CN112662434A - 一种生物质气化联产活性炭系统及生产方法 - Google Patents

一种生物质气化联产活性炭系统及生产方法 Download PDF

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CN112662434A CN202011447109.1A CN202011447109A CN112662434A CN 112662434 A CN112662434 A CN 112662434A CN 202011447109 A CN202011447109 A CN 202011447109A CN 112662434 A CN112662434 A CN 112662434A
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吴银龙
赵成武
鲁万宝
肖睿
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李益瑞
张会岩
胡鹏
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Abstract

本发明公开了一种生物质气化联产活性炭系统及生产方法，生产系统包括：流化床气化炉、活化裂解装置、余热回收装置和活性炭收集装置；生产方法为：生物质原料在流化床气化炉中气化生成燃气、气态焦油和生物质炭，在活化裂解装置中生物质炭经活化后转变为活性炭，燃气中的气态焦油裂解成小分子，然后通过余热回收装置回收系统显热提供蒸汽作为活化剂并起到冷却燃气的作用，最后通过活性炭收集装置将洁净燃气与活性炭分离开并将部分洁净燃气送回活化裂解炉，为其反应提供能量；本发明简化了活性炭生产过程，并将富余蒸汽和洁净燃气提供给厂区其他用能设备，做到了能源的梯级与合理化利用。

Description

一种生物质气化联产活性炭系统及生产方法
技术领域
本发明属于生物质气化领域，具体涉及一种生物质气化联产活性炭系统及生产方法。
背景技术
随着我国社会经济的发展，环境污染问题也越来越严重，在处理环境问题中，活性炭得到了很多的应用。活性炭的主要来源有农业废弃物、林业废弃物、(各类果壳，加工下脚料)以及煤炭、煤矸石、石化副产品等。由于煤炭、石化产品等化石类资源的不可再生性，充分利用各类农业以及林业废弃物生产活性炭，可以促进废弃物的循环利用，减少环境污染。我国目前有中小型活性炭生产企业1000余家，活性炭产量占世界产量的三分之一，已成为世界上最大的活性炭生产国，但是我国活性炭行业在制造技术上不如欧美国家，国外在活性炭制造方面已达到了规模化、自动化、低消耗、无污染、产品质量稳定的先进水平，而我国仍然存在生产规模小、质量参差不齐、资源浪费等问题。
流化床生物质气化联产活性炭技术是通过控制生物质气化反应进程，气化过程在产生生物质燃气的同时，还能够得到高品质的生物质炭，高温生物质燃气携带生物质炭进入活化裂解炉生产活性炭。
传统回转炉生产活性炭过程中通过烧原油或煤气为活化提供能量和活化剂，需要将冷却的炭化料再次加热氧化除去其中的挥发分，又再次消耗了能量，如何实现活性炭制备过程中资源及能量的合理化利用，并高效快速的生产出质量均匀的活性炭成为本技术领域技术人员急需解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生物质气化联产活性炭系统及生产方法。
一种生物质气化联产活性炭系统，包括：
用于将生物质气化生产高温生物质燃气和生物质炭的流化床气化炉；
用于对生物质炭进行物理法活化和高温生物质燃气中焦油进行裂解的活化裂解装置；
用于对携带活性炭颗粒的高温生物质燃气进行冷却的余热回收装置；
用于对活性炭颗粒和燃气进行分离的活性炭收集装置；
其中，
所述流化床气化炉包括炉膛、生物质给料装置、床料给料装置、风室一、布风板；
所述生物质给料装置、床料给料装置与炉膛连通；
所述炉膛上设有气化产物出口，气化产物出口与活化裂解炉连接；所述风室一设置在炉膛的上方并与炉膛连通，所述风室一上设有高温空气入口；所述炉膛与风室一之间通过布风板一隔开；
