置1021、煤破碎装置1022和磨煤机1023，所述选煤装置102、煤破碎装置1021和磨煤机1023依次连接，所述选煤装置102连接于所述火电厂煤储运装置101，所述磨煤机1023连接于所述煤干馏炭化炉103。

选煤装置1021、煤破碎装置1022和磨煤机1023用于选煤、煤的破碎以及磨成煤粉。具体可以根据煤粉的不同粒度要求对磨煤机进行设置。磨成的煤粉经煤干馏炭化炉炭化后成为炭粉，炭粉经活化炉活化后得到活性炭粉。

在本实施例中，系统还包括有荒煤气及焦油净化装置107，所述荒煤气及焦油净化装置107连通于所述煤干馏炭化炉103。所述荒煤气及焦油净化装置107用于对所述煤干馏炭化炉103产生的荒煤气及焦油进行回收净化及分离处理，得到的精制煤气或焦油可以对外销售，也可以作为火电厂锅炉的补燃燃料。对荒煤气及焦油进行处理后的废气烟气排入火电厂煤粉锅炉内的SCR装置中进行除尘脱硫脱硝处理。具体可以连通煤粉锅炉的排烟管道或连通炉膛，炉膛的烟气通过排烟管道输出至SCR装置，因此荒煤气及焦油进行处理后的废气烟气也随之输出至SCR装置进行除尘脱硫脱硝处理。

另外，所述活化炉的排烟管道也可以连通于所述火电厂的煤粉锅炉的SCR装置，用于对活化炉排出的烟气进行除尘脱硫脱硝处理。

在本实施例中，所述系统还可以设置燃烧加热装置，所述燃烧加热装置连通于煤气或燃气供给管道，用于对活化炉进行燃烧加热。活化炉内利用高温烟气或者高温蒸汽，或者两者的混合物作为气化剂，通过控制高温烟气或/和高温蒸汽的流量和温度，结合控制煤气或燃气的燃烧量和温度，可以实现控制活化炉内的活化温度，满足活性炭活化的温度要求。

实施例2(制取颗粒状活性炭和型炭两种)

本实施例提供一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，如图2所示，包括火电厂煤储运装置201、煤预处理装置202、煤干馏炭化炉203、活化炉204；所述火电厂煤储运装置201、煤预处理装置202、煤干馏炭化炉203、活化炉204依次连接；所述活化炉204的气化剂供给管道还连通于火电厂205的烟气管道和/或火电厂205的蒸汽管道。

上述系统的工作原理在于：火电厂煤储运装置201将煤输送至煤预处理装置202中，根据活性炭的产品要求，煤预处理装置202对煤进行相应的预处理后送入煤干馏炭化炉203中。根据活性炭产品的技术要求，设定煤干馏炭化炉的炉内温度及炭化速度，煤干馏炭化炉203对煤进行低温干馏炭化。炭化后的炭进入到活化炉204中，同时通过火电厂205的烟气管道和/或火电厂205的蒸汽管道向活化炉输送高温烟气和/或高温蒸汽作为气化剂，炭在活化炉204中活化成为活性炭。

在本实施例中，根据活性炭产品的要求，分为颗粒状活性炭和型炭两种。

针对型炭的要求，所述煤预处理装置202包括火电厂的磨煤及制粉装置和煤型化装置，所述火电厂的磨煤及制粉装置连接于所述煤型化装置，所述煤型化装置连接于所述煤干馏炭化炉；所述火电厂的磨煤及制粉装置用于将煤磨成煤粉，煤型化装置用于将煤粉制作成设定形状的型煤。制作得到的型煤进入到煤干馏炭化炉中炭化得到型炭，型炭经过活化炉活化后成为设定形状的活性型炭。

在本实施例中，所述火电厂的磨煤及制粉装置包括选煤装置2021、煤破碎装置2022和磨煤机2023，所述选煤装置2021、煤破碎装置2022和磨煤机2023依次连接，所述选煤装置2021连接于所述火电厂煤储运装置201，所述磨煤机2023连接于所述煤型化装置。

