一種活性炭制備系統及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機物熱解及活性炭技術領域，尤其涉及一種活性炭制備系統及其制備方法。
【背景技術】
[0002]我國生物質資源豐富，每年被丟棄的可再生資源如農業秸桿、薪柴、林業廢棄物以及城市垃圾等具有很高的價值。現有技術中將這些資源直接焚燒、排放入水體或堆積等均造成了資源的浪費以及環境的污染，導致了人類生存環境的惡化。如果將生物質、廢舊輪胎、廢舊有機物和有機無機等為原料炭化后可以生產出油、氣和固體炭，以替代部分煤、油和天然氣等資源。為了確保經濟效益，需要開發出含碳有機物熱解的合適的工藝。
[0003]現在制備活性炭的工藝中，炭化、活化過程都是在外加熱式裝置中進行的，在制備過程中，氣體產物和大量的熱能資源不能充分的利用，形成資源極大的浪費。目前物理活化法是原料適應性最廣的方法，但現有物理活化法制備活性炭存在以下幾個問題:(I)能耗高，由于活性炭在炭化過程中全靠優質煤燃燒提供能量，受不完全燃燒、排渣排氣等因素的影響，煤燃燒提供的能量只有30-35%用于反應過程的能量吸收。(2)炭化過程中由于受熱不均，升溫過程復雜等因素的制約，大量產生焦油、木醋酸等液體產物，導致固體炭的回收率低，一般不足60 %。
【發明內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發明要解決的技術問題是解決現有技術中活性炭制備工藝能耗高和能量利用率低的問題。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種活性炭制備系統，包括預處理系統、反應器、第一冷卻器、第二冷卻器和蒸汽過熱器;反應器的物料進口與所述預處理系統連接，所述反應器的物料出口與所述第一冷卻器連接，所述第一冷卻器用于活性炭的冷卻;所述反應器包括依次設置的干燥單元、炭化單元和活化單元;所述干燥單元設有第一出氣口，所述炭化單元設有第二出氣口，所述活化單元設有第三進氣口和第三出氣口；所述干燥單元、炭化單元和活化單元均設有輻射加熱管;所述第一出氣口和第三出氣口均與所述蒸汽過熱器的進口連接，所述蒸汽過熱器的出口與所述第三進氣口連接;所述第二出氣口與所述第二冷卻器的進口連接，所述第二冷卻器設有液體出口和氣體出口，所述液體出口與儲油罐連接，所述氣體出口用于冷卻后不凝氣的排出。
[0008]其中，所述第二出氣口與所述第二冷卻器之間連接有換熱器，所述換熱器的進口連接水源，出口連接蒸汽發生器的進口，蒸汽發生器的出口與蒸汽過熱器的進口連接。
[0009]其中，所述第一冷卻器為噴霧冷卻器，所述換熱器的出口與所述噴霧冷卻器的液體進口連接，所述噴霧冷卻器的出口與所述蒸汽過熱器的進口連接。
[0010]其中，本發明的活性炭制備系統還包括烘干機，且所述輻射加熱管為燃氣輻射加熱管，所述燃氣輻射加熱管設有燃氣進口和煙氣出口，所述燃氣進口與所述第二冷卻器的氣體出口連接;所述烘干機的物料進口與所述反應器活化單元的物料出口連接;所述燃氣輻射加熱管的煙氣出口與烘干機的氣體進口連接，用于活性炭的干燥。
[0011]其中，還包括煙氣冷卻塔，所述煙氣冷卻塔的物料進口與所述第一冷卻器的物料出口連接，所述煙氣冷卻塔的物料出口與所述烘干機的物料進口連接;所述烘干機的氣體出口與所述煙氣冷卻塔的氣體進口連接。
[0012]其中，所述煙氣冷卻塔的氣體出口與所述烘干機的氣體進口連接;所述煙氣冷卻塔與所述烘干機之間依次設有篩選裝置和離心機，用于對經煙氣冷卻塔干燥后的活性炭進行篩選和離心。
[0013]本發明還提供了一種上述的活性炭制備系統的制備方法，包括以下步驟:
[0014]SI，將待處理的含碳物料進行預處理；
[0015]S2，預處理后的含碳物料通入所述反應器中使含碳物料依次通過干燥單元、炭化單元和活化單元，對含碳物料進行干燥、炭化和活化；
[0016]S3，將干燥過程中產生的水蒸氣和活化過程中剩余的水蒸氣通入所述蒸汽過熱器，經升溫后的水蒸氣通入反應器的活化單元；
[0017]S4，將炭化單元產生的油氣通入所述第二冷卻器進行冷卻，冷卻得到的油直接存入所述儲油罐，冷卻得到的不凝氣經第二冷卻器的氣體出口排出。
[0018]其中，本發明的活性炭制備系統的制備方法還包括步驟將步驟S4中得到的不凝氣分別通入干燥單元、炭化單元和活化單元的燃燒輻射加熱管的燃氣進口，用于加熱。
[0019]其中，在執行步驟S4前執行以下步驟:將炭化單元產生的油氣通入所述換熱器與水進行換熱，換熱后的熱水依次經過所述蒸汽發生器和蒸汽過熱器形成水蒸氣，并將水蒸氣通入所述活化單元。
[0020]其中，本發明的活性炭制備系統的制備方法還包括步驟:將所述反應器中產生的煙氣通入所述烘干機中對活性炭進行干燥。
