一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，包括固定床系統、改性劑溶液供應系統、水蒸氣與氮氣供應系統、加料系統、排液系統、尾氣凈化系統以及相應的連接管路。其中，固定床系統用于進行生物質的熱解、改性劑溶液浸漬和水蒸氣活化；改性劑溶液供應系統包括改性劑溶液槽、恒流泵、閥門和霧化噴槍；水蒸氣與氮氣供應系統包括依次連接的氮氣瓶、減壓閥、質量流量計、三通閥、電加熱器、背壓閥、恒流泵和水槽；生物質加料系統包括加料倉和給料閥；排液系統包括過濾裝置和凈化液槽；尾氣凈化系統包括尾氣凈化裝置。本實用新型將生物質熱解、改性劑溶液浸漬以及水蒸氣活化集成在一套裝置內進行，從而有效提高了脫汞吸附劑的生產效率。
【專利說明】一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，具體說是一種基于固定床進行生物質熱解、改性劑溶液浸潰與水蒸氣活化的一體化脫汞吸附劑制備裝置，屬于生物質資源綜合利用與煙氣脫汞【技術領域】。
【背景技術】
[0002]人為源大氣汞排放主要來源于煤和含汞垃圾的燃燒、金屬礦物冶煉以及涉汞生產行業(如電池、熒光燈等)。目前我國每年人為源大氣汞排放量約為50(Γ600噸，占全球人為源大氣汞排放總量的25%左右，其中燃煤電站的煙氣汞排放約占大氣汞排放40%。燃煤電廠大氣汞污染物具有集中排放和總量大的特點，因此，燃煤火電廠成為汞污染治理的首要陣地。煤燃燒過程中，在煙氣冷卻以及煙氣組分與飛灰等共同作用下，煤中汞最終以單質汞(Hg°)、氧化態汞(Hg2+)和顆粒態汞(Hgp)三種形態存在。氧化態汞極易溶于水，可通過濕法洗滌方法脫除，顆粒態汞也容易被除塵設備捕獲，而氣態單質汞(Hg°)具有很強的揮發性，難以被常規的大氣污染控制設備捕獲，進而進入大氣并在環境中通過各種途徑長期積累遷移，造成嚴重生態環境問題。
[0003]燃煤汞污染排放控制包括源頭控制(選煤、洗煤)、燃燒改進和煙氣凈化(濕法洗滌、吸收劑噴射等)三大類。目前，吸附劑噴射與現有常規大氣污染控制設備相結合的技術被認為是極具發展前景的燃煤煙氣汞控制技術，而低成本、高效率的汞吸附劑的研發是該技術成功應用的關鍵之一。常用的脫汞吸附劑有碳基吸附劑(活性炭、活性炭纖維和生物質焦等)和非碳基吸附劑(飛灰、鈣基、礦物類以及金屬類等)。生物質具有儲量豐富、來源廣泛、低硫氮、高灰焦活性、零CO2凈排放等特性，因此，生物質基脫汞吸附劑制備及其汞吸附性能的研究受到了世界各國研究者普遍關注。專利CN 101220283B和CN 102226092A分別公開了基于立式和水平式工作原理的連續式生物質熱解炭化裝置，該炭化爐實現了連續投料、炭化與出炭，顯著提高了生物質炭的生產效率，但是上述生物質炭直接脫汞的效率較低。為了提高生物質熱解產物(生物質炭)的脫汞效率，專利CN101985099B和專利CN103252212A分別提出采用鹵化銨鹽浸潰以及采用熱解、水蒸氣活化和溶液浸潰改性相結合的方法，對生物質炭/生物質熱解焦進行改性處理，結果表明，經改性后吸附劑的脫汞效率顯著提高。但是，已有的技術均未涉及生物質脫汞吸附劑的制備裝置。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的缺陷，本實用新型提出了一種固定床生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，將生物質熱解、改性劑溶液浸潰以及水蒸氣活化集成在一套裝置內進行，從而有效縮短了生物質碳基脫汞吸附劑的制備流程，提高了脫汞吸附劑的生產效率，解決了生物質碳基脫汞吸附劑制備中存在的熱量消耗大、產率低、周期長以及難以規模化生產等問題。
[0005]為了實現上述發明目的，本實用新型的技術方案為:
