CN111268676A - 一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置及方法，属于材料制备装置领域。一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置，活化炉连接旋风过滤器的入口；旋风分离器出口连接冷凝器管程的尾气入口，管程尾气出口通过管路连接气液分离器；所述气液分离器一方面连接燃烧室，另一方面连接蓄水罐；所述蓄水池分别连通水泵和另一蓄水罐，该蓄水罐连通蒸汽发生器；蒸汽发生器和燃烧室均与活化炉气体入口。本发明提供了一种可实现废气循环利用的活化装置。利用该装置能将可燃性气体转化为活化气体以及未反应完的活化气体收集并循环至活化炉中再次利用，最大程度的减少了资源浪费、降低了生产成本，并且无环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置及方法，属于材料制备装置领域。
背景技术
活性炭由于其发达的孔隙结构具有非常强的吸附性能，广泛应用于环境、储能、医疗等领域。同时，它具有低成本、可再生，无污染等优点。
我国是目前最大的活性炭生产国，物理活化法是制备活性炭的主要方法，但是制备过程中会产生的一氧化碳等大量可燃性气体以及未反应完全的活化气体，甚至有些含硫、含硝等有害物质。一般这些气体经过简单的处理直接排入大气，一方面造成了资源的浪费，一方面对环境造成污染。因此将尾气中的可燃组分以及活化气体进行再利用是实现节能减排、资源高效利用的有效途径。
发明内容
为了更好的利用活化废气中的可燃组分，本发明提供了一种可实现废气循环利用的活化装置。利用该装置能将可燃性气体转化为活化气体以及未反应完的活化气体收集并循环至活化炉中再次利用，最大程度的减少了资源浪费、降低了生产成本，并且无环境污染。
一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置，所述装置包括下述设备单元：
至少一个活化炉，所述活化炉接收来自蒸汽发生器的水蒸汽和来自燃烧室的气态产物；
至少一个气固分离器，所述气固分离器用于接收来自所述活化炉的携带固态物料的气态料流，将携带固态物料的气态料流分离为固态物料和含有水蒸汽的气态物料；
至少一个冷凝器，所述冷凝器接收来自气固分离器的含有水蒸汽的气态物料；
至少一个气液分离器，所述气液分离器接收来自所述冷凝器经冷却的物料，将所述物料分离为水和气态物料；
一个液体接收装置，所述液体接收装置接收来自气液分离器的水和来自液体存储装置的水；同时，所述液体接收装置为冷凝器提供未经换热的冷却水；
至少一个液体存储装置，所述液体存储装置接收来自冷凝器的已经换热的冷却水；
至少一个蒸汽发生器，所述蒸汽发生器接收来自液体存储装置的水并将其转化为水蒸汽；
至少一个燃烧室，所述燃烧室接收来自气液分离器的气态物料，并使可燃气体在该燃烧室内燃烧，获得气态产物。
本发明所述活化炉为现有技术中公开的可用于制备活性炭的活化炉，可商业购得。所述活化炉可以包括进气通道，用于向内通入新鲜的反应原料。
上述技术方案中，来源于活化炉的携带固态物料的气态料流为活化所产生的尾气，其包括一氧化碳、甲烷、氢气在内的可燃性气体，以及未反应完全的水蒸汽与二氧化碳，除此之外还包含极少的固态物料。该尾气进入气固分离器后固态物料被分离开，气态物料(可燃性气体、水蒸汽和二氧化碳)进入冷凝器，在冷凝器中水蒸汽被冷凝为冷凝水后与气态物料(可燃性气体和二氧化碳)进入气液分离器。经气液分离器分离后，一方面，冷凝水进入液体接收装置，经流体泵的作用，被用作冷凝器的冷却水进入冷凝器的壳程，冷却水经换热从壳程流出后进入液体存储装置。液体存储装置中的水一部分进入蒸汽发生器，另一部分当液体存储装置水过量时流入液体接收装置。另一方面，经气液分离器分离所得气态物料(可燃性气体和二氧化碳)进入燃烧室进行燃烧，燃烧后得到二氧化碳和水蒸汽，将所得到二氧化碳和水蒸汽导入活化炉中用作活化气体。同时，蒸汽发生器中产生的水蒸汽也进入到活化炉中用作活化气体。
