CN117339585B - 一种粉末活性炭的热解装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种粉末活性炭的热解装置，包括热解炉与水冷出料螺旋输送机，热解炉包括上炉盖、中间主炉体与下炉体，上炉盖上设置有加料口与烟气出口，中间主炉体中设置有碳化硅浇注层，下炉体上设置有出料口，绝缘陶瓷管预埋固定在碳化硅浇注层的表层中，硅碳棒内插在绝缘陶瓷管中，水冷出料螺栓输送机的进料口与下炉体上的出料口连通；此热解装置的热解温度为1050‑1200℃，温度越高，再生时间越短，能源消耗越低，产品质量越好，满足高温热解条件，解决了粉状活性炭很难再生的问题，大大降低了活性炭再生的成本，提高了盈利；采用PLC控制系统控制，造价成本低，安全系数高，并且操作简易，尾气量显著减少，运行成本降低。
Description
技术领域
本发明属于活性炭再生热解装置技术领域，具体涉及一种粉末活性炭的热解装置。
背景技术
根据活性炭的外形，包括粉状活性炭和粒状活性炭等。活性炭再生方法中，热再生法是应用最成熟的活性炭再生方法；活性炭在再生过程中，根据加热到不同温度时有机物的变化，一般分为干燥、高温炭化及活化3个阶段；在干燥阶段，去除活性炭上的水分等可挥发性成分；高温炭化阶段是使吸附在活性炭上的部分有机物汽化脱附，部分有机物发生分解，以小分子物质脱附出来，残余的成分留在活性炭孔隙内成为固定炭；活化阶段是通入CO2、CO或水蒸气等气体，清理活性炭内部结构的微孔，使其恢复吸附活性；再生工艺的核心是活化阶段；热再生法的再生效率比较高，时间短，应用范围广泛。
当前各活性炭处理厂，活性炭的再生成本高。其中关于粉状活性炭的再生，还没有量产化，即粉状活性炭再生很难。粉状活性炭再生的难点有：(1) 粉状活性炭在高温再生过程中必须厌氧，过氧的话烧失率会偏大；(2) 粉状活性炭再生炉的内部材质必须耐高温和耐腐蚀；(3) 粉末活性炭的再生成本居高不下。
因此，如何研发一种适用于粉末活性炭的热解装置，用于粉末活性炭的再生，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种粉末活性炭的热解装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种粉末活性炭的热解装置，热解装置包括热解炉与水冷出料螺旋输送机；
热解炉包括上炉盖、中间主炉体以及下炉体；
上炉盖包括钢质盖子以及内衬在钢质盖子的内表面上的上耐火材料内衬层，上炉盖上设置有加料口与烟气出口；
中间主炉体包括两端敞口的管状的主炉壳，主炉壳的内表面上设置有中间耐火材料内衬层，中间耐火材料内衬层的内径表面上设置有碳化硅浇注层，管状的碳化硅浇注层套设在管状的中间耐火材料内衬层中；
下炉体包括底炉壳以及内衬在底炉壳的内表面上的下耐火材料内衬层，下炉体上设置有出料口；
钢质盖子上的法兰盘与主炉壳上的上法兰盘螺栓连接，且主炉壳上的下法兰盘与底炉壳上的法兰盘螺栓连接，以使得上炉盖、中间主炉体以及下炉体组装成完整的热解炉；
绝缘陶瓷管预埋固定在碳化硅浇注层的表层中，硅碳棒用于通电发热，硅碳棒内插在绝缘陶瓷管中，绝缘陶瓷管的顶端与硅碳棒的顶端均穿透上耐火材料内衬层与钢质盖子露出在外；
水冷出料螺旋输送机的进料口与下炉体上的出料口连通，水冷出料螺旋输送机的出料口用于排出经水冷冷却后的粉末活性炭。
优选的，热解装置还包括压缩氮气储气罐、鼓风机、流化床式干燥机、布袋除尘器、抽风机以及高塔式的烟囱；
鼓风机的进气口与压缩氮气储气罐的出气口连通，鼓风机的出气口通过管道与水冷出料螺旋输送机的出料端处的进气口连通，水冷出料螺旋输送机上的进气口与水冷出料螺旋输送机中的输料内腔连通，利用鼓风机向水冷出料螺旋输送机中吹入氮气，利用氮气对热解后的粉末活性炭进行风冷，在螺旋叶片的搅拌作用下氮气与热解后的粉末活性炭充分接触，氮气传递热量把热解后的粉末活性炭上的热量给带走；
