CN114074941B - 一种活性炭综合利用协同处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废弃物处理技术领域，提供一种活性炭综合利用协同处理方法，包括如下步骤：1.废弃物前期处理：脱水，使其含水率降至10％以下；对高热值有机废弃物进行干燥处理；2.高热值有机废弃物热解：将高热值有机废弃物及农、林废弃物投放到气化炉膛内热解产生气体，气体流入到冷凝室冷凝后产生可燃气体、油水混合液；3.干燥：将待再生的活性炭和/或农、林废弃物同时投入到热解炉内进行干燥处理；4.分离步骤3产物中的低沸点有机物；5.高温炭化：对步骤3中的产物热解炭化，产生初级炭；6.活化，最终制得活性炭；步骤3、4、5中热气一部分来源于步骤2，一部分为天然气；有益效果：利用高热值有机废弃物热解产生的可燃气体作为加热源，更加节能。

Description

一种活性炭综合利用协同处理方法

技术领域

本发明涉及废弃物处理技术领域，尤其涉及一种活性炭综合利用协同处理方法。

背景技术

废弃物包括农业废弃物、林业废弃物、高热值有机废弃物等等，具体的农业废弃物如果壳、稻壳、玉米芯、秸秆等，林业废弃物如木屑、树枝等，高热值有机废弃物如废旧轮胎、油漆废渣、塑料、树脂等。除上述废弃物外，申请人在处理废气过程中还会产生一种特殊的废弃物：吸附饱和的活性炭，为贯彻生态文明建设的战略部署，落实《循环经济促进法》和《循环经济发展战略及近期行动计划》的要求，加快城市及产业废弃物的无害化处置、资源化利用，提高我国新型城镇化的质量和水平，推动绿色循环低碳发展，因此目前市面上涌现了一大批废弃物处理企业。

具体的农业废弃物处理方法包括焚烧、热解等，早在2008年江南大学耿敏发表的硕士学位论文：利用低碳稻壳灰生产活性炭的工艺与应用研究中具体分析了稻壳生产活性炭的可行性；又例如申请号：201710166258.2，申请人：陕西师范大学及陕西凤林生物科技开发有限公司申请的专利，具体披露了一种核桃壳活性炭的制备方法。

中国的废旧轮胎每年产生量超过1000 万吨，废旧塑料年产生量超百万吨，油漆废渣为车辆喷涂操作中油漆飞溅在喷漆部件外成为的废弃物，作为固体废弃物，高热值有机废弃物的处理方法包括：废旧轮胎最常用的为热解法，并有三种方式，包括土法炼油（国家坚决予以打击和取缔）、批次（间歇式）热解、连续式智能热解，其中申请号：201611120141.2，申请人：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司披露了一种废旧轮胎的能源循环利用制备活性炭的系统及方法，其利用热解后产生的固体产物生成热解炭及金属，利用二氧化碳循环利用加热后作为活化剂，做到了能源的循环利用。废旧塑料的回收利用方法包括：通过分类、清洗并复合成用于制造太阳镜框的高质量塑料；日本工程师仑田发现了塑料的新处置方法，是根据波状运动原理，在锅炉里设计构成一种特殊的条件，从而产生波能，以波能击碎塑料的聚合分子链，并结合化学方法，不断加入5种不同的催化剂和一种特制溶液，以溶解被击碎的塑料，将塑料变成油。用这种方法，投入1千克废塑料能产生1.2升煤油。但上述过程比较繁琐，油漆废渣目前最有效、无害化、资源化的处理方法是通过热化学处理获取热能。

目前，国内外处理上述废弃物均采用单独处理的方法，而废弃物处理所需的设备要求高、造价高、设备占地面积大、设备运行的能耗大，处理过程中产生的能源不能回收利用，最终制得的产物价格甚至低于投入成本，因此阻碍了该行业的发展，目前我国从事大规模处理废弃物的企业不超过10家，因此需形成一套活性炭综合利用协同处理方法来实现废弃物的无害化处置并部分资源化的处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高热值有机废弃物热解产生的可燃气体替代一部分天然气作为加热源、更加节能的一种活性炭综合利用协同处理方法。