本发明所述可实现废气循环利用的活性炭活化装置还包括：若干用于流体输送的流体输送装置；若干用于调节流体流量的流量调节装置；及若干用于连接设备单元的管道及管道连接装置。
本发明所述流体输送装置指本领域熟练技术人员所知的用于流体的泵；流量显示装置指用于显示通过管道流体流量的装置，如计量器、流量指示器等。
本发明所述流量调节装置，为本领域熟练技术人员所知的用于控制流体流量的装置，如阀门等。
本发明所述用于连接设备单元的管道及管道连接装置，所述管道为本领域熟练技术人员所知的连接用管道，如玻璃钢管、改性尼龙管、ABS管等；所述管道连接装置指机械紧固零件，如法兰、螺栓等。
本发明一个优选的技术方案为：一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置，所述装置包括下述设备单元：
一个活化炉，所述活化炉接收来自蒸汽发生器的水蒸汽和来自燃烧室的气态产物；
一个气固分离器，所述气固分离器用于接收来自所述活化炉的携带固态物料的气态料流，将携带固态物料的气态料流分离为固态物料和含有水蒸汽的气态物料；
一个冷凝器，所述冷凝器接收来自气固分离器的含有水蒸汽的气态物料；
一个气液分离器，所述气液分离器接收来自所述冷凝器经冷却的物料，将所述物料分离为水和气态物料；
一个液体接收装置，所述液体接收装置接收来自气液分离器的水和来自液体存储装置的水；同时，所述液体接收装置为冷凝器提供未经换热的冷却水；
一个液体存储装置，所述液体存储装置接收来自冷凝器的已经换热的冷却水；
一个蒸汽发生器，所述蒸汽发生器接收来自液体存储装置的水并将其转化为水蒸汽；
一个燃烧室，所述燃烧室接收来自气液分离器的气态物料，并使可燃气体在该燃烧室内燃烧，获得气态产物；
一个流体泵，所述流体泵接收来自液体接收装置的水并将其输送至冷凝器作为冷却水。
本发明的另一目的是提供一种实现废气循环利用的活性炭活化方法。
一种实现废气循环利用的活性炭活化方法，将活性炭固态原料置于活化炉中，通入活化气体水蒸汽，于活化温度下活化一段时间，得活性炭和携带固态物料的气态料流；将所得携带固态物料的气态料流进行气固分离，得含有水蒸汽的气态物料；将所得含有水蒸汽的气态物料进行冷凝，得到冷凝水和含有可燃气体的气态物料；将部分冷凝水用作冷凝器的冷却水，将另一部分冷凝水转化为水蒸汽后重新送入活化炉中；将含有可燃气体的气态物料中的可燃性气体燃烧，将燃烧所得产物作为活化气体重新送入活化炉中。
上述技术方案中，所用活性炭固态原料可以是煤质、生物质、聚合物基炭化料。
上述技术方案中，所述系统首次反应的活化气体是由系统中的蒸汽发生器提供。
优选地，所述方法于本发明上述可实现废气循环利用的活性炭活化装置中进行：
将活性炭固态原料置于活化炉中，由蒸汽发生器向活化炉中通入水蒸汽，流量为50～300ml/min，水碳比为1:1～6:1，于活化温度800～1000℃下活化30～240min，得活性炭和携带固态物料的气态料流；使所得携带固态物料的气态料流进入气固分离器中进行气固分离，得含有水蒸汽的气态物料；使所得含有水蒸汽的气态物料进入冷凝器进行冷凝，得到冷凝水和含有可燃气体的气态物料，气态物料温度为80～100℃；将部分冷凝水用作冷凝器的冷却水，经由流体输送装置送至冷凝器中，冷却水流量为50～200L/min；将另一部分冷凝水导入蒸汽发生器中使之转化为水蒸汽后重新送入活化炉中，蒸汽发生器温度为300～500℃；并将含有可燃气体的气态物料导入燃烧室中，使可燃性气体燃烧，将燃烧所得产物作为活化气体重新送入活化炉中。
本发明所述水碳比指每小时通水量(L)与炭材料质量(kg)比。
本发明的有益效果为：本发明相比于现有的尾气循环利用系统，其优点在于：1)可将未反应完的水蒸汽以及活化气体回收再循环利用；2)该装置能够将活化过程中产生的可燃气体转化为活化气体循环至活化炉进行反应；3)将热交换后产生的热水用于提供活化所需水蒸汽，减少能耗；4)该装置结构简单，占地空间小，可实现无粉尘、无污染气体排放，达到节能减排的作用。
附图说明