所述活化裂解装置包括载氧体分离器、活化裂解炉、旋风分离器、载氧体再生装置、返料器，所述载氧体分离器、活化裂解炉、载氧体再生装置依次从上往下设置并逐次连通；所述载氧体分离器上方还设有热空气出口，热空气出口与给水预热器连接；所述活化裂解炉下部为缩口段，活化裂解炉上部设有活化产物出口和水蒸汽进口，活化产物出口与旋风分离器连接；所述旋风分离器上设有高温燃气出口，高温燃气出口与高温空气预热器连接；活化裂解炉的底部设置风室二，通过设置布风板二将活化裂解炉与风室二分隔开；所述风室二上设有洁净燃气入口；所述载氧体再生装置与活化裂解炉的底部连通，载氧体再生装置上设有空气入口；
旋风分离器的底部出口与返料器连通，所述返料器上设有洁净燃气入口；
还包括风机，风机为载氧体再生装置提供输送用空气；
所述余热回收装置包括给水预热器、高温空气预热器、蒸汽发生器，所述给水预热器上设有热空气进口；所述高温空气预热器上设有高温空气出口和燃气出口，对应的高温空气出口与风室一相连接，燃气出口与蒸汽发生器相连接；所述蒸汽发生器上设有燃气进出口，燃气出口与旋风分离器相连接，所述蒸汽发生器的蒸汽出口通过管道与活化裂解炉相连接；
所述活性炭收集装置包括旋风分离器、脉冲除尘器、燃气引风机，所述旋风分离器上设有活性炭排出口、低温燃气进出口，低温燃气出口与脉冲除尘器相连接；所述脉冲除尘器的洁净燃气出口通过管道与燃气引风机相连接；所述燃气引风机的出口通过管道与风室和返料器相连接。
优选地，所述炉膛的侧壁上安装有生物质给料装置和床料给料装置。
优选地，所述载氧体分离器的载氧体出口通过密封装置与活化裂解炉相连接；。
优选地，所述给水预热器的给水出口与蒸汽发生器相连接；所述高温空气预热器的高温空气出口通过管道与风室相连接；所述蒸汽发生器的蒸汽出口通过管道与活化裂解炉相连接。
优选地，所述旋风分离器的活性炭排出口通过关风器与水冷却螺旋输送机相连接；所述脉冲除尘器的活性炭出口通过关风器与水冷却螺旋输送机相连接。
另一方面，本发明还公开一种生物质气化联产活性炭系统的生产方法，包括以下步骤：
(1)生物质原料在炉膛中床料的辅助流化作用下发生热解和气化反应生成高温生物质燃气和生物质炭，高温生物质燃气携带生物质炭进入活化裂解炉进行高温裂解和活化反应，活化产物进入旋风分离器进行分离，未活化的生物质炭被分离下来经返料器重新进入活化裂解炉内反应，载氧体反应后进入载氧体再生装置内再生循环利用，高温燃气携带活性炭经高温空气预热器和蒸汽发生器冷却后进入旋风分离器和脉冲除尘器进行气固分离，活性炭被收集，洁净燃气则送入活化裂解炉或外供；
(2)进入到活化裂解装置中下部的气化产物与水蒸汽进行对冲混合，并与炉顶加入的载氧体逆向流动；从风室进入的洁净燃气和从活化裂解炉中下部进入的气化产物和水蒸汽构成一股上升的气流，载氧体在自身重力和上升气流的阻力下缓慢下落并与上升气流充分混合，参与反应的气体向固体表面的扩散速度和反应产物脱离固体表面的离开速度一致时，反应达到一个平衡的状态；期间主要发生载氧体和燃气的化学链燃烧反应、水蒸汽和生物质炭的活化反应、焦油的裂解反应，其反应结果是反应维持在一个稳定的反应温度、生物质炭转变为活性炭、焦油裂解成小分子；反应后的活化产物进入旋风分离器进行分离，高温燃气携带活性炭进入高温空气预热器，未反应的生物质炭经返料器重新进入活化裂解炉参与反应；反应后的载氧体进入载氧体再生装置再生后送入活化裂解炉内循环使用；
(3)载氧体分离器来的热空气将给水加热后送入蒸汽发生器，产生的水蒸汽送入活化裂解装置用作制活性炭的活化剂；风机将空气送入高温空气预热器换热后送入风室；
(4)低温燃气携带活性炭进入旋风分离器后产生分离，活性炭落入下部，经关风器送入水冷却螺旋输送机进行冷却，细小颗粒的活性炭随低温燃气进入脉冲除尘器进行分离，细小颗粒活性炭经关风器送入水冷却螺旋输送机，之后送入炭仓收集。
优选地，所述进入炉膛的生物质原料含水率小于30％，炉膛的运行温度为600～850℃。
优选地，所述活化裂解炉运行温度为1000～1100℃。
优选地，所述载氧体采用锰基载氧体Mn2O3、镍基载氧体NiO/Al2O3和铜基载氧体CuO/Al。
