CN209536987U - 一种热解和活化组合的煤炭制活性炭系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种热解和活化组合的煤炭制活性炭系统，包括煤炭热解炉和活化炉，所述热解炉的顶部的煤炭料仓连接有煤炭输送带，煤炭料仓下方设置有第一分布器，第一分布器下方为预热段，预热段底部布置第二分布器，第二分布器下方为热解段；热解段下方为第三分布器，所述第三分布器连接有半焦出料口；所述半焦出料口通过半焦输送带连接所述活化炉，所述活化炉连接有蒸汽管道。本实用新型提供了一种高效合理的煤制活性炭生产系统，可以实现能源的合理利用，降低煤炭热解、活化过程中造成的污染，可以形成循环连续生产。与现有技术相比，本实用新型提供的系统，过程简单、转化率高、运转稳定、产品性质优，可以用于各种煤炭生产活性炭的生产过程。

Description

一种热解和活化组合的煤炭制活性炭系统

技术领域

本实用新型属于煤炭化工领域，具体涉及一种用煤炭制活性炭的系统。

背景技术

活性炭是由类石墨微晶排列而成的微晶碳和无定形碳组成的碳质吸附功能材料，性质稳定，具有优良的吸附性能，且耐酸碱性、耐热，不溶于水或者有机溶剂，被广泛应用于催化剂载体、医药、工业“三废治理”、电池、净化空气和高能密度物质储存领域。而煤制活性炭因为制备成本低、易再生、抗磨损等优点，市场对于煤基活性炭的需求逐年增加，优质活性炭的缺口较大。

传统煤制活性炭的主要工序依次为：原料预处理、挤压成型及破碎、炭化工序和活化工序。其中炭化工序和活化工序为制备活性炭最主要的两道工序，炭化即是将原料在高温炉中加热炭化，炭化完成后，将炭化料与水蒸汽、二氧化碳等活化剂进行活化反应生产活性炭。

中国专利CN103224234B提供了一种循环利用高温烟气生产活性炭的工艺，是将保温气柜的高温混合气体通入到炭化活化炉所设的纯氧燃烧器，产生的高温水蒸汽和二氧化碳通过气体分布器与下行的炭化料进行活化反应，活化后的活性炭排出，炭化室与活化室排出的高温烟气再次通入纯氧燃烧器进行燃烧，产生的高温水蒸汽和二氧化碳作为混合活化气与下行的炭化料进行活化反应，循环连续制得活性炭。该工艺将循环活化水蒸气和二氧化碳回到反应器，对于反应器的燃烧供热影响较大，不利于供热。

中国专利CN105800608B和CN105800609B提供的氢燃烧水蒸气活化炉和活化方法，该活化炉是由物料活化反应段、气体缓冲分布段和气体混合燃烧段构成，所述物料活化反应段设置有进料口和废气排放管。该专利主要用于活性炭料的活化，并且工艺复杂。

中国专利CN100383038C公开了一种用于制备活性炭的活化反应尾气加氧循环利用工艺及设备。该设备在活化炉上设置有炭化物料进口、活化气体入口、出料口和废烟气出口，在炭化物料进料口处设置有一氧化碳排放口，收集活化反应产生的一氧化碳，对其进行加氧燃烧，并将获得二氧化碳气体与外界提供的水蒸汽混合，形成活化气体与活化炉中的炭化物料进行活化反应，制得活性炭。该工艺利用尾气，不适用于一体化生产活性炭，活化尾气的其他成分仍旧排空，浪费资源，污染环境。此外该工艺仍然需要锅炉提供水蒸汽，自身产能不能够合理有效地利用。

因此，需要改进煤制活性炭过程中的热量利用问题，为煤制活性炭的合理利用能量提供一种更可行的方案。

实用新型内容

针对本领域存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种热解和活化组合的煤炭制活性炭系统，采用煤炭热解炉和活化炉组合生产活性炭，通过将活化炉高温水煤气用于热解炉煤炭预热，把系统中的热量充分利用；热解气和水煤气集中进行净化处理后，用作燃料气，一方面可以减低污染，另一方面通过合理分配可以提高能量的利用效果。

