CN112279248A - 一种利用太阳能供热的活性炭制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能供热的活性炭制备系统，包括聚光系统、活化介质储存加热系统、高温导热油加热系统、活化系统以及尾气排放系统，聚光系统同时与活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统连接，活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统均与活化系统连接，尾气排放系统与活化系统连接；聚光系统用于将太阳光聚焦转化为热能；活化介质储存加热系统用于加热活性炭制备所需的活化介质；高温导热油加热系统用于加热为活性炭制备提供适当温度环境的导热油；活化系统用于发生反应生成活性炭；尾气排放系统用于收集处理活化系统生成的尾气和粉尘。本发明具有使用安全可靠、能源充分利用的优点，可用于各种活性炭的制备。

Description

一种利用太阳能供热的活性炭制备系统
技术领域
本发明涉及活性炭制备技术领域，具体涉及一种利用太阳能供热的活性炭制备系统。
背景技术
活性炭是一种内部孔隙发达，吸附能力强，髙孔隙率，由各种无定形碳基材料制成的高表面积碳材料。这些破原子会形成不规则的交联芳族片，具体结构与原料有关，且碳原子极易被其他杂原子(如氧原子)随机取代。如今，活性炭被应用到许多领域，包括水净化和污染处理，空气和气体净化(机动车尾气控制，香烟过滤嘴等)，电子和能源方面以及食品和制药行业(Chemical Reviews.2014,114(20):10613-10653.)。
通过热解法(即碳化)制备活性炭的技术如今已经成熟，通过控制碳化和活化过程中的不同变量可调控最终产品的孔隙率。众所周知，碳化指在隔绝空气的条件下对原材料加热，温度一般控制在600℃以下，碳化过程中材料有两次分解：在200-400℃之间发生一次分解，在高于400℃时固体基质中继续发生二次分解。活化分为物理活化和化学活化，物理活化指水蒸气活化和二氧化碳活化，化学活化包括碱(KOH)活化、氯化锌活化、磷酸活化和((NH4)2HPO2(磷酸铵)活化，而为这些活化提供能量的是电能、天然气、煤，这无疑会使成本及能耗大大增加。因此，急需一种更加清洁和和来源更广、取之方便的能量来源。
太阳能就是一种非常不错的选择。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，每年到达地球表面的辐射能约为130万亿吨标准煤。太阳能主要有两种利用途径：通过光电池把太阳辐射能转化为电能，常见的有太阳能电池；通过太阳能集热器把太阳辐射转化为热能，最简单的有太阳能热水器。太阳能热水器、中温热发电和光伏发电均已进入商业化应用，但在高温热化物理活化(水蒸气或二氧化碳活化)方面，还不够成熟。太阳能供热活性炭制备技术是在高温状态下利用太阳能形成的高温进行的活性炭物理活化过程。在这个过程当中，太阳能热解技术将成为一种新型节能环保技术，对于拓展其它的生物质材的热解活化方面有重大意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用太阳能供热的活性炭制备系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种利用太阳能供热的活性炭制备系统，包括聚光系统、活化介质储存加热系统、高温导热油加热系统、活化系统以及尾气排放系统，所述聚光系统同时与活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统连接，所述活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统均与活化系统连接，所述尾气排放系统与活化系统连接；
所述聚光系统用于将太阳光聚焦转化为热能，为活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统提供热量；
所述活化介质储存加热系统用于加热活性炭制备所需的活化介质并提供至活化系统内；
所述高温导热油加热系统用于加热为活性炭制备提供适当温度环境的导热油并提供至活化系统内；