优选地，所述高温空气预热器产生的高温空气送入风室作为流化风，并用高温空气作气化剂。
优选地，所述旋风分离器和脉冲除尘器排出的活性炭采用冷却装置将活性炭冷却收集。
由上可知，本发明所述的流化床气化炉由炉膛、生物质给料装置、床料给料装置、风室、布风板组成，流化床气化炉能将生物质原料和高温床料进行充分混合，提高热解和气化的反应速率，提高生物质的处理量和活性炭的产量，通过调节给料量和高温空气量间接的实现对炉膛温度的控制，避免因炉膛温度过高达到生物质灰熔点而结渣堵塞布风板情况的出现，所述床料给料装置通过定期向炉膛内补充因流化而损失的床料，使炉膛内流化状态趋于稳定；
所述活化裂解装置由载氧体分离器、活化裂解炉、旋风分离器、载氧体再生装置、返料器组成，活化裂解装置能将生物质燃气中的气态焦油在高温下裂解成小分子，避免气态焦油因温度降低而析出堵塞管道或脉冲除尘器，活化裂解装置能将生物质炭在水蒸气的作用下活化成活性炭，完成了生物质炭直接向活性炭的转变，不再需要消耗其他能源来加热生物质炭使其挥发分析出，合理利用了气化产物的显热，通过旋风分离器和返料器将未反应的生物质炭送回活化裂解炉反应，保证了产出活性炭的品质，所述载氧体再生装置能将载氧体再生循环利用。
所述余热回收装置由给水预热器、高温空气预热器、蒸汽发生器组成，余热回收装置能产生高温空气为流化床气化炉提供高温的空气，提高了热解和气化的反应温度和反应速度，余热回收装置能产生水蒸汽为活化反应提供活化剂，充分利用了高温燃气的显热，降低了燃气温度，降低燃气输送管道、阀门和后续脉冲除尘器的工作温度。
所述活性炭收集装置由旋风分离器、脉冲除尘器、燃气引风机组成，活性炭回收装置能将燃气中的活性炭过滤、冷却和收集下来，并将洁净燃气送回活化裂解炉参与化学链燃烧反应，放出热量，使活化裂解炉维持在一个较高的运行温度。
综上所述，本发明通过生物质原料在流化床气化炉中气化生成燃气、气态焦油和生物质炭，在活化裂解装置中生物质炭经活化后转变为活性炭，燃气中的气态焦油裂解成小分子，然后通过余热回收装置回收系统显热提供蒸汽作为活化剂并起到冷却燃气的作用，最后通过活性炭收集装置将洁净燃气与活性炭分离开并将部分洁净燃气送回活化裂解炉，为其反应提供能量；本发明简化了活性炭生产过程，并将富余蒸汽和洁净燃气提供给厂区其他用能设备，做到了能源的梯级与合理化利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)通过气化、活化裂解、返料、再生、余热回收、分离冷却等多种技术手段，确保生物质转变为高品质活性炭的同时还能产生洁净燃气。
(2)通过流化床生物质气化联产活性炭工艺，实现生物质能源的梯级利用。
(3)通过空气预热和加热给水产蒸汽的余热回收技术，实现高温燃气显热的再利用。
(4)通过旋风分离器和脉冲除尘器相组合的形式，实现活性炭和洁净燃气的分离与再利用。
附图说明
图1为本发明一种生物质气化联产活性炭系统的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例的一种生物质气化联产活性炭系统，包括：
用于将生物质气化生产高温生物质燃气和生物质炭的流化床气化炉1；
用于对生物质炭进行物理法活化和高温生物质燃气中焦油进行裂解的活化裂解装置2；
用于对携带活性炭颗粒的高温生物质燃气进行冷却的余热回收装置3；
用于对活性炭颗粒和燃气进行分离的活性炭收集装置4；
具体的说包括所述流化床气化炉1由炉膛11、生物质给料装置12、床料给料装置13、风室14、布风板15组成，所述生物质给料装置12、床料给料装置13安装在炉膛11的侧壁上并与炉膛11连通；
所述炉膛11上设有气化产物出口，气化产物出口与活化裂解炉22连接；所述风室一14设置在炉膛11的上方并与炉膛11连通，所述风室14上设有高温空气入口；所述炉膛11与风室14之间通过布风板15隔开；
所述活化裂解装置2由载氧体分离器21、活化裂解炉22、旋风分离器23、载氧体再生装置24、返料器27组成，所述载氧体分离器21、活化裂解炉22、载氧体再生装置24依次从上往下设置并逐次连通；载氧体分离器21的载氧体出口通过密封装置与活化裂解炉22相连通；