氮气经过水冷出料螺旋输送机的进料口与下炉体上的出料口后进入热解炉中，带压带速的氮气对热解炉中的粉末活性炭进行气流搅拌，且氮气作为传热介质，使得硅碳棒产生的热量先传递给氮气然后再由氮气传递给每一个活性炭颗粒，氮气实现流化搅拌以及均匀分布热量，且热解炉的炉腔中充入氮气使得炉腔中是氮气气氛，氮气实现低氧热解或无氧热解；
热解炉上的烟气出口与流化床式干燥机的热流态化风进口连通，流化床式干燥机的进料口用于加入原始的待热解的粉末活性炭，流化床式干燥机的出料口通过管道与热解炉上的加料口连通，氮气经过中间主炉体中后氮气的温度进一步升高，氮气与热解烟气混合然后从热解炉上的烟气出口排出，随后氮气与热解烟气的混合烟气从流化床式干燥机的热流态化风进口中进入流化床式干燥机中，氮气与热解烟气的混合烟气对流化床式干燥机中的原始的待热解的粉末活性炭进行干燥脱水与预热，以回收利用烟气中的热量，氮气实现预热以及干燥原料；
流化床式干燥机的出气口通过管道与布袋除尘器的进气口连通，布袋除尘器的出气口通过管道与抽风机的进气口连通，抽风机的出气口通过管道与烟囱的底部进气口连通。
优选的，通电的硅碳棒将炉腔内温度加热至1050℃-1200℃的热解温度进行热解处理。
优选的，布袋除尘器的底出料口通过管道与热解炉上的加料口连通。
优选的，抽风机与鼓风机均为离心式风机。
本申请具有以下有益的技术效果：
此热解装置的创新点是能满足高温热解条件，热解温度为1050-1200℃，因为温度越高，再生时间越短，能源消耗越低，产品质量越好；
此热解装置能满足粉末活性炭的无氧化高温热解条件，在实际使用过程中，因为是采用了高温热解方式，能大大缩短再生时间，降低了能源消耗，可将此热解装置运用在工厂中使用，解决了粉状活性炭很难再生的问题，大大降低了活性炭再生的成本，提高了盈利；
此热解装置完全采用PLC控制系统控制，改变了过去老的生产方法，既省人，又省力，又安全；
此热解装置相对于其它现有再生热解装置，造价成本低，节省能源，安全系数高，并且操作简易；
此热解装置的烟气是由物料在内胆中高温产生，然后进入到尾气处理设备中，此热解装置产生的尾气量相对于以往的再生设备减少至45%，使得运行成本大大降低。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种粉末活性炭的热解装置的立体结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的一种粉末活性炭的热解装置的工作原理结构示意图；
图中：1上炉盖，101钢质盖子，102加料口，103烟气出口；
2中间主炉体，201主炉壳，202绝缘陶瓷管，203硅碳棒；
3下炉体；
4水冷出料螺旋输送机；
5压缩氮气储气罐，6鼓风机，7流化床式干燥机，8布袋除尘器，9抽风机，10烟囱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的热解装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-2所示，图中：上炉盖1，钢质盖子101，加料口102，烟气出口103；中间主炉体2，主炉壳201，绝缘陶瓷管202，硅碳棒203；下炉体3；水冷出料螺旋输送机4；压缩氮气储气罐5，鼓风机6，流化床式干燥机7，布袋除尘器8，抽风机9，烟囱10。
本申请提供了一种粉末活性炭的热解装置，热解装置包括热解炉与水冷出料螺旋输送机4；
热解炉包括上炉盖1、中间主炉体2以及下炉体3；