为实现上述的发明目的，本发明的技术方案如下：

一种活性炭综合利用协同处理方法，包括如下步骤：

步骤1：废弃物前期处理

对高热值有机废弃物及农、林废弃物和/或待再生的活性炭进行脱水，使其含水率降至10%以下；

脱水方式即：将上述废弃物通过机械物理作用将废弃物表面的水分除掉；

对高热值有机废弃物进行干燥处理；

上述干燥处理采用烘干脱水的方式，烘干温度在25～200℃之间；

对上述脱水干燥过程中产生的水蒸气进行收集至储水罐；

进一步，高热值有机废弃物包括废旧轮胎、油漆废渣、塑料、树脂；

进一步，农、林废弃物包括生物质组分为纤维素、半纤维素、木质素的废弃物；

进一步，上述农、林废弃物包括核桃壳、秸秆、玉米芯等；

进一步，高热值有机废弃物与农、林废弃物的配比为1:1；

农、林废弃物中，核桃壳及秸秆与玉米芯的配比为：1:1；

步骤2：高热值有机废弃物热解

将上述高热值有机废弃物及农、林废弃物同时投放到气化炉膛的内膛内，内膛内处于无氧状态，通过向内膛及气化炉膛外壳之间的空间内通入高温气体，根据调控通气流量，保证热解炉内温度小于800℃；当探测气化炉膛内高热值有机废弃物的热值达到3500大卡以上时，设备通过自动控制停止通入高温气体，并通过自产热量维持自需热解热量，使得内膛内高热值有机废弃物被热解产生气体，气体从气化炉膛一侧的管道流入到冷凝室冷凝后产生可燃气体、油水混合液，可燃气体通过冷凝室上的出气管道排出至储气罐，油水混合液进入油水分离罐后，分离出水及油分别进入到储水罐及储油罐；

作为优选，根据调控通气流量保证热解炉内温度小于650℃。

当高热值有机废弃物包括废旧轮胎时，通过上述步骤产生炭黑；

步骤3：干燥

将待再生的活性炭和/或农、林废弃物同时投入到热解炉内进行干燥处理，热解炉内处于缺氧状态，通过向热解炉内通入热气，根据调控通气流量，保证热解炉内温度低于250℃，使得热解炉内待再生的活性炭和/或农、林废弃物内的孔隙水被蒸发，与此同时，少量低沸点有机物被气化；

进一步，上述过程需要大量的蒸发潜热；

步骤4：分离步骤3产物中的低沸点有机物

对步骤3中的待再生的活性炭和/或农、林废弃物进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，使得热解炉内的温度保持在340℃-360℃之间，此时低沸点有机物被分离；

步骤5：高温炭化

在步骤4的基础上进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，控制热解炉内温度在400℃-700℃之间,上述步骤中大部分有机物被分解、气化，而农、林废弃物由于高温作用下被热解炭化，产生初级炭；待再生的活性炭由于高温作用被炭化形成初级炭；

步骤6：活化

对步骤5中产生的初级炭进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，使得热解炉内的温度控制在700℃～1000℃之间，时间为20-30min，最终制得活性炭；

进一步，在上述活化过程中，通入水蒸气，水蒸气来源于步骤1中干燥过程中产生的水蒸气及热解高热值有机废弃物产生的水，通入时需对储水罐内的水及水蒸气进行加热；

本发明中步骤3、4、5中的热气来源均是：一部分来源于步骤2中产生的可燃气体，一部分来源于外来补给的天然气，上述两者一同混合到燃燃烧炉燃烧产生热气，上述两者的添加比均是根据探测的温度控制两者的添加比，进一步天然气产生的热值高于可燃气体的热值；

进一步，当高热值有机废弃物为涉及碳链的有机废物，例如废旧轮胎时，通过热解，其产物还包括炭黑；该炭黑直接投入到步骤4中，同农、林废弃物一同处理即可；炭黑由于高温作用在步骤5中被热解炭化，产生初级炭；至步骤6进一步加热最终制得活性炭；