实现本实用新型目的的技术方案为：

一种热解和活化组合的煤炭制活性炭系统，其包括煤炭热解炉和活化炉，

所述热解炉的顶部的煤炭料仓连接有煤炭输送带，煤炭料仓下方设置有第一分布器，第一分布器下方为预热段，预热段底部布置第二分布器，第二分布器下方为热解段；热解段下方为第三分布器，所述第三分布器连接有半焦出料口；所述半焦出料口通过半焦输送带连接所述活化炉；

所述活化炉为内热式回转炉、外热式回转炉、耙式多段炉中的一种，所述活化炉连接有蒸汽管道。

其中，所述第一分布器、第三分布器，所述第三分布器均为角钢铺设的平板结构，角钢之间留有长条形的孔，宽度10～15mm，板面上固定有3～5根震动棍。

其中，所述热解炉底部设置燃烧器，所述燃烧器的燃料为荒煤气；在所述预热段的炉壁上设置有荒煤气出口。

其中，所述热解段通过水煤气管道连接于所述活化炉。

其中，所述半焦出料口为漏斗形状，漏斗下方设置所述半焦输送带。半焦出料口连接到熄焦槽，熄焦槽通过半焦输送带连接到活化炉进口处的活化料仓。

优选地，所述活化炉为外热式回转炉，所述活化炉底部设置有燃烧器，所述燃烧器的燃料为荒煤气。所述燃烧器设置有锥形的气体分布器，所述气体分布器上开设有尺寸1～2mm的圆形、方形或矩形孔，气体分布器器壁与水平面的夹角为70～80°。

更优选地，所述活化炉为卧式，物料的入口到出口连线与水平面夹角5～10°且出口较低。该活化炉根据活化加工要求，倾角可以调整，

其中，所述活化炉的炉体分为低温、中温、高温三个区，低温区进料，高温区出料，炉体外设有加热壳，所述高温区连接有水煤气管道。

在高温区进行外壳加热，在低温区炉内烟气和蒸汽混配，低温区外壳加热烟气排出，经过余热回收后排放，活化炉内的活化烟气从高温区排出，收集后进入煤炭热解炉预热段底部。

更优选地，所述活化炉的低温、中温、高温区之间设有隔离板，高度20～50cm，用于调整活化炉的停留时间。

上述活化炉中，水煤气排出口设置有收集室和控制阀门。

所述活化炉中，所述活性炭排放口与水平面夹角为45～60°。

所述煤炭制活性炭系统，将热解和活化过程中产生的可燃气体收集处理回收利用，并且将系统中的热能合理分配利用，为煤制活性炭过程提供能量，并且通过并且利用回收来的荒煤气燃烧产生的水蒸气和二氧化碳高温气体对活性炭进行活化，具体运行步骤如下：

(1)原料处理：将原料煤进行筛分，按照粒径大小分别送入煤炭热解炉各个仓室；

(2)热解升温：通过燃料气加热使煤炭热解炉以15～20℃/min升温至400～600℃，温度上升到200℃开始，逐步增加料仓料位，炉内温度达到600℃后，各段煤炭分布均匀，然后将炉内温度升至650～750℃，停留30～60min，开始出料；

(3)热解过程：升温到200℃后，开启荒煤气采出系统，进行荒煤气回收和净化，净化荒煤气逐步替代开工燃料。热解反应所需能量由两部分组成，一部分是燃烧产生的热量通过热烟气与煤炭热交换供热，另一部分是活化炉产生的水蒸气、一氧化碳和二氧化碳等高温烟气所带来的热量，用于预热段煤炭预热，反应时间为30～60min，反应完成后，通过热解炉底部出料口将热解料送往活化炉。煤炭热解炉设有温度自控器，根据热解炉内各段温度高低控制燃烧器负荷。

(4)活化升温过程：通过荒煤气燃烧供热，使活化炉内温度以15～20℃/min升至900～1100℃，温度上升到600℃时，开始启动热解料送料到活化炉，炉内温度达到900℃后，各段料位分布均匀，然后将炉内温度升至900～1000℃，停留30～60min，开始出料。