上炉盖1包括钢质盖子101以及内衬在钢质盖子101的内表面上的上耐火材料内衬层，上炉盖1上设置有加料口102与烟气出口103；
中间主炉体2包括两端敞口的管状的主炉壳201，主炉壳201的内表面上设置有中间耐火材料内衬层，中间耐火材料内衬层的内径表面上设置有碳化硅浇注层，管状的碳化硅浇注层套设在管状的中间耐火材料内衬层中；
下炉体3包括底炉壳以及内衬在底炉壳的内表面上的下耐火材料内衬层，下炉体3上设置有出料口；
钢质盖子101上的法兰盘与主炉壳201上的上法兰盘螺栓连接，且主炉壳201上的下法兰盘与底炉壳上的法兰盘螺栓连接，以使得上炉盖1、中间主炉体2以及下炉体3组装成完整的热解炉；
绝缘陶瓷管202预埋固定在碳化硅浇注层的表层中，硅碳棒203用于通电发热，硅碳棒203内插在绝缘陶瓷管202中，绝缘陶瓷管202的顶端与硅碳棒203的顶端均穿透上耐火材料内衬层与钢质盖子101露出在外；
水冷出料螺旋输送机4的进料口与下炉体3上的出料口连通，水冷出料螺旋输送机4的出料口用于排出经水冷冷却后的粉末活性炭。
在本申请的一个实施例中，通电的硅碳棒203将炉腔内温度加热至1050℃-1200℃的热解温度进行热解处理。
本申请提供的一种粉末活性炭的热解装置的运行过程如下：
(1).物料(含水量50wt%左右)经机械从热解装置的加料口102投入到再生腔体内，投料完成，密封投料口，然后高温热解装置启动加热系统；
(2).此热解装置的加热方式是采用电加热，加热元件镶嵌在高温热解腔体内，由绝缘陶瓷管进行绝缘，加热元件通电，将电能转化成热能，传递给高温热解腔体，然后再由高温热解腔体传递给物料，对物料进行热解再生；
(3).物料在高温热解腔体内再生，再生温度控制在1050℃-1200℃，此处是核心创新点，一般的再生炉温度只能达到950℃，此方式制作的高温热解装置能达到1050℃-1200℃之间，能大大降低再生时间，节省再生过程中的能耗，热解时间在40分钟-1小时内；
(4).等物料完全在高温热解腔体内完成再生后，高温热解装置启动出料程序；
(5).此热解装置是经过电热提供热源的，提供热源的方式就是电通过电热体产生热能；
(6).此热解装置不同于以往的再生炉，一是它设有高温热解腔室，二是它的高温热解腔室采用耐高温、耐腐蚀、硬度高的含量在85%的碳化硅材料制作，三是高温热解装置采用间歇再生，可以做到无氧再生，大大提高粉末活性炭的再生得率，四是因为是外热热解再生，物料在高温状态下，产生的烟气中只有物料含有的水产生的蒸汽和吸附的有机物热解产生的烟气，相对以往的再生方式，产生的总的烟气量只占其45%，从而使尾气处理量小，运行成本更低，五是此热解装置采用的是硅碳棒203加热，此电热体最高长期使用温度为1250℃，极限温度为1400℃，此电热体加热效率在65%-85%之间，温度越高，再生时间越短，加热效率越高，再生过程能耗越低，由此采用硅碳棒203作为加热体能大大节省能源。
本申请中，热解装置上设有热传感器，采用可控硅控制温度，温度差±5℃，此套热解装置均采用PLC+上位机电脑控制方式对设备的运行状态进行监控和控制，并配设紧急停机与关键设备手动操作按钮，配电柜上设有远程和就地控制旋钮，可选择生产工艺操作权限、生产工艺参数由中控室上位机录入，也可生产过程中，再生炉将根据设备运行状况，对运行过程中的非正常运行状态进行监控并报警，提示操作工人检查或维护设备运行；
设备运行出现故障时，除在中控上位机和PLC触摸屏上报警之外，就地蜂鸣器也将给出错误报警信号；
生产工艺过程及设备运行参数，由中控系统集中采集记录，操作人员可以根据需要随时选择查看或输出设定区段设备运行状态记录表。供操作人员及生产管理人员查阅或生产状况分析。