本发明的有益效果是：

高热值有机废弃物产生的热能为农、林废弃物生产活性炭和/或活性炭再生提供了热源，三者达到协同处置、利用目的；进一步，本发明利用高热值有机废弃物产生的气体经过冷却分离产生可燃气体，为制备及再生活性炭提供燃料/热源，替代一部分活性炭生产和再生时所需的能源，不仅达到了废弃物利用的目的，且节约了能源，提高了能源利用率；

高热值有机废物及农、林废弃物热解过程中，高热值有机废物中的废旧轮胎、油漆废渣、塑料、树脂与农、林废弃物中的核桃壳、秸秆、玉米芯共热热解产生协同效应，核桃壳、秸秆促使更多挥发性物质的产生，因此导致较低的油和较多的气体产量，为后续加热提供更多的热源，且加入核桃壳、秸秆能有效促进废旧轮胎热解，加快反应速度，增加气体产物热值和热解炭热值；玉米芯抑制高热值有机废弃物的进一步转换，有利于热解炭含量增加和降低油的产生，进一步为后续供热提供更有利的条件。上述高热值有机废弃物产生的固态产物炭黑用于制备活性炭，达到了废物利用的目的。

本发明利用农业废弃物果壳、稻壳、玉米芯等，林业废弃物木屑、树枝等作为原料等制备活性炭，达到了废弃物利用，废弃物无害化处理的目的；

本发明打破了传统处理高热值有机废弃物的处理方式，不再进行分类处理，大大减化了处理过程，减化了处理过程中的能耗及耗时，而是进行统一处理，不但缩短了处理周期，且减少了处理成本，统一处理后的产物能充分循环利用，节约了能源。

进一步，由于处理后的产物经简单的冷却、分离后直接进行利用，因此避免了后续复杂的处理过程，也避免了单独处理高热值有机废弃物额外消耗的能源；

本发明可以是连续的工作，即气化炉膛与热解炉同步工作，气化炉膛生成可燃气之后及立即加入到燃烧炉内同天然气一同燃烧为热解炉提供热源。

利用步骤1中产生水蒸气通入到热解炉内，不但加快了活化效率，且进行了废物利用。采用本方法活性炭再生率较高，可达90%；废弃物制备活性炭过程中所产生物的回收率高达70-80%，且再生时间短。

附图说明

图1：本发明一种活性炭综合利用协同处理方法流程图；

图2：废旧轮胎协同处理流程图；

图3：气化炉示意图；

图中：

1、 气化炉膛 1-1内膛 1-2、外壳

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种活性炭综合利用协同处理方法，处理的废弃物包括高热值有机废弃物、农、林废弃物及特殊的待处理废气物：待再生的活性炭；

高热值有机废弃物为废旧轮胎；农、林废弃物为核桃壳、玉米芯；

废旧轮胎与核桃壳、玉米芯三者的添加比为2:1:1；

废旧轮胎的添加量为1t, 核桃壳及玉米芯的总添加量为1t；

上述废弃物的处理方法如下：

步骤1：废弃物前期处理

对高热值有机废弃物及农、林废弃物、待再生的活性炭进行脱水，使其含水率降至10%以下；

脱水方式即：将上述废弃物通过机械物理作用将废弃物表面的水分除掉；

对高热值有机废弃物进行干燥处理，处理方式是投入到气化炉膛内进行烘干脱水，烘干温度在在100℃左右，水分被蒸发；

对上述脱水干燥过程中产生的水蒸气进行收集至储水罐；

步骤2：高热值有机废弃物热解

将上述高热值有机废弃物及农、林废弃物同时投放到气化炉膛的内膛内，内膛内处于无氧状态，通过向内膛及气化炉膛外壳之间的空间内通入高温气体，根据调控通气流量，保证热解炉内温度小于650℃；当探测气化炉膛内高热值有机废弃物的热值达到3500大卡以上时，设备通过自动控制停止通入高温气体，并通过自产热量维持自需热解热量，使得内膛内的高热值有机废弃物被热解产生气体及炭黑，气体从气化炉膛一侧的管道流入到冷凝室冷凝后产生可燃气体、油水混合液，可燃气体通过冷凝室上的出气管道排出至储气罐，油水混合液进入油水分离罐后，分离出水及油分别进入到储水罐及储油罐；