(5)活化过程：升温结束后，按照水蒸气和二氧化碳1:1比例，经气体供热室送入活化炉中，进行活化反应，反应所需能量由两部分组成，一部分是燃烧产生的热量通过炉壁热交换供热，另一部分是燃烧产生的水蒸气和二氧化碳所带来的热量，反应时间为30～120min，反应完成后，通过活化炉出料口得到活性炭。活化炉产生的氢气、水蒸气、一氧化碳和二氧化碳等高温烟气送入到热解炉上部煤炭预热段，用于煤炭预热。活化炉炉设有温度自控器，根据炉内各段温度分布控制燃烧器负荷。

(6)煤气回收：荒煤气从热解炉料仓底部采出，分离出煤焦油和凝结水后，净化荒煤气一部分用于煤炭热解炉燃烧供热，一部分用于活化炉燃烧供热，剩余部分用于蒸汽锅炉发汽。

本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供的煤炭热解炉与活化炉相结合生产活性炭的系统，能够实现煤制活性炭中炭化和活化的一体化。

(2)本实用新型通过集中回收煤炭热解炭化和活化过程中产生的燃料气进行燃烧供热，同时利用燃烧产生的水蒸气和二氧化碳对活性炭进行活化。通过控制燃料气的通入量可以控制炉体的温升，也可以通过控制水蒸气和二氧化碳的生成量控制活性炭的活化进度。并且活化气中含有的二氧化碳对活性炭的质量的提高具有积极作用。

(3)本实用新型的系统，对煤制活性炭过程中产生的热解煤气进行集中收集回收处理，并将其通入燃烧室进行燃烧，提高了热解煤气的利用效率，而且避免了煤气排放造成污染。

(4)本实用新型通过在热解炉炉体中通入含氢气的高温活化水煤气进行煤炭预热，不仅能够提高氢气、水蒸气和二氧化碳的利用效率，而且可以增加活化气与煤炭的接触面积，从而降低活煤炭的的热解损失。

总之，本实用新型提供了一种高效合理的煤制活性炭生产系统，可以实现能源的合理利用，降低煤炭热解、活化过程中造成的污染，可以形成循环连续生产。与现有技术相比，本发明提供的系统，过程简单、转化率高、运转稳定、产品性质优，可以用于各种煤炭生产活性炭的生产过程。

附图说明

图1为本实用新型煤炭制活性炭系统的结构简图。

图中设备和编号的对应为:

煤炭热解炉100，活化炉200，煤炭输送带1,煤炭料仓2，热电偶3，荒煤气出口4，预热段5，水煤气管道6，第一分布器701，第二分布器702，第三分布器703，热解段8，半焦出料口9，熄焦槽10，半焦输送带11，活化料仓12，隔离板13，燃烧器14，活性炭料仓15，蒸汽管道16，荒煤气管道17，荒煤气出口18。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例中，如无特殊说明，所用方法和设备均为本领域常规的设备和方法。

实施例1：

如图1，一种热解和活化组合的煤炭制活性炭系统，包括煤炭热解炉100和活化炉200，所述热解炉的顶部的煤炭料仓2连接有煤炭输送带1，煤炭料仓2下方设置有第一分布器701，第一分布器下方为预热段5，预热段5底部布置第二分布器702，第二分布器702下方为热解段8；热解段下方为第三分布器703，所述第三分布器连接有半焦出料口9；所述半焦出料口通过半焦输送带11连接所述活化炉200；活化炉连接有蒸汽管道16。

所述第一分布器、第二分布器、第三分布器均为角钢铺设的平板结构，角钢之间留有长条形的孔，宽度10～15mm，板面上固定有3～5根震动棍以强化物料分配。

热解炉100的底部设置燃烧器14，连接荒煤气管道17；在所述预热段的炉壁上设置有荒煤气出口18。热解炉每段都设有热电偶3、空气入口和燃烧器用于温度控制和调节。预热段设有荒煤气出口4。

热解段通过水煤气管道6连接于所述活化炉200。

所述半焦出料口9为漏斗形状，漏斗下方设置半焦输送带11。半焦出料口连接到熄焦槽10，熄焦槽通过半焦输送带11连接到活化炉进口处的活化料仓12。

活化炉200为外热式回转炉，所述活化炉底部设置有燃烧器14，该燃烧器的燃料为荒煤气。其燃烧器设置有锥形的气体分布器，所述气体分布器上开设有尺寸1～2mm的圆形孔，气体分布器器壁与水平面的夹角为70°。活化炉中，水煤气排出口设置有收集室和控制阀门。本活化炉的活性炭排放口为倾斜方向的出口，其与水平面夹角为45°，连接于活性炭料仓15。

