CN110819363A - 多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化‑活化装置与方法，该装置包括多腔反应炉体、支撑传动组件、微负压气路流通系统。该方法包括将烘干后的生物质原料或将炭化料和水蒸气加入回转的炉体，在炭化/活化腔体中沿筒体斜度向前输送并进行热解炭化或活化反应，炭化料与可燃油气或活性炭和活化气在输送反应的过程中高温分离；高温油气或活化气在微负压作用下进入内串联燃烧供热腔中燃烧，产生热量为后续反应供热。本发明装置使用微负压内串联腔体燃烧供热，无需单独设置燃烧室，结构紧凑，热利用效率高，余热可回收，解决生物质活性炭生产过程中炭化工艺能耗高的问题。

Description

多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置与方法

技术领域

本发明属于生物质资源利用技术领域，具体涉及一种多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置与方法。

背景技术

活性炭是一种性能优良的吸附剂，具有物理吸附和化学吸附的双重特性，适用广泛。随着工业农的发展，对其需求日益增多，在催化剂载体，废气、污水处理，气体、水质净化，溶剂的回收，浸渍液制备等各个方面均有着十分重要的应用。目前制备活性炭的原料主要包括生物质和优质煤。相比于传统的使用煤作为原料制取活性炭，生物质原料具有来源广泛、价格低廉、工艺简单、污染物少等诸多优点，因而受到越来越多的关注。

制备活性炭包括物理法和化学法两种方法，由于环境要求和经济性要求日益提高，物理法制备活性炭越来越具优势。使用生物质作为原料，以物理法两步制备活性炭包括炭化和活化两个步骤，分别需要在炭化炉和活化炉中进行。相比于煤来说，使用生物质作为原料制备活性炭对于装置的要求更高。

目前通过生物质制备活性炭技术已得到一定的发展，但用于生物质物理法制取活性炭的炭化、活化的设备和工艺仍存在许多不足。考虑到产品活性炭的质量，炭化过程和活化过程一般采用外热式的炉型，现有物理法生产生物质活性炭所采用的外热式回转炉多需要单独设置燃烧室，占地空间大；其转筒一般为单一的圆筒，圆筒内除物料占用少量空间外，大部分空间没有得到有效利用；此外，传统外加热的供热方式换热效率不高，能耗较大。研发一种紧凑、高效的外热式生物质炭化/活化设备尤为重要。

发明内容

发明目的：为克服现有技术中存在的不足，本发明提供多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置与方法，该装置使用微负压多腔串联自热式外加热转炉供热，无需单独设置燃烧室，结构紧凑，热利用效率高，余热可回收，可解决生物质活性炭生产过程中炭化工艺能源消耗大、生产效率低等问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置，包括多腔反应炉体、支撑传动组件、微负压气路流通系统；

所述的多腔反应炉体包括：依次连接的进料口、筒体、炉尾、出料口；其中，筒体中包括同心同轴的炭化-活化腔、内串联燃烧供热腔，内部的炭化-活化腔为单腔结构，外部的内串联燃烧供热腔为串联多腔结构，由若干个燃烧供热腔沿周向分散布置组成，每个燃烧供热腔通过垂直切面上的呈射线状的析出通道一一对应连通炭化-活化腔；炭化-活化腔前端与进料口相连，后端与出料口相连，在进料口、出料口处开设有空气孔，用于漏进空气；

所述的支撑传动组件包括炉体外壁上的齿圈与若干滚圈，所述齿圈固定于筒体前端外壁上，与其相连接的减速机与电机供能使其带动筒体转动；所述筒体外壁上间隔设置若干滚圈，滚圈底部配有用于支撑的托轮；滚圈与筒体外壁中间有垫板，存在一定的间隙，随筒体一起转动；

进一步的，所述的微负压气路流通系统包括尾气回收输送管道与引风机；其中，炉尾(11)上的尾气出口与内串联燃烧供热腔相连，尾气回收输送管道前端接入炉尾上的尾气出口，后端与引风机相连。

进一步的，进出料口上端各开设5至10个空气孔，孔直径为40毫米，空气孔处由炉体内外压差自然漏进空气，漏进空气量由微负压气路流通系统中的引风机调节。

进一步的，可燃油气或活化气在内串联燃烧供热腔中燃烧产生的高温烟气由炉尾的出口通入尾气回收输送管道中，最终通过引风机排出。

本发明的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置实现的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化/活化方法，包括以下步骤：