所述活化系统用于发生反应生成活性炭；
所述尾气排放系统用于收集处理活化系统生成的尾气和粉尘。
进一步地，所述聚光系统包括凹面镜以及连接凹面镜的支架，所述支架中装有导热管，所述导热管的一端设置在凹面镜的聚光点处，另一端分为两个连接传热头，同时连接至活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统。
进一步地，所述凹面镜与支架活动连接以使凹面镜能适应不同角度的太阳入射光。
进一步地，还包括用于临时储存聚焦产生的热量的储热系统，所述储热系统设置在聚光系统与活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统之间。
进一步地，所述活化介质储存加热系统包括装有活化介质的活化介质储存器以及用于监控内部活化介质温度的活化介质监测装置，所述活化介质储存器外部包有保温材料，所述活化介质储存器上设有活化介质入口，所述活化介质储存器上与活化系统之间设有通道开关。
进一步地，所述活化介质为CO2或H2O。
进一步地，所述高温导热油加热系统包括装有高温导热油的高温导热油储存器以及用于监控内部高温导热油温度的导热油温度监测装置，所述高温导热油储存器外部包有保温材料，所述高温导热油储存器上设有导热油投入口，所述高温导热油储存器与活化系统之间设有导热油去通道和导热油回通道，所述导热油去通道和导热油回通道上均设有泵。
进一步地，所述活化系统包括反应室，所述反应室外设有导热油层，所述导热油层与高温导热油加热系统连通，所述反应室与活化介质储存加热系统连通，所述反应室的顶部设有原料投入口，底部设有活性炭收集口，所述反应室还设有尾气排放口，用于与尾气排放系统相连。
进一步地，所述尾气排放系统包括与活化系统连接的排气管道，所述排气管道内设有气固分离装置和气体吸收剂，所述排气管道的尾端设有粉尘收集口。
一种基于上面任一所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统的使用方法，其特征在于：其步骤为：
将带活化的炭材料投入活化系统中，且启动聚光系统进行聚焦升温，同时启动活化介质储存加热系统和高温导热油加热系统为活化介质和导热油进行升温；
当活化介质和高温导热油的温度达到额定值后，先将活化介质通入至活化系统中，然后利用导热油对活化系统进行加热；
在反应的同时启动尾气排放系统，对活化系统制备活性炭时生成的尾气进行处理；
反应达到设定的时间后，停止高温导热油加热系统，并继续通入活化介质；
当温度降至60℃以下时，停止通入活化介质，取出活化系统制备得的活性炭，同时利用尾气排放系统处理好尾气及粉尘，关闭整个系统。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、能量利用率高：利用设计的聚光系统将将太阳能直接变为热能，相比于传统的电能、天然气和煤燃烧释放的热能的能量利用方式，减少了中间能量的耗散，提高了能量的利用率；
2、无污染：活化反应的尾气和粉尘，经过尾气排放系统后，可将粉尘集中收集，从而无粉尘向空气中排放，另外，尾气经过气体吸收剂的吸收过程后，无有害气体排放，整个运行中不对外排放有异味的气体和物料；
3、适用性广：能处理各种活性炭，不受炭来源的影响，且整个系统装置占地面积小，可大规模集中使用，成本低、产率高。
综合以上，本发明具有使用安全可靠、能源充分利用的优点，可用于各种活性炭的制备。
附图说明
图1为利用太阳能供热的活性炭制备系统的结构示意图；
附图标记说明：1、凹面镜；2、控制器；3、储热系统；4、活化介质储存加热系统；5、高温导热油加热系统；6、活化系统；7、粉尘收集口；8、导热油回通道；9、导热油去通道；10、气固分离装置；11、通道开关；12、保温材料；13、活化介质入口；14、活性炭收集口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，一种利用太阳能供热的活性炭制备系统，包括聚光系统、储热系统3、活化介质储存加热系统4、高温导热油加热系统5、活化系统6以及尾气排放系统，聚光系统和储热系统3连接，储热系统3同时与活化介质储存加热系统4和高温导热油加热系统5连接，活化介质储存加热系统4和高温导热油加热系统5均与活化系统6连接，尾气排放系统与活化系统6连接。