本活化炉为卧式，物料的入口到出口连线与水平面夹角为10°且出口较低。活化炉根据活化加工要求，倾角可以调整。

活化炉200的炉体分为低温、中温、高温三个区，低温区进料，高温区出料，炉体外设有加热壳，所述高温区连接有水煤气管道6。在高温区进行外壳加热，在低温区炉内烟气和蒸汽混配，低温区外壳加热烟气排出，经过余热回收后排放，活化炉内的活化烟气从高温区排出，收集后进入煤炭热解炉预热段底部。活化炉的低温、中温、高温区之间设有隔离板13，高度50cm，用于调整活化炉的停留时间。

本热解和活化组合的煤炭制活性炭系统的具体运行方法如下：

首先将新疆三塘湖所产的煤炭进行筛分，分为粉煤、小颗粒和大颗粒送入料仓；

然后在重力作用下进入反应单元进行热解炭化，然后通过温度控制器调节反应温度、反应时间、通气时间、升温速率和通气速率。

具体炭化过程是用活化炉产生的高温水煤气作为预热热源，用荒煤气燃烧的高温烟气作为热解炭化热源，然后将热解产生煤气收集，经过冷凝净化处理后，作为燃料气进入燃烧室燃烧，使热解炭化反应温度维持在650℃，停留60min。

具体活化过程是首先通过燃烧荒煤气供热使活化炉温度升至900℃，按体积比为1:1的比例通入燃烧烟气和蒸汽进入活化炉内，生成的氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳出活化炉进入煤炭热解炉预热段进行预热，反应所需能量由三部分组成，一部分是燃烧产生的热量通过活化炉炉壁与炉内物料进行热交换供热，二部分是炉内燃烧产生的烟气和水蒸气带来的热量，经过80min反应，反应结束。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。对本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，或者特征间的相互不同组合，都能实现本专利描述的功能和效果，不再一一举例说明，均属本专利保护范围。

Claims (10)

1.一种热解和活化组合的煤炭制活性炭系统，其特征在于，包括煤炭热解炉和活化炉，

所述热解炉的顶部的煤炭料仓连接有煤炭输送带，煤炭料仓下方设置有第一分布器，第一分布器下方为预热段，预热段底部布置第二分布器，第二分布器下方为热解段；热解段下方为第三分布器，所述第三分布器连接有半焦出料口；所述半焦出料口通过半焦输送带连接所述活化炉；

所述活化炉为内热式回转炉、外热式回转炉、耙式多段炉中的一种，所述活化炉连接有蒸汽管道。

2.根据权利要求1所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述第一分布器、第二分布器、第三分布器均为角钢铺设的平板结构，角钢之间留有长条形的孔，宽度10～15mm；板面上固定有3～5根震动棍。

3.根据权利要求1所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述热解炉底部设置燃烧器，所述燃烧器的燃料为荒煤气；在所述预热段的炉壁上设置有荒煤气出口。

4.根据权利要求1所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述热解段通过水煤气管道连接于所述活化炉。

5.根据权利要求1所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述半焦出料口为漏斗形状，漏斗下方设置所述半焦输送带，半焦出料口连接到熄焦槽，熄焦槽通过半焦输送带连接到活化炉进口处的活化料仓。

6.根据权利要求1～5任一项所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述活化炉为外热式回转炉，活化炉底部设置有燃烧器，所述燃烧器的燃料为荒煤气；所述燃烧器设置有锥形的气体分布器，所述气体分布器上开设有尺寸1～2mm的圆形或矩形孔，气体分布器器壁与水平面的夹角为70～80°。

7.根据权利要求1～5任一项所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述活化炉为卧式，物料的入口到出口的连线与水平面夹角为5～10°且出口较低。

8.根据权利要求1～5任一项所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述活化炉的炉体分为低温、中温、高温三个区，低温区进料，高温区出料，炉体外设有加热壳，所述高温区连接有水煤气管道。

9.根据权利要求8所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述活化炉的低温、中温、高温区之间设有隔离板，高度20～50cm。

10.根据权利要求1～5任一项所述的煤炭制活性炭系统，其特征在于，所述活化炉的活性炭排放口与水平面夹角为45～60°。