(1)多腔反应炉体通过支撑传动组件中的齿圈、减速机、电机部件带动不断旋转；将经破碎与烘干后的生物质原料，或者将炭化料和水蒸气从进料口加入炭化-活化腔中，并沿筒体斜度向前输送；

(2)通过微负压气路流通系统中引风机调节炉内形成微负压(通过管道连接引风机实现)，使空气孔处自然漏进内串联燃烧供热腔内，与热解油气或活化气燃烧，所放出热量为炭化-活化腔中后续热解反应或活化供热，产生的高温烟气通过微负压气路流通系统余热回收；

(3)多腔反应炉体中，生物质热解产生的高温油气或活化过程产生的活化气在微负压下，由析出通道通入内串联燃烧供热腔中燃烧，燃烧产生的热量为后续热解炭化或活化反应供热；在炉内热解或活化反应进行时由负压实现炭化料与可燃油气的高温分离或活性炭与活化气的高温分离；最终生物质经炭化得到炭化料或炭化料经活化得到活性炭。

进一步的，所述步骤(2)与步骤(3)中，所述炭化-活化腔中反应产生的可燃物直接从析出通道吸入内串联燃烧供热腔中燃烧，为炭化-活化腔中后续反应供热。

进一步的，所述步骤(2)与步骤(3)中，所述内串联燃烧供热腔内可燃油气和活化气燃烧所需空气量由引风机进行调节。

进一步的，所述步骤(2)中，热解温度为500℃～700℃，活化温度为800℃～950℃，热解-活化压力为微负压。

有益效果：本发明提供的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化/活化装置与方法与现有发明相比，具有以下有益效果：

1、本发明装置结构简单紧凑，无需另外单独设置燃烧室，将燃烧室合并到炉体内部，节省了大量空间与材料；

2、本发明装置采用外热式加热，高温烟气不直接与物料接触，保证了炭化的质量。

3、本发明装置中采用微负压环境，通过热解气气压在热解炭化炉中实现产物炭、油气高温分离，利用热解气返回燃烧室燃烧，提供热量，节约能源；

附图说明

图1为本发明的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化/活化装置结构示意图；

图2为图1中筒体的截面图；

图中：1.进料口；2.筒体；3.炭化-活化腔；4.内串联燃烧供热腔；5.析出通道；6.齿圈；7.减速机；8.电机；9.滚圈；10.托轮；11.炉尾；12.出料口；13.引风机。

具体实施方式

下面将参照附图，对本发明实施例中的技术方案进行说明。

如图所示，多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置，包括多腔反应炉体(Ⅰ)，为装置的主体部分，是生物质原料热解炭化和炭化料活化的主要结构；支撑传动组件(Ⅱ)，用于支撑上述炉体(Ⅰ)，并通过传动装置，维持上述多腔反应炉体(Ⅰ)的持续转动；微负压气路流通系统(Ⅲ)，用于提供上述多腔反应炉体(Ⅰ)中的微负压环境，调节燃烧所需空气量，并回收其产生的尾气余热；

具体的，所述炉体(Ⅰ)包括依次连接的进料口1、筒体2、炉尾11、出料口12；其中，筒体2中包括同心分布的炭化-活化腔3、内串联燃烧供热腔4、析出通道5；炭化/活化腔3通过析出通道5与内串联燃烧供热腔4相连；炭化-活化腔3前端与进料口1相连，后端与出料口11相连；

所述的支撑传动组件(Ⅱ)包括炉体(Ⅰ)外壁上的齿圈6与滚圈9、与齿圈6相连接的减速机7与电机8、支撑滚圈9的托轮10；

所述的微负压气路流通系统(Ⅲ)包括尾气回收输送管道14与引风机13；其中，炉尾11上的尾气进口内串联燃烧供热腔4相连，尾气回收输送管道14前端接入炉尾11上的尾气出口，后端与引风机13相连；

本发明利用所述装置进行多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化/活化的方法，具体包括如下步骤：

(1)多腔反应炉体通过支撑传动组件中的齿圈6、减速机7、电机8等部件带动不断旋转；将经破碎与烘干后的生物质原料，或者将炭化料和水蒸气从进料口1加入炭化-活化腔3中，并沿筒体斜度向前输送。

(2)通过微负压气路流通系统中引风机13调节炉内形成微负压，使空气孔处自然漏进内串联燃烧供热腔4内，与热解油气或活化气燃烧，所放出热量为炭化-活化腔3中后续热解反应或活化供热，产生的高温烟气通过微负压气路流通系统余热回收。