本申请中，此热解装置上加了一个搅拌叶片，因为实际运行过程中，含水量50%左右的物料投入到高温热解装置内部，此时是搅拌不动的；但是随着温度的升高，水不断地蒸发，物料体积缩小，如果不搅拌的话，就会结成块，不利于出料，这就是增加搅拌装置原因；PLC程序可以设定，每1小时搅拌2-3次，每次持续1分钟，这样有利于物料中水分快速蒸发，同时也利于出料。此搅拌叶片采用高温耐热合金制作。
本申请中，硅碳棒203是用高纯度绿色六方碳化硅为主要原料，按一定料比加工制坯，经2200℃高温硅化再结晶烧结而制成的棒状、管状非金属高温电热元件；氧化性气氛中正常使用温度可达1450℃，连续使用可达2000小时。
在本申请的一个实施例中，热解装置还包括流化床式干燥机7、布袋除尘器8、抽风机9、鼓风机6以及高塔式的烟囱10；
鼓风机6的进气口与压缩氮气储气罐5的出气口连通，鼓风机6的出气口通过管道与水冷出料螺旋输送机4的出料端处的进气口连通，水冷出料螺旋输送机4上的进气口与水冷出料螺旋输送机4中的输料内腔连通；
氮气经过水冷出料螺旋输送机4的进料口与下炉体3上的出料口后进入热解炉中；
热解炉上的烟气出口103与流化床式干燥机7的热流态化风进口连通，流化床式干燥机7的出料口通过管道与热解炉上的加料口102连通；
流化床式干燥机7的出气口通过管道与布袋除尘器8的进气口连通，布袋除尘器8的出气口通过管道与抽风机9的进气口连通，抽风机9的出气口通过管道与烟囱10的底部进气口连通；
此处，利用鼓风机6向水冷出料螺旋输送机4中吹入常温的氮气，在间壁水冷的基础上，利用常温氮气对热解后高温的粉末活性炭进行直接风冷，在螺旋叶片的搅拌作用下氮气与热解后高温的粉末活性炭充分接触，显著地提高了氮气风冷的冷却效率与冷却效果，氮气传递热量，氮气用于冷却成品，把成品上该带走的热量给带走；
此处，风冷后的氮气的温度升高变成热风，然后氮气经过水冷出料螺旋输送机4的进料口与下炉体3上的出料口后进入热解炉中，带压带速的氮气对热解炉中的粉末活性炭进行充分的气流搅拌，由于氮气与每一个活性炭颗粒都能充分接触，因此氮气还能作为传热介质，使得硅碳棒203产生的热量先传递给氮气然后再由氮气传递给每一个活性炭颗粒，从而显著地提高了热解温度场的均匀性，没有温度场中的低温死角，氮气用于流化搅拌以及均匀分布热量；
此处，热解炉的炉腔中充入了大量的氮气，使得热解炉中的炉腔中是无氧的氮气气氛，进而使得高温热解是氮气气氛下的热解，氮气实现低氧热解甚至无氧热解，使得氮气气氛下粉末活性炭的烧失率显著地下降了，解决了传统的过氧情况下粉末活性炭的烧失率偏大的问题；
此处，氮气经过中间主炉体2中后，由于吸收了硅碳棒203发出的电热，氮气的温度进一步升高，此时氮气与热解烟气混合然后从热解炉上的烟气出口103排出，随后氮气与热解烟气的混合烟气从流化床式干燥机7的热流态化风进口中进入流化床式干燥机7中，氮气与热解烟气的混合烟气对流化床式干燥机7中的原始的待热解的粉末活性炭进行干燥脱水与预热，如此充分合理地回收利用了烟气中的高温热量，避免了大量地热量被排空而浪费，从而提高了热量的利用率，更节能降耗与环保，氮气传递热量，氮气用于预热以及干燥原料，把应该赋予原料的进行预热和干燥脱水的热量给到原料；
然后，在流化床式干燥机7中被冷却后的氮气与热解烟气的混合烟气流入布袋除尘器8中进行除尘，然后混合烟气被抽风机9抽送至烟囱10中进行高空排入大气。
在本申请的一个实施例中，布袋除尘器8的底出料口通过管道与热解炉上的加料口102连通。
在本申请的一个实施例中，抽风机9与鼓风机6均为离心式风机。
本申请中，流化床式干燥机7是将粉粒状、膏状（乃至悬浮液和溶液）等流动性物料放在多孔板等气流分布板上，由其下部送入具有相当速度的热风，增大气流速度，相当部分物料呈悬浮状，形成气—固混合床，即流化床，因流化床中悬浮的物料很像沸腾的液体，故又称沸腾床，而且它在许多方面呈现流体的性质。