进一步，上述过程中，100-350℃时生物质纤维素的热解，废旧轮胎的主要热解温度是200-500℃，500-800℃间主要是木质素的炭化，具体的高热值有机废物中主要的单体组分是苯乙烯和丁二烯，在高温时，不稳定的单体组分容易分解为苯基或乙烯基的衍生物，这些衍生物可作为前躯体，进一步聚合形成结构稳定的多环芳烃。上述高热值有机废弃物产生的固态产物炭黑用于制备活性炭，达到了废物利用的目的。添加核桃壳、秸秆，核桃壳、秸对应生物质组分纤维素、半纤维素，纤维素促使更多挥发性物质的产生，因此导致较低的油和较多的气体产量，为后续加热提供更多的热源，且加入核桃壳、秸秆能有效促进废旧轮胎热解，加快反应速度，且增加气体产物热值（主要是H₂和C₁-C₄）和热解炭热值（31.1-32.9MJ/kg)；玉米芯对应生物质组分为木质素，木质素是由不同取代基的芳香环组成,其分解温度范围较宽,从200℃-800℃皆为其质量损失范畴。因此，热解反应中，添加较高木质素含量的生物质，增加其质量，抑制高热值有机废弃物的进一步转换，有利于热解炭含量增加和降低油的产生，进一步为后续供热提供更有利的条件。

步骤3：干燥

将待再生的活性炭及农、林废弃物、步骤2中产生的炭黑同时投入到热解炉内进行干燥处理，热解炉内处于缺氧状态，通过向热解炉内通入热气，根据调控通气流量，保证热解炉内温度低于250℃，使得热解炉内待再生的活性炭及农、林废弃物内的孔隙水被蒸发，与此同时，少量低沸点的有机物被气化；

进一步，上述过程中，步骤2中产生的可燃气体有50%的能耗是在干燥过程中消耗；

步骤4：分离步骤3产物中的低沸点有机物

对步骤3中的待再生的活性炭及农、林废弃物进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，使得热解炉内的温度保持在340℃-360℃之间，此时低沸点有机物被分离；

步骤5：高温炭化

在步骤4的基础上进一步加热，并将步骤2中产生的炭黑进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，控制热解炉内温度在400℃-700℃之间,上述步骤中大部分有机物被分解、气化，而农、林废弃物由于高温作用下被热解炭化，产生初级炭；待再生的活性炭由于高温作用被炭化形成初级炭；炭黑由于高温作用被热解炭化，产生初级炭；

步骤6：活化

对步骤5中产生的初级炭进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，使得热解炉内的温度控制在700℃～1000℃之间，时间为20-30min，最终制得活性炭；

进一步，在上述活化过程中，通入水蒸气，水蒸气来源于步骤1中干燥过程中产生的水蒸气及热解高热值有机废弃物产生的水，通入时需对储水罐内的水及水蒸气进行加热；因此，不需要外来补给蒸汽，节约了能源，废物也进行了有效利用。

进一步，上述过程需要大量的蒸发潜热，本发明中步骤3、4、5中的热气来源均是：一部分来源于步骤2中产生的可燃气体，一部分来源于外来补给的天然气，上述两者一同混合到燃燃烧炉燃烧产生热气；上述两者的添加比均是根据探测的温度控制两者的添加比，进一步天然气产生的热值高于可燃气体的热值；

最终，同样处理高热值有机废弃物1t、农林废弃物1t及待再生的活性炭共1t，采用传统热解、单独处理方式或合一处理的方式，处理过程均是耗能过程，耗费大量能源，采用本发明的方法，由于利用了高热值有机废弃物产生的可燃气体替代了一部分能源作为加热源，因此不但节约了能源，且产生的活性炭量更多，因此本发明意义重大，如果将本发明引入本行业作为一种废弃物处理规范，不但能实现废弃物的无害化处置并部分资源化的处理，且能实现废弃物与城市发展共存。