所述选煤装置2021、煤破碎装置2022和磨煤机2023分别用于选煤、煤的破碎和将煤块磨成煤粉。磨成的煤粉进入煤型化装置制作成型煤。

在本实施例中，所述煤型化装置包括粘合剂供给装置2024、混合装置2025和压缩定型装置2026，所述粘合剂供给装置2024和所述火电厂的磨煤及制粉装置(本实施例中具体为磨煤机2023)均连接于所述混合装置2025，所述压缩定型装置2026分别连接所述混合装置2025和煤干馏炭化炉203。

需要说明的是，所述粘合剂供给装置用于向混合装置中供给粘合剂，粘合剂和煤粉在混合装置中混合后，经压缩定型装置压条、造球或压片得到设定形状的型煤，得到的型煤进入煤干馏炭化炉中进行炭化。压缩定型装置具体可以采用塑型机。

针对颗粒状活性炭的要求，所述煤预处理装置202还包括有筛选装置2027，所述筛选装置2027连接于所述火电厂的磨煤及制粉装置的煤破碎装置2022，并连接于所述煤干馏炭化炉203。当要求制作颗粒状活性炭时，煤在经过煤破碎装置2022破碎呈颗粒煤后，采用筛选装置2027筛选得到符合颗粒大小要求的颗粒煤，然后送入煤干馏炭化炉203进行炭化得到颗粒炭。颗粒炭经过活化炉活化后成为颗粒状活性炭。

在本实施例中，所述系统还包括有活性炭破碎装置206和活性炭筛选装置207，所述活化炉204、活性炭破碎装置206和活性炭筛选装置207依次连接。

当需要制备颗粒状活性炭并且对颗粒大小要求较高时，可以利用所述活性炭破碎装置206和活性炭筛选装置207对活化炉制备得到的颗粒状活性炭进行再次破碎和筛选。符合要求的产品通过包装设备208进行包装后对外销售。

在本实施例中，系统还包括有依次连接的活性炭精处理装置209、精制活性炭烘干装置210和精制活性炭筛选装置211，所述活性炭精处理装置209连接于所述活化炉204。

当根据产品要求需要对活性炭进行精制时，经活化炉活化后得到的初步活性炭产品送入活性炭精处理装置中，活性炭精处理装置对初步活性炭产品进行水洗、酸洗、浸渍、涂层等处理后，依次经过精处理活性炭烘干装置和精处理活性炭筛选装置进行烘干、筛选，得到符合要求的精制活性炭产品，随后即可采用包装设备208进行包装。

实施例3

本实施例提供一种活化炉连接火电厂的烟气管道的结构。

一般地，所述火电厂的煤粉锅炉包括锅筒、炉膛301、省煤器302和SCR装置303。

如图3所示，在本实施例中，所述活化炉300的气化剂供给管道连通于火电厂煤粉锅炉的炉膛301内的过热器或再热器，炉膛301内的过热器或再热器的高温烟气作为气化剂提供给活化炉300，用于活性炭的制备。

在本实施例中，还设有烟气测点，用于对进入活化炉内的烟气温度和流量进行监测。

上述连接结构应用于实施例1或实施例2所述系统中，可以实现从火电厂中获取高温烟气。

实施例4

本实施例提供一种活化炉连接火电厂的蒸汽管道的结构。

如图4所示，本实施例中，所述活化炉400连通于火电厂的煤粉锅炉401的主蒸汽管道402，并连通于火电厂的汽轮机404的抽汽管道403。

在本实施例中，所述汽轮机404是指多级汽轮机，包括有高压缸4041、中压缸4042和低压缸4043，连接于火电厂的发电机405。所述活化炉400连通于所述高压气缸4041的抽汽管道403，以及中压气缸4042的抽汽管道406。