所述载氧体分离器21上方设有热空气出口，热空气出口与给水预热器31连接，所述再生后的载氧体由空气携带进入载氧体分离器21；所述活化裂解炉22下部为缩口段，其上部设有活化产物出口和水蒸汽进口，活化产物出口与旋风分离器23连接；所述旋风分离器23上设有高温燃气出口，高温燃气出口与高温空气预热器33连接；活化裂解炉22的底部设置风室二26，所述布风板25将活化裂解炉22与风室26分隔开；所述风室26上设有洁净燃气入口；所述载氧体再生装置24与活化裂解炉22的底部连通，载氧体再生装置24上设有空气入口；
旋风分离器23的底部出口与返料器27连通，所述返料器27上设有洁净燃气入口；所述风机28为载氧体再生装置24提供输送用空气即所述风机28将空气送入载氧体再生装置24；
所述余热回收装置3由给水预热器31、高温空气预热器33、蒸汽发生器34组成，所述给水预热器31上设有热空气进口；所述给水预热器31的给水出口与蒸汽发生器34相连接；所述高温空气预热器33上设有高温空气出口和燃气出口，高温空气出口与风室14相连接，燃气出口与蒸汽发生器34相连接；所述蒸汽发生器34上设有燃气进出口，燃气出口与旋风分离器41相连接，所述蒸汽发生器34的蒸汽出口通过管道与活化裂解炉22相连接；
所述活性炭收集装置4由旋风分离器41、脉冲除尘器42、燃气引风机43组成。所述旋风分离器41上设有活性炭排出口、低温燃气进出口，低温燃气出口与脉冲除尘器42相连接；所述脉冲除尘器42的洁净燃气出口通过管道与燃气引风机43相连接；所述燃气引风机43的出口通过管道与风室26和返料器27相连接。
进一步的说，所述旋风分离器41的活性炭排出口通过关风器44与水冷却螺旋输送机45相连接；所述脉冲除尘器42的活性炭出口通过关风器46与水冷却螺旋输送机45相连接。
由上可知，本发明实施例的流化床气化炉由炉膛、生物质给料装置、床料给料装置、风室、布风板组成，流化床气化炉能将生物质原料和高温床料进行充分混合，提高热解和气化的反应速率，提高生物质的处理量和活性炭的产量，通过调节给料量和高温空气量间接的实现对炉膛温度的控制，避免因炉膛温度过高达到生物质灰熔点而结渣堵塞布风板情况的出现，所述床料给料装置通过定期向炉膛内补充因流化而损失的床料，使炉膛内流化状态趋于稳定；
所述活化裂解装置由载氧体分离器、活化裂解炉、旋风分离器、载氧体再生装置、返料器组成，活化裂解装置能将生物质燃气中的气态焦油在高温下裂解成小分子，避免气态焦油因温度降低而析出堵塞管道或脉冲除尘器，活化裂解装置能将生物质炭在水蒸气的作用下活化成活性炭，完成了生物质炭直接向活性炭的转变，不再需要消耗其他能源来加热生物质炭使其挥发分析出，合理利用了气化产物的显热，通过旋风分离器和返料器将未反应的生物质炭送回活化裂解炉反应，保证了产出活性炭的品质，所述载氧体再生装置能将载氧体再生循环利用。
所述余热回收装置由给水预热器、高温空气预热器、蒸汽发生器组成，余热回收装置能产生高温空气为流化床气化炉提供高温的空气，提高了热解和气化的反应温度和反应速度，余热回收装置能产生水蒸汽为活化反应提供活化剂，充分利用了高温燃气的显热，降低了燃气温度，降低燃气输送管道、阀门和后续脉冲除尘器的工作温度。
所述活性炭收集装置由旋风分离器、脉冲除尘器、燃气引风机组成，活性炭回收装置能将燃气中的活性炭过滤、冷却和收集下来，并将洁净燃气送回活化裂解炉参与化学链燃烧反应，放出热量，使活化裂解炉维持在一个较高的运行温度。
同时本发明实施例还公开一种生物质气化联产活性炭系统的生产方法，包括以下步骤：
1)生物质原料在炉膛11中床料的辅助流化作用下发生热解和气化反应生成高温生物质燃气和生物质炭，高温生物质燃气携带生物质炭进入活化裂解炉22进行高温裂解和活化反应，活化产物进入旋风分离器23进行分离，未活化的生物质炭被分离下来经返料器27重新进入活化裂解炉22内反应，载氧体反应后进入载氧体再生装置24内再生循环利用，高温燃气携带活性炭经高温空气预热器33和蒸汽发生器34冷却后进入旋风分离器41和脉冲除尘器42进行气固分离，活性炭被收集，洁净燃气则送入活化裂解炉22或外供；