图1为活化炉尾气循环利用系统结构示意图。
图2为冷凝器结构示意图。
图3为燃烧室结构示意图。
图中附图标记分别为：旋风过滤器1、冷凝器2、气液分离器3、蓄水罐4-1、蓄水罐4-2、水泵4-3、燃烧室5、蒸汽发生器6、活化炉7、冷凝器管程2-1、冷凝器壳程2-2、尾气入口2-3、尾气出口2-4、冷却水入口2-5、冷凝冷却水出口2-6、炉膛5-1、保温层5-2、可燃气体入口5-3、空气入口5-4、活化气体出口5-5。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
具体实施方式之一：
一种可实现废气循环利用的活化装置，包括下述设备单元：旋风过滤器1、冷凝器2、气液分离器3、蓄水罐4-1(液体接收装置)、蓄水罐4-2(液体存储装置)、燃烧室5、蒸汽发生器6、活化炉7。
一个活化炉7，所述活化炉7包括预热段与活化段；预热段将进入活化炉的活化气体加热至反应所需温度，活化气体上升至活化段与原料进行反应。；
一个旋风过滤器1，所述旋风过滤器1的进气口与活化炉7尾气出口管路连接，出气口与冷凝器2进气口连接，下端带有可拆卸式粉尘收集器，用于将尾气带出的粉尘进行收集，防止排入大气。
一个冷凝器2，所述冷凝器2结构为管壳式，尾气走冷凝器管程2-1，冷却水走冷凝器壳程2-2；尾气通过冷凝器尾气入口2-3进入管程，冷凝后所得冷凝水、可燃性气体与未反应完的二氧化碳，所得物料均进入与冷凝器管程尾气出口2-4连通的气液分离器3；冷凝器2下端冷却水入口2-5通过水泵4-3与蓄水罐4-1连通，冷凝器2上端冷却水出口2-6通过管路与蓄水罐4-2连接。
一个气液分离器3，进入气液分离器3的可燃性气体通过气体出口进入燃烧室5，冷凝水通过液体出口进入蓄水罐4-1。
两个蓄水罐和循环水泵，蓄水罐4-1包括第一液体入口、第二液体入口以及液体出口，第一液体入口与气液分离器3连接，第二液体入口与蓄水罐4-2连接，液体出口通过循环水泵4-3与冷凝器连接。蓄水罐4-2包括液体入口、第一液体出口、第二液体出口，液体入口与冷凝气冷却水出口2-6连接，第一液体出口通过流量控制阀与蒸汽发生器6连接，第二液体出口与蓄水罐4-1连接，水位上升至一定高度自动通过第二液体出口流入蓄水罐4-1。
一个燃烧室5，所述燃烧室包括炉膛5-1，保温层5-2，可燃气体入口5-3，空气入口5-4，活化气体出口5-5；由气液分离器3出来的可燃气体通过可燃气体入口5-3直接进入燃烧室炉膛5-1内，炉膛壁设有多个进气口，炉膛内设有点火器，空气进入保温层5-2与炉膛夹层，由炉膛壁进气口进入炉膛内，可燃气体燃烧转化为活化气体由活化气体出口5-5进入活化炉7。
一个蒸汽发生器6，所述蒸汽发生器将从蓄水罐2中输入的水加热气化并输入活化炉。
还包括：连接各个单元设备的管道及管道连接件；用于液体流量控制的控制阀以及输送空气的空气泵；用于控制各单元的温度控制表以及测温装置。
所述冷凝器尾气出口处设有温度监测器，所述水泵可调节流量，水量流速确保经冷凝器的尾气温度降至100℃以下，使尾气中水蒸汽充分冷凝。
将活性炭固态原料置于活化炉中，由蒸汽发生器向活化炉中通入水蒸汽，流量为50～300ml/min，水碳比为1:1～6:1，于活化温度800～1000℃下活化30～240min，得活性炭和携带固态物料的气态料流；使所得携带固态物料的气态料流进入气固分离器中进行气固分离，得含有水蒸汽的气态物料；使所得含有水蒸汽的气态物料进入冷凝器进行冷凝，得到冷凝水和含有可燃气体的气态物料，气态物料温度为80～100℃；将部分冷凝水用作冷凝器的冷却水，经由流体输送装置送至冷凝器中，冷却水流量为50～200L/min；将另一部分冷凝水导入蒸汽发生器中使之转化为水蒸汽后重新送入活化炉中，蒸汽发生器温度为300～500℃；并将含有可燃气体的气态物料导入燃烧室中，使可燃性气体燃烧，将燃烧所得产物作为活化气体重新送入活化炉中。
进一步地，所述优选工艺条件为：
所述活化炉7包括预热段与活化段；预热段将进入活化炉的活化气体加热至反应所需温度，活化气体上升至活化段与原料进行反应。