利用步骤1中产生的水蒸气通入到热解炉内，不但加快了活化效率，且进行了废物利用。采用本方法活性炭再生率较高，可达90%；废弃物制备活性炭过程中所产生物的回收率高达70-80%，且再生时间短。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种活性炭综合利用协同处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：废弃物前期处理

对高热值有机废弃物及农、林废弃物和或待再生的活性炭进行脱水，使其含水率降至10%以下；

高热值有机废弃物包括废旧轮胎、油漆废渣、塑料、树脂；

农、林废弃物包括生物质组分为纤维素、半纤维素、木质素的废弃物；

农、林废弃物包括核桃壳、秸秆、玉米芯；

高热值有机废弃物与农、林废弃物的配比为1:1；农、林废弃物中，核桃壳及秸秆与玉米芯的配比为：1:1；

脱水方式即：将上述废弃物通过机械物理作用将废弃物表面的水分除掉；

对高热值有机废弃物进行干燥处理；

上述干燥处理采用烘干脱水的方式，烘干温度在25～200℃之间；

对上述脱水干燥过程中产生的水蒸气进行收集至储水罐；

步骤2：高热值有机废弃物热解

将上述高热值有机废弃物及农、林废弃物同时投放到气化炉膛的内膛内，内膛内处于无氧状态，通过向内膛及气化炉膛外壳之间的空间内通入高温气体，根据调控通气流量保证热解炉内温度小于650℃；当气化炉膛内高热值有机废弃物的热值达到3500大卡以上时，设备通过自动控制停止通入高温气体，并通过自产热量维持自需热解热量，使得内膛内的高热值有机废弃物被热解产生气体，气体从气化炉膛一侧的管道流入到冷凝室冷凝后产生可燃气体、油水混合液，可燃气体通过冷凝室上的出气管道排出至储气罐，油水混合液进入油水分离罐后，分离出水及油分别进入到储水罐及储油罐；

步骤3：干燥

将待再生的活性炭和/或农、林废弃物同时投入到热解炉内进行干燥处理，热解炉内处于缺氧状态，通过向热解炉内通入热气，根据调控通气流量，保证热解炉内温度低于250℃，使得热解炉内待再生的活性炭和/或农、林废弃物内的孔隙水被蒸发，与此同时，少量低沸点的有机物被气化；

步骤4：分离步骤3产物中的低沸点有机物

对步骤3中的待再生的活性炭和/或农、林废弃物进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，使得热解炉内的温度保持在340℃-360℃之间，此时低沸点有机物被分离；

步骤5：高温炭化

对步骤4中的产物进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，控制热解炉内温度在400℃-700℃之间,上述步骤中大部分有机物被分解、气化，而农、林废弃物由于高温作用下被热解炭化，产生初级炭；待再生的活性炭由于高温作用被炭化形成初级炭；

步骤6：活化

对步骤5中产生的初级炭进一步加热，加热方式是继续向热解炉内通入热气，使得热解炉内的温度控制在700℃～1000℃之间，时间为20-30min，最终制得活性炭；

当高热值有机废弃物为涉及碳链的有机废物，热解产物包括炭黑；该炭黑直接投入到步骤4中，同农、林废弃物一同处理即可；炭黑由于高温作用在步骤5中被热解炭化，产生初级炭；至步骤6进一步加热最终制得活性炭；

本发明中步骤3、4、5中的热气来源均是：一部分来源于步骤2中产生的可燃气体，一部分来源于外来补给的天然气，上述两者一同混合到燃燃烧炉燃烧产生热气，上述两者的添加比均是根据探测的温度控制两者的添加比。

2.根据权利要求1所述的一种活性炭综合利用协同处理方法，其特征在于：步骤6中，对步骤5中产生的初级炭加热的同时，向热解炉内通入水蒸气，水蒸气来源于步骤1中干燥过程中产生的水蒸气及热解高热值有机废弃物产生的水，通入时对储水罐内的水及水蒸气进行加热。

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