2)进入到活化裂解装置22中下部的气化产物与水蒸汽进行对冲混合，并与炉顶加入的载氧体逆向流动；从风室26进入的洁净燃气和从活化裂解炉22中下部进入的气化产物和水蒸汽构成一股上升的气流，载氧体在自身重力和上升气流的阻力下缓慢下落并与上升气流充分混合，参与反应的气体向固体表面的扩散速度和反应产物脱离固体表面的离开速度一致时，反应达到一个平衡的状态；期间主要发生载氧体和燃气的化学链燃烧反应、水蒸汽和生物质炭的活化反应、焦油的裂解反应，其反应结果是反应维持在一个稳定的反应温度、生物质炭转变为活性炭、焦油裂解成小分子；反应后的活化产物进入旋风分离器23进行分离，高温燃气携带活性炭进入高温空气预热器33，未反应的生物质炭经返料器27重新进入活化裂解炉22参与反应；反应后的载氧体进入载氧体再生装置24再生后送入活化裂解炉22内循环使用；
3)载氧体分离器21来的热空气将给水加热后送入蒸汽发生器34，产生的水蒸汽送入活化裂解装置22用作制活性炭的活化剂；风机将空气送入高温空气预热器33换热后送入风室14；
4)低温燃气携带活性炭进入旋风分离器41后产生分离，活性炭落入下部，经关风器44送入水冷却螺旋输送机45进行冷却，细小颗粒的活性炭随低温燃气进入脉冲除尘器42进行分离，细小颗粒活性炭经关风器46送入水冷却螺旋输送机45，之后送入炭仓收集。
所述进入炉膛11的生物质原料含水率小于30％，炉膛11的运行温度为600～850℃。
所述活化裂解炉22运行温度为1000～1100℃。
所述载氧体采用锰基载氧体Mn2O3、镍基载氧体NiO/Al2O3和铜基载氧体CuO/Al。
所述高温空气预热器33产生的高温空气送入风室14作为流化风，并用高温空气作气化剂。
所述旋风分离器41和脉冲除尘器42排出的活性炭采用冷却装置将活性炭冷却收集。
以下举例说明：
实施例1
该系统所使用的生物质原料为含水率18％的木屑，每小时消耗量为2.25t/h，木屑在炉膛11中床料的辅助流化作用下发生热解和气化反应生成高温生物质燃气和生物质炭，炉膛11的运行温度为680℃，高温生物质燃气携带生物质炭进入活化裂解炉22进行高温裂解和活化反应，反应温度为1020℃，活化产物进入旋风分离器23进行分离，未活化的生物质炭被分离下来经返料器27重新进入活化裂解炉22内反应，载氧体反应后进入载氧体再生装置24内再生循环利用，载氧体采用锰基载氧体Mn2O3，高温燃气携带活性炭经高温空气预热器33和蒸汽发生器34冷却后进入旋风分离器41和脉冲除尘器42进行气固分离，活性炭被收集，洁净燃气则送入活化裂解炉22或外供，外供洁净燃气量为1110Nm3/h；
进入到活化裂解装置22中下部的气化产物与水蒸汽进行对冲混合，水蒸汽温度280℃，每小时消耗量为0.48t/h，并与炉顶加入的载氧体逆向流动；从风室26进入的洁净燃气和从活化裂解炉22中下部进入的气化产物和水蒸汽构成一股上升的气流，载氧体在自身重力和上升气流的阻力下缓慢下落并与上升气流充分混合，参与反应的气体向固体表面的扩散速度和反应产物脱离固体表面的离开速度一致时，反应达到一个平衡的状态；期间主要发生载氧体和燃气的化学链燃烧反应、水蒸汽和生物质炭的活化反应、焦油的裂解反应，其反应结果是反应维持在一个稳定的反应温度、生物质炭转变为活性炭、焦油裂解成小分子；反应后的活化产物进入旋风分离器23进行分离，高温燃气携带活性炭进入高温空气预热器33，未反应的生物质炭经返料器27重新进入活化裂解炉22参与反应；反应后的载氧体产物Mn3O4进入载氧体再生装置24再生后送入活化裂解炉22内循环使用；载氧体分离器21来的温度为95℃热空气将给水加热后送入蒸汽发生器34，产生的水蒸汽送入活化裂解装置22用作制活性炭的活化剂；风机将空气送入高温空气预热器33换热后送入风室14，高温空气温度为635℃；
低温燃气携带活性炭进入旋风分离器41后产生分离，燃气热值为950kcal/Nm3，活性炭落入下部，经关风器44送入水冷却螺旋输送机45进行冷却，细小颗粒的活性炭随低温燃气进入脉冲除尘器42进行分离，细小颗粒活性炭经关风器46送入水冷却螺旋输送机45，之后送入炭仓收集，活性炭温度60℃，活性炭产量为320kg/h，碘吸附值为1250mg/g，强度为75％。