上述连接结构应用于实施例1或实施例2所述系统中，可以实现从火电厂中获取高温蒸汽作为气化剂。

实施例5

本发明还提供一种利用上述火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统的方法，包括如下步骤：

火电厂煤储运装置将煤输送至煤预处理装置中，煤预处理装置根据活性炭产品的具体要求对煤进行预处理，将煤制成煤粉、颗粒煤或型煤；

经过预处理后得到的煤粉、颗粒煤或型煤送入至煤干馏炭化炉中，根据活性炭产品的技术要求，设定煤干馏炭化炉的炉内温度及炭化速度，所述煤干馏炭化炉将煤粉、颗粒煤或型煤进行低温干馏炭化，得到炭粉、颗粒炭或型炭；

炭化后得到的炭粉、颗粒炭或型炭进入到活化炉中，同时通过火电厂的烟气管道和/或火电厂的蒸汽管道向活化炉输送高温烟气和/或高温蒸汽作为气化剂，炭粉、颗粒炭或型炭在活化炉中活化成为活性炭粉、颗粒状活性炭或活性型炭。

得到的初步活性炭产品可以对外销售，也可进入下一步后处理；

对初步的活性炭产品进行酸洗/水洗、浸渍、涂层等后处理操作；

最后精制活性炭产品进行烘干筛选后进行包装，对外销售。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，包括火电厂煤储运装置、煤预处理装置、煤干馏炭化炉、活化炉；所述火电厂煤储运装置、煤预处理装置、煤干馏炭化炉、活化炉依次连接；所述活化炉的气化剂供给管道还连通于火电厂的烟气管道和/或火电厂的蒸汽管道。

2.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，所述煤预处理装置包括火电厂的磨煤及制粉装置。

3.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，所述煤预处理装置包括火电厂的磨煤及制粉装置和煤型化装置，所述煤型化装置连接于所述火电厂的磨煤及制粉装置，所述煤型化装置连接于所述煤干馏炭化炉；所述火电厂的磨煤及制粉装置用于将煤磨成煤粉，煤型化装置用于将煤粉制作成设定形状的型煤。

4.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，所述煤预处理装置包括有煤破碎装置和筛选装置，所述筛选装置分别连接于煤破碎装置和煤干馏炭化炉。

5.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，所述活化炉的气化剂供给管道连通于所述火电厂的煤粉锅炉的炉膛或排烟管道，所述火电厂的煤粉锅炉的炉膛或排烟管道中的高温烟气通过气化剂供给管道输入活化炉中。

6.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，所述活化炉连通于火电厂的煤粉锅炉的主蒸汽管道，和/或连通于火电厂的汽轮机的任意一级或多级抽汽管道。

7.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，所述活化炉和/或煤干馏炭化炉的烟气排出管道连通于所述火电厂的煤粉锅炉的炉膛或排烟管道。

8.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，所述系统还包括有活性炭破碎装置和活性炭筛选装置，所述活化炉、活性炭破碎装置和活性炭筛选装置依次连接。

9.根据权利要求1所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统，其特征在于，系统还包括有依次连接的活性炭精处理装置、精制活性炭烘干装置和精制活性炭筛选装置，所述活性炭精处理装置连接于所述活化炉。

10.一种利用上述任一权利要求所述的火电厂煤热解炭化活化制取活性炭的系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

火电厂煤储运装置将煤输送至煤预处理装置中，煤预处理装置根据活性炭产品的具体要求对煤进行预处理，将煤制成煤粉、颗粒煤或型煤；

经过预处理后得到的煤粉、颗粒煤或型煤送入至煤干馏炭化炉中，根据活性炭产品的技术要求，设定煤干馏炭化炉的炉内温度及炭化速度，所述煤干馏炭化炉将煤粉、颗粒煤或型煤进行低温干馏炭化，得到炭粉、颗粒炭或型炭；

炭化后得到的炭粉、颗粒炭或型炭进入到活化炉中，同时通过火电厂的烟气管道和/或火电厂的蒸汽管道向活化炉输送高温烟气和/或高温蒸汽作为气化剂，炭粉、颗粒炭或型炭在活化炉中活化成为活性炭粉、颗粒状活性炭或活性型炭。