聚光系统用于将太阳光聚焦转化为热能，为活化介质储存加热系统4和高温导热油加热系统5提供热量；储热系统3用于临时储存聚焦产生的热量；活化介质储存加热系统4用于加热活性炭制备所需的活化介质并提供至活化系统6内；高温导热油加热系统5用于加热为活性炭制备提供适当温度环境的导热油并提供至活化系统6内；活化系统6用于发生反应生成活性炭；尾气排放系统用于收集处理活化系统6生成的尾气和粉尘。
具体地，聚光系统包括凹面镜1以及连接凹面镜1的支架，凹面镜1主要用于对太阳光聚焦，凹面镜1与支架活动连接以使凹面镜1能适应不同角度的太阳入射光，支架中装有导热管，导热管的一端设置在凹面镜1的聚光点处，另一端连接至储热系统3，储热系统3外包有保温材料12，储热系统3通过两根导热管同时连接至活化介质储存加热系统4和高温导热油加热系统5，为活化介质储存加热系统4和高温导热油加热系统5加热。还包括控制器2，控制器2与各系统相连，以控制整体系统的运行，主要起到监控整个系统，以及设置相关参数的作用。
活化介质储存加热系统4主要用于储存活化介质，同时对活化介质进行加热，包括装有活化介质的活化介质储存器以及用于监控内部活化介质温度的活化介质监测装置，活化介质储存器外部包有保温材料12，以减少热量的损失，活化介质储存器上设有活化介质入口13，活化介质储存器上与活化系统6之间设有活化介质通道，活化介质通道内设有通道开关11，通道开关11具体可以为旋钮开关，以用于启闭活化介质通道，控制活化介质通入活化系统6中，具体的，活化介质为CO2或H2O。
高温导热油加热系统5包括装有高温导热油的高温导热油储存器以及用于监控内部高温导热油温度的导热油温度监测装置，高温导热油储存器外部包有保温材料12，高温导热油储存器上设有导热油投入口，高温导热油储存器与活化系统6之间设有导热油去通道9和导热油回通道8，导热油去通道9和导热油回通道8上均设有泵。高温导热油加热系统5主要用于储存高温导热油，通过吸收聚光系统产生的能力，然后通过泵的作用，实现导热油在活化系统6和导热油储存系统中来回循环流动，对活化系统6加热，保证活化系统6所需的温度。
活化系统6包括反应室，反应室外设有导热油层，导热油层与高温导热油加热系统5连通，以间接地对反应室内部空间进行加热，反应室为活性炭的反应场所，反应室的材料为石英玻璃，反应室与活化介质储存加热系统4通过活化介质通道连通，反应室的顶部设有原料投入口，底部设有活性炭收集口14，活性炭收集口14可加设阀门开关，一侧还设有尾气排放口，用于与尾气排放系统相连。
尾气排放系统包括与反应室连接的排气管道，排气管道内设有气固分离装置10和气体吸收剂，排气管道的尾端设有粉尘收集口7，以收集分离得到的粉尘，分离后的尾气通过气体吸收剂，以降低尾气对环境的影响。
一种基于上面所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统的使用方法，其步骤为：
将待活化的炭材料从投料口投入到活化系统6的反应室，启动聚光系统开始聚焦升温，同时启动活化介质储存加热系统4和高温导热油加热系统5，开始升温；
当活化介质和高温导热油的温度达到设定值之后，先开启活化介质储存加热系统4与活化系统6之间的开关，先向活化系统6反应室通入一段时间的活化气体，然后启动泵，对活化系统6进行加热；
反应的同时，启动尾气排放系统，对活化产生的尾气进行处理，当反应达到所设定的时间后，停止高温导热油加热系统5，继续通入活化气体；
当温度降到60℃以下时，停止通入活化气体。开启活化系统6下端阀门开关，收集得到的活性炭。同时，处理好搜集的粉尘后，关闭整个系统。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：包括聚光系统、活化介质储存加热系统(4)、高温导热油加热系统(5)、活化系统(6)以及尾气排放系统，所述聚光系统同时与活化介质储存加热系统(4)和高温导热油加热系统(5)连接，所述活化介质储存加热系统(4)和高温导热油加热系统(5)均与活化系统(6)连接，所述尾气排放系统与活化系统(6)连接；
所述聚光系统用于将太阳光聚焦转化为热能，为活化介质储存加热系统(4)和高温导热油加热系统(5)提供热量；