活化炉预热段温度：500～700℃，活化段温度：800～1000℃。
实施例1
如图1所述，为一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置，结构包括：旋风过滤器1、冷凝器2、气液分离器3、蓄水罐4-1、蓄水罐4-2、水泵4-3、燃烧室5、蒸汽发生器6、活化炉7。
活化炉7通过管路连接旋风过滤器1的入口；旋风分离器1出口连接冷凝器2管程的尾气入口，管程尾气出口通过管路连接气液分离器3；所述气液分离器3一方面通过管路连接燃烧室5，另一方面通过管路连接蓄水罐4-1；所述蓄水池4-1分别连通水泵和蓄水罐4-2；水泵另一侧连通冷凝器2壳程下方的冷却水入口2-5，冷却水出口2-6连通蓄水罐4-2；该蓄水罐4-2连通蒸汽发生器6；蒸汽发生器6和燃烧室5均与活化炉7气体入口连通。
活化产生的高温气体及粉尘经过旋风过滤器1将粉尘过滤收集，保证尾气不将粉尘带入冷凝器2。所述冷凝器2为管壳式冷凝器，高温气体经过管程，冷却水通过壳程将尾气中未反应完的水蒸汽冷凝，同时经过换热的冷却水温度升高，收集于蓄水罐4-2中。高温尾气经冷凝后进入气液分离器3，所述气液分离器3将可燃气体以及未反应完的二氧化碳输入燃烧室5转化为活化气体，冷凝水通过气液分离器3回收至蓄水罐4-1。
所述蓄水罐4-2水位上升至一定高度可将多余水量循环至蓄水罐4-1；同时蓄水罐4-2出水管路通过流量控制阀与蒸汽发生器6连接，为活化提供所需水量。蓄水罐4-1中的冷却水通过水泵4-3送入冷凝器2。所述燃烧室5将活化产生的可燃气体转化为水蒸汽和二氧化碳。
应用例1
所用原料为核桃壳炭化料，一种尾气循环利用工艺条件如下：
活化炉预热段温度为600℃，活化段温度为800℃，活化时间为30min。
水碳比为5:1，通过蓄水罐4-2的流量调节阀调节水流量为100ml/min，即进入蒸汽发生器的水流量为100ml/min。水蒸汽发生器温度为300℃。
冷凝器循环冷却水流速为5L/min，冷凝器气体出口温度为87℃。
活化所需二氧化碳完全由尾气燃烧生成的二氧化碳气体提供。
应用例2
所用原料为太西煤炭化料，一种尾气循环利用工艺条件如下：
活化炉预热段温度为700℃，活化段温度为880℃，活化时间为30min。
水碳比为6:1，通过蓄水罐4-2的流量调节阀调节水流量为130ml/min，即进入蒸汽发生器的水流量为130ml/min。水蒸汽发生器温度为300℃。
冷凝器循环冷却水流速为6L/min，冷凝器气体出口温度为95℃。
活化所需二氧化碳完全由尾气燃烧生成的二氧化碳气体提供。
表一为活性炭收率及吸附性能
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (5)
1.一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置，所述装置包括下述设备单元：
至少一个活化炉，所述活化炉接收来自蒸汽发生器的水蒸汽和来自燃烧室的气态产物；
至少一个气固分离器，所述气固分离器用于接收来自所述活化炉的携带固态物料的气态料流，将携带固态物料的气态料流分离为固态物料和含有水蒸汽的气态物料；
至少一个冷凝器，所述冷凝器接收来自气固分离器的含有水蒸汽的气态物料；
至少一个气液分离器，所述气液分离器接收来自所述冷凝器经冷却的物料，将所述物料分离为水和气态物料；
一个液体接收装置，所述液体接收装置接收来自气液分离器的水和来自液体存储装置的水；同时，所述液体接收装置为冷凝器提供未经换热的冷却水；
至少一个液体存储装置，所述液体存储装置接收来自冷凝器的已经换热的冷却水；
至少一个蒸汽发生器，所述蒸汽发生器接收来自液体存储装置的水并将其转化为水蒸汽；
至少一个燃烧室，所述燃烧室接收来自气液分离器的气态物料，并使可燃气体在该燃烧室内燃烧，获得气态产物。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括：若干用于流体输送的流体输送装置；若干用于调节流体流量的流量调节装置；及若干用于连接设备单元的管道及管道连接装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括下述设备单元：