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种粉末活性炭的热解装置，其特征在于，热解装置包括热解炉与水冷出料螺旋输送机；
热解炉包括上炉盖、中间主炉体以及下炉体；
上炉盖包括钢质盖子以及内衬在钢质盖子的内表面上的上耐火材料内衬层，上炉盖上设置有加料口与烟气出口；
中间主炉体包括两端敞口的管状的主炉壳，主炉壳的内表面上设置有中间耐火材料内衬层，中间耐火材料内衬层的内径表面上设置有碳化硅浇注层，管状的碳化硅浇注层套设在管状的中间耐火材料内衬层中；
下炉体包括底炉壳以及内衬在底炉壳的内表面上的下耐火材料内衬层，下炉体上设置有出料口；
钢质盖子上的法兰盘与主炉壳上的上法兰盘螺栓连接，且主炉壳上的下法兰盘与底炉壳上的法兰盘螺栓连接，以使得上炉盖、中间主炉体以及下炉体组装成完整的热解炉；
绝缘陶瓷管预埋固定在碳化硅浇注层的表层中，硅碳棒用于通电发热，硅碳棒内插在绝缘陶瓷管中，绝缘陶瓷管的顶端与硅碳棒的顶端均穿透上耐火材料内衬层与钢质盖子露出在外；
水冷出料螺旋输送机的进料口与下炉体上的出料口连通，水冷出料螺旋输送机的出料口用于排出经水冷冷却后的粉末活性炭；
热解装置还包括压缩氮气储气罐、鼓风机、流化床式干燥机、布袋除尘器、抽风机以及高塔式的烟囱；
鼓风机的进气口与压缩氮气储气罐的出气口连通，鼓风机的出气口通过管道与水冷出料螺旋输送机的出料端处的进气口连通，水冷出料螺旋输送机上的进气口与水冷出料螺旋输送机中的输料内腔连通，利用鼓风机向水冷出料螺旋输送机中吹入氮气，利用氮气对热解后的粉末活性炭进行风冷，在螺旋叶片的搅拌作用下氮气与热解后的粉末活性炭充分接触，氮气传递热量把热解后的粉末活性炭上的热量给带走；
氮气经过水冷出料螺旋输送机的进料口与下炉体上的出料口后进入热解炉中，带压带速的氮气对热解炉中的粉末活性炭进行气流搅拌，且氮气作为传热介质，使得硅碳棒产生的热量先传递给氮气然后再由氮气传递给每一个活性炭颗粒，氮气实现流化搅拌以及均匀分布热量，且热解炉的炉腔中充入氮气使得炉腔中是氮气气氛，氮气实现低氧热解或无氧热解；
热解炉上的烟气出口与流化床式干燥机的热流态化风进口连通，流化床式干燥机的进料口用于加入原始的待热解的粉末活性炭，流化床式干燥机的出料口通过管道与热解炉上的加料口连通，氮气经过中间主炉体中后氮气的温度进一步升高，氮气与热解烟气混合然后从热解炉上的烟气出口排出，随后氮气与热解烟气的混合烟气从流化床式干燥机的热流态化风进口中进入流化床式干燥机中，氮气与热解烟气的混合烟气对流化床式干燥机中的原始的待热解的粉末活性炭进行干燥脱水与预热，以回收利用烟气中的热量，氮气实现预热以及干燥原料；
流化床式干燥机的出气口通过管道与布袋除尘器的进气口连通，布袋除尘器的出气口通过管道与抽风机的进气口连通，抽风机的出气口通过管道与烟囱的底部进气口连通。
2.根据权利要求1所述的一种粉末活性炭的热解装置，其特征在于，通电的硅碳棒将炉腔内温度加热至1050℃-1200℃的热解温度进行热解处理。
3.根据权利要求1所述的一种粉末活性炭的热解装置，其特征在于，布袋除尘器的底出料口通过管道与热解炉上的加料口连通。
4.根据权利要求1所述的一种粉末活性炭的热解装置，其特征在于，抽风机与鼓风机均为离心式风机。
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2023
- 2023-11-23 CN CN202311577099.7A patent/CN117339585B/zh active Active
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