所述活化介质储存加热系统(4)用于加热活性炭制备所需的活化介质并提供至活化系统(6)内；
所述高温导热油加热系统(5)用于加热为活性炭制备提供适当温度环境的导热油并提供至活化系统(6)内；
所述活化系统(6)用于发生反应生成活性炭；
所述尾气排放系统用于收集处理活化系统(6)生成的尾气和粉尘。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：所述聚光系统包括凹面镜(1)以及连接凹面镜(1)的支架，所述支架中装有导热管，所述导热管的一端设置在凹面镜(1)的聚光点处，另一端分为两个连接传热头，同时连接至活化介质储存加热系统(4)和高温导热油加热系统(5)。
3.根据权利要求2所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：所述凹面镜(1)与支架活动连接以使凹面镜(1)能适应不同角度的太阳入射光。
4.根据权利要求1所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：还包括用于临时储存聚焦产生的热量的储热系统(3)，所述储热系统(3)设置在聚光系统与活化介质储存加热系统(4)和高温导热油加热系统(5)之间。
5.根据权利要求1所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：所述活化介质储存加热系统(4)包括装有活化介质的活化介质储存器以及用于监控内部活化介质温度的活化介质监测装置，所述活化介质储存器外部包有保温材料(12)，所述活化介质储存器上设有活化介质入口(13)，所述活化介质储存器上与活化系统(6)之间设有通道开关(11)。
6.根据权利要求5所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：所述活化介质为CO2或H2O。
7.根据权利要求1所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：所述高温导热油加热系统(5)包括装有高温导热油的高温导热油储存器以及用于监控内部高温导热油温度的导热油温度监测装置，所述高温导热油储存器外部包有保温材料(12)，所述高温导热油储存器上设有导热油投入口，所述高温导热油储存器与活化系统(6)之间设有导热油去通道(9)和导热油回通道(8)，所述导热油去通道(9)和导热油回通道(8)上均设有泵。
8.根据权利要求1所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：所述活化系统(6)包括反应室，所述反应室外设有导热油层，所述导热油层与高温导热油加热系统(5)连通，所述反应室与活化介质储存加热系统(4)连通，所述反应室的顶部设有原料投入口，底部设有活性炭收集口(14)，所述反应室还设有尾气排放口，用于与尾气排放系统相连。
9.根据权利要求1所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统，其特征在于：所述尾气排放系统包括与活化系统(6)连接的排气管道，所述排气管道内设有气固分离装置(10)和气体吸收剂，所述排气管道的尾端设有粉尘收集口(7)。
10.一种基于权利1-9中任一所述的利用太阳能供热的活性炭制备系统的使用方法，其特征在于：其步骤为：
将带活化的炭材料投入活化系统(6)中，且启动聚光系统进行聚焦升温，同时启动活化介质储存加热系统(4)和高温导热油加热系统(5)为活化介质和导热油进行升温；
当活化介质和高温导热油的温度达到额定值后，先将活化介质通入至活化系统(6)中，然后利用导热油对活化系统(6)进行加热；
在反应的同时启动尾气排放系统，对活化系统(6)制备活性炭时生成的尾气进行处理；
反应达到设定的时间后，停止高温导热油加热系统(5)，并继续通入活化介质；
当温度降至60℃以下时，停止通入活化介质，取出活化系统(6)制备得的活性炭，同时利用尾气排放系统处理好尾气及粉尘，关闭整个系统。
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