实施例2
该系统所使用的生物质原料为含水率25％的竹屑，每小时消耗量为2.58t/h，竹屑在炉膛11中床料的辅助流化作用下发生热解和气化反应生成高温生物质燃气和生物质炭，炉膛11的运行温度为720℃，高温生物质燃气携带生物质炭进入活化裂解炉22进行高温裂解和活化反应，反应温度为1050℃，活化产物进入旋风分离器23进行分离，未活化的生物质炭被分离下来经返料器27重新进入活化裂解炉22内反应，载氧体反应后进入载氧体再生装置24内再生循环利用，载氧体采用镍基载氧体NiO/Al2O3，其中NiO为载氧体，Al2O3为惰性附着基，高温燃气携带活性炭经高温空气预热器33和蒸汽发生器34冷却后进入旋风分离器41和脉冲除尘器42进行气固分离，活性炭被收集，洁净燃气则送入活化裂解炉22或外供，外供洁净燃气量为1260Nm3/h；
进入到活化裂解装置22中下部的气化产物与水蒸汽进行对冲混合，水蒸汽温度275℃，每小时消耗量为0.43t/h，并与炉顶加入的载氧体逆向流动；从风室26进入的洁净燃气和从活化裂解炉22中下部进入的气化产物和水蒸汽构成一股上升的气流，载氧体在自身重力和上升气流的阻力下缓慢下落并与上升气流充分混合，参与反应的气体向固体表面的扩散速度和反应产物脱离固体表面的离开速度一致时，反应达到一个平衡的状态；期间主要发生载氧体和燃气的化学链燃烧反应、水蒸汽和生物质炭的活化反应、焦油的裂解反应，其反应结果是反应维持在一个稳定的反应温度、生物质炭转变为活性炭、焦油裂解成小分子；反应后的活化产物进入旋风分离器23进行分离，高温燃气携带活性炭进入高温空气预热器33，未反应的生物质炭经返料器27重新进入活化裂解炉22参与反应；反应后的载氧体产物Ni/Al2O3进入载氧体再生装置24再生后送入活化裂解炉22内循环使用；
载氧体分离器21来的温度为88℃热空气将给水加热后送入蒸汽发生器34，产生的水蒸汽送入活化裂解装置22用作制活性炭的活化剂；风机将空气送入高温空气预热器33换热后送入风室14，高温空气温度为650℃；
低温燃气携带活性炭进入旋风分离器41后产生分离，燃气热值为1000kcal/Nm3，活性炭落入下部，经关风器44送入水冷却螺旋输送机45进行冷却，细小颗粒的活性炭随低温燃气进入脉冲除尘器42进行分离，细小颗粒活性炭经关风器46送入水冷却螺旋输送机45，之后送入炭仓收集，活性炭温度68℃，活性炭产量为285kg/h，碘吸附值为1300mg/g，强度为85％。
实施例3
该系统所使用的生物质原料为含水率18％的椰壳，每小时消耗量为2.33t/h，椰壳在炉膛11中床料的辅助流化作用下发生热解和气化反应生成高温生物质燃气和生物质炭，炉膛11的运行温度为800℃，高温生物质燃气携带生物质炭进入活化裂解炉22进行高温裂解和活化反应，反应温度为1080℃，活化产物进入旋风分离器23进行分离，未活化的生物质炭被分离下来经返料器27重新进入活化裂解炉22内反应，载氧体反应后进入载氧体再生装置24内再生循环利用，载氧体采用铜基载氧体CuO/Al2O3，其中CuO为载氧体，Al2O3为惰性附着基，高温燃气携带活性炭经高温空气预热器33和蒸汽发生器34冷却后进入旋风分离器41和脉冲除尘器42进行气固分离，活性炭被收集，洁净燃气则送入活化裂解炉22或外供，外供洁净燃气量为1110Nm3/h；
进入到活化裂解装置22中下部的气化产物与水蒸汽进行对冲混合，水蒸汽温度290℃，每小时消耗量为0.45t/h，并与炉顶加入的载氧体逆向流动；从风室26进入的洁净燃气和从活化裂解炉22中下部进入的气化产物和水蒸汽构成一股上升的气流，载氧体在自身重力和上升气流的阻力下缓慢下落并与上升气流充分混合，参与反应的气体向固体表面的扩散速度和反应产物脱离固体表面的离开速度一致时，反应达到一个平衡的状态；期间主要发生载氧体和燃气的化学链燃烧反应、水蒸汽和生物质炭的活化反应、焦油的裂解反应，其反应结果是反应维持在一个稳定的反应温度、生物质炭转变为活性炭、焦油裂解成小分子；反应后的活化产物进入旋风分离器23进行分离，高温燃气携带活性炭进入高温空气预热器33，未反应的生物质炭经返料器27重新进入活化裂解炉22参与反应；反应后的载氧体产物Cu/Al2O3进入载氧体再生装置24再生后送入活化裂解炉22内循环使用；