[0021](三)有益效果
[0022]本發明的上述技術方案與現有技術相比具有如下優點:本發明的活性炭制備系統中干燥產生的水蒸氣經蒸汽過熱器加熱后用于向活化單元內提供氧化性氣體，炭化單元產生的油氣經冷卻后得到的油得以保存，同時所得到的不凝氣用于反應器各個單元的加熱，實現了能源的循環利用，整個系統的熱利用率高。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明實施例活性炭制備系統的連接框圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]如圖1所示，本發明實施例提供的一種活性炭制備系統，包括預處理系統、反應器、第一冷卻器、第二冷卻器和蒸汽過熱器;反應器的物料進口與預處理系統連接，反應器的物料出口與第一冷卻器連接，第一冷卻器用于活性炭的冷卻。反應器包括依次設置的干燥單元、炭化單元和活化單元;干燥單元設有第一出氣口，炭化單元設有第二出氣口，活化單元設有第三進氣口和第三出氣口；干燥單元、炭化單元和活化單元均設有輻射加熱管；具體地，干燥單元的輻射加熱管溫度控制在80?180°C，炭化單元的輻射加熱管溫度控制在120?800°C，活化單元輻射加熱管的溫度控制在650?1100°C;炭化單元內沿布料板運動方向依次設置的輻射加熱管的溫度依次升高，炭化單元前端的輻射加熱管的溫度為120°C，炭化單元末端的輻射加熱管的溫度為800°C，相鄰輻射加熱管的溫度依次增加幅度為70 ±20°C。第一出氣口和第三出氣口均與蒸汽過熱器的進口連接，蒸汽過熱器的出口與第三進氣口連接;第二出氣口與第二冷卻器的進口連接，第二冷卻器設有液體出口和氣體出口，液體出口與儲油罐連接，氣體出口用于冷卻后不凝氣的排出。
[0026]本發明實施例提供的活性炭制備系統中干燥產生的水蒸氣經蒸汽過熱器加熱后用于向活化單元內提供氧化性氣體，活化單元內過剩的水蒸氣排出后進入蒸汽過熱器，經蒸汽過熱器加熱至600?800°C通入活化單元可以使水蒸氣得到循環利用，炭化單元產生的油氣經冷卻后得到的油得以保存，同時所得到的不凝氣可以用于該系統中反應器各個單元的加熱，實現能源的循環利用，整個系統的熱利用率得提高。
[0027]進一步地，第二出氣口與第二冷卻器之間連接有換熱器，換熱器的進口連接水源，出口連接蒸汽發生器的進口，蒸汽發生器的出口與蒸汽過熱器的進口連接。炭化過程中產生的油氣溫度較高，在通入冷卻器前使其通過換熱器，用于水的加熱，一方面為水的加熱提供了熱量，另一方面實現了油氣的初步冷卻。加熱后的水通過蒸汽發生器和蒸汽過熱器后形成水蒸氣為活化單元提供氧化性氣體。該過程中充分利用了高溫油氣的熱量，提高了系統的熱利用率。
[0028]進一步地，第一冷卻器為噴霧冷卻器，換熱器的出口與噴霧冷卻器的液體進口連接，噴霧冷卻器的出口與蒸汽過熱器的進口連接。采用噴霧冷卻器一方面對活性炭進行冷卻，另一方面活性炭冷卻的同時水被加熱為水蒸汽，經過蒸汽過熱器通入活化單元，實現了水資源的循環利用，同時充分利用了反應器內生成的活性炭的熱量。
[0029]進一步地，活性炭制備系統還包括烘干機，且輻射加熱管為燃氣輻射加熱管;燃氣輻射加熱管設有燃氣進口和煙氣出口，燃氣進口與第二冷卻器的氣體出口連接;烘干機的物料進口與反應器活化單元的物料出口連接;燃氣輻射加熱管的煙氣出口與烘干機的氣體進口連接，用于活性炭的干燥。燃氣輻射加熱管加熱裝置是在密封套管內燃燒，通過受熱的套管表面以熱輻射為主的形式把熱量傳遞到被加熱物體，燃燒煙氣不與被加熱物體接觸，不會造成燃燒氣氛污化或者影響產品質量，爐內氣氛及加熱溫度便于控制和調節。燃氣輻射加熱管的燃料供給既可以采用不凝氣，也可以采用外部燃氣供應。活性炭經烘干機烘干后可以儲存在儲倉內，將燃氣輻射加熱管的煙氣出口與烘干機的氣體進口連接，可以將燃燒產生的高溫煙氣用于活性炭的干燥，利用了煙氣的熱量，提高了系統的熱利用率。
[0030]進一步地，本發明實施例的活性炭制備系統還包括煙氣冷卻塔，煙氣冷卻塔的物料進口與第一冷卻器的物料出口連接，煙氣冷卻塔的物料出口與烘干機的物料進口連接；烘干機的氣體出口與煙氣冷卻塔的氣體進口連接。設有煙氣冷卻塔可以對活性炭進一步冷卻，并實現對活性炭的預干燥。烘干機干燥活性炭后煙氣的溫度會降低，將低溫的煙氣通入煙氣冷卻塔，實現對活性炭的冷卻。充分利用了物料處理過程中產生的煙氣，提高了能量利用率。具體地，煙氣冷卻塔的氣體出口還可以與烘干機的氣體進口連接;煙氣冷卻塔與烘干機之間可以依次設有篩選裝置和離心機，用于對經煙氣冷卻塔干燥后的活性炭進行篩選和離心。煙氣冷卻塔的煙氣會被活性炭加熱，溫度升高，溫度升高后的煙氣可以通入烘干機中用于活性炭的干燥，實現了煙氣的循環利用，提高了系統的能量利用