一个活化炉，所述活化炉接收来自蒸汽发生器的水蒸汽和来自燃烧室的气态产物；
一个气固分离器，所述气固分离器用于接收来自所述活化炉的携带固态物料的气态料流，将携带固态物料的气态料流分离为固态物料和含有水蒸汽的气态物料；
一个冷凝器，所述冷凝器接收来自气固分离器的含有水蒸汽的气态物料；
一个气液分离器，所述气液分离器接收来自所述冷凝器经冷却的物料，将所述物料分离为水和气态物料；
一个液体接收装置，所述液体接收装置接收来自气液分离器的水和来自液体存储装置的水；同时，所述液体接收装置为冷凝器提供未经换热的冷却水；
一个液体存储装置，所述液体存储装置接收来自冷凝器的已经换热的冷却水；
一个蒸汽发生器，所述蒸汽发生器接收来自液体存储装置的水并将其转化为水蒸汽；
一个燃烧室，所述燃烧室接收来自气液分离器的气态物料，并使可燃气体在该燃烧室内燃烧，获得气态产物，
一个流体泵，所述流体泵接收来自液体接收装置的水并将其输送至冷凝器作为冷却水。
4.一种实现废气循环利用的活性炭活化方法，其特征在于：将活性炭固态原料置于活化炉中，通入活化气体水蒸汽，于活化温度下活化一段时间，得活性炭和携带固态物料的气态料流；将所得携带固态物料的气态料流进行气固分离，得含有水蒸汽的气态物料；将所得含有水蒸汽的气态物料进行冷凝，得到冷凝水和含有可燃气体的气态物料；将部分冷凝水用作冷凝器的冷却水，将另一部分冷凝水转化为水蒸汽后重新送入活化炉中；将含有可燃气体的气态物料中的可燃性气体燃烧，将燃烧所得产物作为活化气体重新送入活化炉中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法于权利要求1所述的装置中进行：
将活性炭固态原料置于活化炉中，由蒸汽发生器向活化炉中通入水蒸汽，流量为50～300ml/min，水碳比为1:1～6:1，于活化温度800～1000℃下活化30～240min，得活性炭和携带固态物料的气态料流；使所得携带固态物料的气态料流进入气固分离器中进行气固分离，得含有水蒸汽的气态物料；使所得含有水蒸汽的气态物料进入冷凝器进行冷凝，得到冷凝水和含有可燃气体的气态物料，气态物料温度为80～100℃；将部分冷凝水用作冷凝器的冷却水，经由流体输送装置送至冷凝器中，冷却水流量为50～200L/min；将另一部分冷凝水导入蒸汽发生器中使之转化为水蒸汽后重新送入活化炉中，蒸汽发生器温度为300～500℃；并将含有可燃气体的气态物料导入燃烧室中，使可燃性气体燃烧，将燃烧所得产物作为活化气体重新送入活化炉中。
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| CN202010075691.7A CN111268676A (zh) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | 一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111943195A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-17 | 河南科技大学 | 一种活性炭发生装置及活性炭制备系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN209226592U (zh) * | 2018-12-13 | 2019-08-09 | 宁夏尼西活性炭有限公司 | 活性炭活化炉尾气循环利用装置 |
| CN211847158U (zh) * | 2020-01-22 | 2020-11-03 | 大连理工大学 | 一种可实现废气循环利用的活性炭活化装置 |
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