(3)多腔反应炉体中，生物质热解产生的高温油气或活化过程产生的活化气在微负压下，由析出通道5通入内串联燃烧供热腔4中燃烧，燃烧产生的热量为后续热解炭化或活化反应供热；在炉内热解或活化反应进行时由负压实现炭化料与可燃油气的高温分离或活性炭与活化气的高温分离；最终生物质经炭化得到炭化料或炭化料经活化得到活性炭。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置，其特征在于：包括多腔反应炉体(Ⅰ)、支撑传动组件(Ⅱ)、微负压气路流通系统(Ⅲ)；

所述的多腔反应炉体(Ⅰ)包括：依次连接的进料口(1)、筒体(2)、炉尾(11)、出料口(12)；其中，筒体(2)中包括同心同轴的炭化-活化腔(3)、内串联燃烧供热腔(4)，内部的炭化-活化腔(3)为单腔结构，外部的内串联燃烧供热腔(4)为串联多腔结构，由若干个燃烧供热腔沿周向分散布置组成，每个燃烧供热腔通过垂直切面上的呈射线状的析出通道(5)一一对应连通炭化-活化腔(3)；炭化-活化腔(3)前端与进料口(1)相连，后端与出料口(11)相连，在进料口(1)、出料口(12)处开设有空气孔，用于漏进空气；

所述的支撑传动组件(Ⅱ)包括炉体(Ⅰ)外壁上的齿圈(6)与若干滚圈(9)，所述齿圈(6)固定于筒体(2)前端外壁上，与其相连接的减速机(7)与电机(8)供能使其带动筒体(2)转动；所述筒体(2)外壁上间隔设置若干滚圈(9)，滚圈(9)底部配有用于支撑的托轮(10)；

所述的微负压气路流通系统(Ⅲ)包括尾气回收输送管道(14)与引风机(13)；其中，炉尾(11)上的尾气出口与内串联燃烧供热腔(4)相连，尾气回收输送管道(14)前端接入炉尾(11)上的尾气出口，后端与引风机(13)相连。

2.根据权利要求1所述的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置，其特征在于：进出料口上端各开设5至10个空气孔，孔直径为40毫米，空气孔处由炉体内外压差自然漏进空气，漏进空气量由微负压气路流通系统(Ⅲ)中的引风机(13)调节。

3.根据权利要求1所述的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置，其特征在于：可燃油气或活化气在内串联燃烧供热腔(4)中燃烧产生的高温烟气由炉尾的出口通入尾气回收输送管道(14)中，最终通过引风机(13)排出。

4.利用权利要求1～3任一所述的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化装置实现的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化/活化方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)多腔反应炉体(Ⅰ)通过支撑传动组件(Ⅱ)中的齿圈(6)、减速机(7)、电机(8)部件带动不断旋转；将经破碎与烘干后的生物质原料，或者将炭化料和水蒸气从进料口(1)加入炭化-活化腔(3)中，并沿筒体斜度向前输送；

(2)通过微负压气路流通系统(Ⅲ)中引风机(13)调节炉内形成微负压，使空气孔处自然漏进内串联燃烧供热腔(4)内，与热解油气或活化气燃烧，所放出热量为炭化-活化腔(3)中后续热解反应或活化供热，产生的高温烟气通过微负压气路流通系统(Ⅲ)余热回收；

(3)多腔反应炉体(Ⅰ)中，生物质热解产生的高温油气或活化过程产生的活化气在微负压下，由析出通道(5)通入内串联燃烧供热腔(4)中燃烧，燃烧产生的热量为后续热解炭化或活化反应供热；在炉内热解或活化反应进行时由负压实现炭化料与可燃油气的高温分离或活性炭与活化气的高温分离；最终生物质经炭化得到炭化料或炭化料经活化得到活性炭。

5.根据权利要求4所述的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-/活化方法，其特征在于：所述步骤(2)与步骤(3)中，所述炭化-活化腔(3)中反应产生的可燃物直接从析出通道(5)吸入内串联燃烧供热腔(4)中燃烧，为炭化-活化腔(3)中后续反应供热。

6.根据权利要求4所述的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化方法，其特征在于：所述步骤(2)与步骤(3)中，所述内串联燃烧供热腔(4)内可燃油气和活化气燃烧所需空气量由引风机(13)进行调节。

7.根据权利要求4所述的多腔串联自热式外加热转炉生物质炭化-活化方法，其特征在于：所述步骤(2)中，热解温度为500℃～700℃，活化温度为800℃～950℃，热解/活化压力为微负压。

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