载氧体分离器21来的温度为96℃热空气将给水加热后送入蒸汽发生器34，产生的水蒸汽送入活化裂解装置22用作制活性炭的活化剂；风机将空气送入高温空气预热器33换热后送入风室14，高温空气温度为665℃；
低温燃气携带活性炭进入旋风分离器41后产生分离，燃气热值为1210kcal/Nm3，活性炭落入下部，经关风器44送入水冷却螺旋输送机45进行冷却，细小颗粒的活性炭随低温燃气进入脉冲除尘器42进行分离，细小颗粒活性炭经关风器46送入水冷却螺旋输送机45，之后送入炭仓收集，活性炭温度65℃，活性炭产量为302kg/h，碘吸附值为1400mg/g，强度为65％。
综上所述，本发明通过生物质原料在流化床气化炉中气化生成燃气、气态焦油和生物质炭，在活化裂解装置中生物质炭经活化后转变为活性炭，燃气中的气态焦油裂解成小分子，然后通过余热回收装置回收系统显热提供蒸汽作为活化剂并起到冷却燃气的作用，最后通过活性炭收集装置将洁净燃气与活性炭分离开并将部分洁净燃气送回活化裂解炉，为其反应提供能量；可见本发明简化了活性炭生产过程，并将富余蒸汽和洁净燃气提供给厂区其他用能设备，做到了能源的梯级与合理化利用。
本发明技术方案在上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质气化联产活性炭系统，包括：
用于将生物质气化生产高温生物质燃气和生物质炭的流化床气化炉(1)；
用于对生物质炭进行物理法活化和高温生物质燃气中焦油进行裂解的活化裂解装置(2)；
用于对携带活性炭颗粒的高温生物质燃气进行冷却的余热回收装置(3)；
用于对活性炭颗粒和燃气进行分离的活性炭收集装置(4)；
其特征在于：所述流化床气化炉(1)包括炉膛(11)、生物质给料装置(12)、床料给料装置(13)、风室一(14)、布风板(15)；
所述生物质给料装置(12)、床料给料装置(13)与炉膛(11)连通；
所述炉膛(11)上设有气化产物出口，气化产物出口与活化裂解炉(22)连接；所述风室一(14)设置在炉膛(11)的上方并与炉膛(11)连通，所述风室一(14)上设有高温空气入口；所述炉膛(11)与风室一(14)之间通过布风板一(15)隔开；
所述活化裂解装置(2)包括载氧体分离器(21)、活化裂解炉(22)、旋风分离器(23)、载氧体再生装置(24)、返料器(27)，所述载氧体分离器(21)、活化裂解炉(22)、载氧体再生装置(24)依次从上往下设置并逐次连通；所述载氧体分离器(21)上方还设有热空气出口，热空气出口与给水预热器(31)连接；所述活化裂解炉(22)下部为缩口段，活化裂解炉(22)上部设有活化产物出口和水蒸汽进口，活化产物出口与旋风分离器(23)连接；所述旋风分离器(23)上设有高温燃气出口，高温燃气出口与高温空气预热器(33)连接；活化裂解炉(22)的底部设置风室二(26)，通过设置布风板二(25)将活化裂解炉(22)与风室二(26)分隔开；所述风室二(26)上设有洁净燃气入口；所述载氧体再生装置(24)与活化裂解炉(22)的底部连通，载氧体再生装置(24)上设有空气入口；
旋风分离器(23)的底部出口与返料器(27)连通，所述返料器(27)上设有洁净燃气入口；
还包括风机(28)，风机(28)为载氧体再生装置(24)提供输送用空气；
所述余热回收装置(3)包括给水预热器(31)、高温空气预热器(33)、蒸汽发生器(34)，所述给水预热器(31)上设有热空气进口；所述高温空气预热器(33)上设有高温空气出口和燃气出口，对应的高温空气出口与风室一(14)相连接，燃气出口与蒸汽发生器(34)相连接；所述蒸汽发生器(34)上设有燃气进出口，燃气出口与旋风分离器(41)相连接，所述蒸汽发生器(34)的蒸汽出口通过管道与活化裂解炉(22)相连接；
所述活性炭收集装置(4)包括旋风分离器(41)、脉冲除尘器(42)、燃气引风机(43)，所述旋风分离器(41)上设有活性炭排出口、低温燃气进出口，低温燃气出口与脉冲除尘器(42)相连接；所述脉冲除尘器(42)的洁净燃气出口通过管道与燃气引风机(43)相连接；所述燃气引风机(43)的出口通过管道与风室(26)和返料器(27)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种生物质气化联产活性炭系统，其特征在于：所述生物质给料装置(12)和床料给料装置(13)安装在炉膛(11)的外侧壁上。
3.根据权利要求1所述的一种生物质气化联产活性炭系统，其特征在于：所述载氧体分离器(21)的载氧体出口通过密封装置与活化裂解炉(22)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种生物质气化联产活性炭系统，其特征在于：所述旋风分离器(41)的活性炭排出口通过关风器(44)与水冷却螺旋输送机(45)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种生物质气化联产活性炭系统，其特征在于：所述脉冲除尘器(42)的活性炭出口通过关风器(46)与水冷却螺旋输送机(45)相连接。
6.一种生物质气化联产活性炭系统的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)生物质原料在炉膛(11)中床料的辅助流化作用下发生热解和气化反应生成高温生物质燃气和生物质炭，高温生物质燃气携带生物质炭进入活化裂解炉(22)进行高温裂解和活化反应，活化产物进入旋风分离器(23)进行分离，未活化的生物质炭被分离下来经返料器(27)重新进入活化裂解炉(22)内反应，载氧体反应后进入载氧体再生装置(24)内再生循环利用，高温燃气携带活性炭经高温空气预热器(33)和蒸汽发生器(34)冷却后进入旋风分离器(41)和脉冲除尘器(42)进行气固分离，活性炭被收集，洁净燃气则送入活化裂解炉(22)或外供；
(2)进入到活化裂解装置(22)中下部的气化产物与水蒸汽进行对冲混合，并与炉顶加入的载氧体逆向流动；从风室(26)进入的洁净燃气和从活化裂解炉(22)中下部进入的气化产物和水蒸汽构成一股上升的气流，载氧体在自身重力和上升气流的阻力下缓慢下落并与上升气流充分混合，参与反应的气体向固体表面的扩散速度和反应产物脱离固体表面的离开速度一致时，反应达到一个平衡的状态；期间发生载氧体和燃气的化学链燃烧反应、水蒸汽和生物质炭的活化反应、焦油的裂解反应，其反应结果是反应维持在一个稳定的反应温度、生物质炭转变为活性炭、焦油裂解成小分子；反应后的活化产物进入旋风分离器(23)进行分离，高温燃气携带活性炭进入高温空气预热器(33)，未反应的生物质炭经返料器(27)重新进入活化裂解炉(22)参与反应；反应后的载氧体进入载氧体再生装置(24)再生后送入活化裂解炉(22)内循环使用；
(3)载氧体分离器(21)来的热空气将给水加热后送入蒸汽发生器(34)，产生的水蒸汽送入活化裂解装置(22)用作制活性炭的活化剂；风机将空气送入高温空气预热器(33)换热后送入风室一(14)；
(4)低温燃气携带活性炭进入旋风分离器(41)后产生分离，活性炭落入下部，经关风器(44)送入水冷却螺旋输送机(45)进行冷却，细小颗粒的活性炭随低温燃气进入脉冲除尘器(42)进行分离，细小颗粒活性炭经关风器(46)送入水冷却螺旋输送机(45)，之后送入炭仓收集。
7.根据权利要求6所述的一种生物质气化联产活性炭系统的生产方法，其特征在于：进入炉膛(11)的生物质原料含水率小于30％，炉膛(11)的运行温度为600～850℃。
8.根据权利要求6所述的一种生物质气化联产活性炭系统的生产方法，其特征在于：所述活化裂解炉(22)运行温度为1000～1100℃。
9.根据权利要求6所述的一种生物质气化联产活性炭系统的生产方法，其特征在于：所述载氧体采用锰基载氧体Mn2O3、镍基载氧体NiO/Al2O3和铜基载氧体CuO/Al。
10.根据权利要求6所述的一种生物质气化联产活性炭系统的生产方法，其特征在于：所述旋风分离器(41)和脉冲除尘器(42)排出的活性炭采用冷却装置将活性炭冷却收集。
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