[0006]一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，包括固定床系統、改性劑溶液供應系統、水蒸氣與氮氣供應系統、加料系統、排液系統、尾氣凈化系統以及相應的連接管路；所述固定床系統用于進行生物質的熱解、改性劑溶液浸潰和水蒸氣活化，包括高溫電加熱爐、固定床本體、智能溫控儀以及熱電偶，固定床本體設置在高溫電加熱爐內；所述改性劑溶液供應系統包括改性劑溶液槽、恒流泵、閥門和霧化噴槍，改性劑溶液槽、恒流泵和霧化噴槍依次連接，霧化噴槍插入固定床本體內；所述水蒸氣與氮氣供應系統包括依次連接的氮氣瓶、減壓閥、質量流量計、三通閥、電加熱器、背壓閥、恒流泵和水槽，所述三通閥還連接到固定床本體；所述生物質加料系統包括加料倉和給料閥，加料倉通過給料閥連接到固定床本體的上部；所述排液系統包括過濾裝置和凈化液槽，過濾裝置設置在固定床本體的底部，與凈化液槽連接；所述尾氣凈化系統包括尾氣凈化裝置，尾氣凈化裝置連接到固定床本體的上部。
[0007]所述固定床本體包括固定床筒體、上法蘭蓋、下法蘭蓋、多孔圓盤、絲網和升降螺桿，其中，多孔圓盤水平放置在固定床筒體內部，多孔圓盤的上面鋪設多層絲網，多孔圓盤的底面與升降螺桿相連，用以調整多孔圓盤在固定床內的位置；固定床筒體的上、下兩端分別與上法蘭蓋和下法蘭蓋相連；升降螺桿穿過下法蘭蓋。
[0008]所述上法蘭蓋上開設有I個加料孔、2個噴槍孔、I個伸縮耙孔及I個尾氣排出孔。
[0009]所述下法蘭蓋上開設有I個升降螺桿孔、I個排液孔及I個水蒸氣與氮氣添加孔。
[0010]所述固定床筒體由不銹鋼管或石英玻璃管制成，多孔圓盤上開設若干直徑為Φ2?4 mm的小孔，絲網采用80?250目的不銹鋼絲網。
[0011]本實用新型的生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，以生物質原料為對象，將生物質中高溫熱解、改性劑溶液浸潰和水蒸氣活化處理進行了一體化集成，在中高溫熱解炭化的基礎上，通過改性劑溶液浸潰和水蒸氣活化的聯合與分離處理過程，分別制得不同種類的生物質碳基吸附劑:生物質熱解焦、生物質浸潰焦和生物質蒸氣活化焦；所述的生物質包括農作物秸桿(如麥桿、稻桿、玉米桿等)、果殼(如花生殼、椰殼等)、樹葉以及木屑等；為實現吸附劑的大規模生產，可將若干套固定床本體裝置組合起來運行，輪流進行熱解、溶液浸潰、水蒸氣活化的操作，以進一步縮短生產周期。
[0012]本實用新型的機理是:生物質熱解過程中揮發分的析出會形成較大的孔隙，通過鹵化鹽(如KCl、KBr或KI)溶液浸潰改性后，能夠顯著增加吸附劑表面的鹵素元素含量，通過水蒸氣活化處理，能夠顯著改善吸附劑的比表面積、微孔結構以及表面含氧官能團，進而提高生物質碳基吸附劑對單質汞(Hg°)的化學吸附和物理吸附能力。
[0013]本實用新型的有益效果是:將生物質熱解、改性劑浸潰以及水蒸氣活化過程進行合理的集成，簡化了吸附劑的制備工藝，實現了吸附劑制備裝置的一體化設計與運行，提高了設備的實用性和經濟性。該裝置充分利用了成熟的固定床熱解炭化和水蒸氣活化技術，優化生物質碳基吸附劑制備裝置的整體性能，克服了生物質碳基吸附劑分段制備過程中存在的熱量消耗大、產率低、周期長以及難以規模化生產等問題，提高了裝置系統的利用效率。本實用新型的裝置能以可再生生物質資源為處理對象，通過熱解、改性劑溶液浸潰和水蒸氣活化處理，使得改性后的生物質熱解焦具有高效脫除燃煤和垃圾焚燒煙氣中單質汞的能力，具有顯著的經濟效益、環境效益和社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置示意圖；
[0015]圖2是固定床本體結構示意圖；
[0016]圖3是上法蘭蓋結構示意圖；
[0017]圖4是下法蘭蓋結構示意圖。
具體實施例
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0019]本實用新型生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置由固定床系統、改性劑溶液供應系統、水蒸氣與氮氣供應系統、加料系統、排液系統以及尾氣凈化系統組成，如圖1所示。
[0020]固定床系統包括高溫電加熱爐1、固定床本體2、智能溫控儀3以及熱電偶4，固定床本體2設置在高溫電加熱爐I內，高溫電加熱爐I上設有熱電偶4，并連接到外部智能溫控儀3;如圖2所示，所述的固定床本體2包括固定床筒體201、上法蘭蓋202、下法蘭蓋203、多孔圓盤204、不銹鋼絲網205和升降螺桿206，所述的固定床筒體201由不銹鋼管或石英管制成，在固定床筒體內部水平設置mm的多孔圓盤204，多孔圓盤204上鋪設多層80^250目的不銹鋼絲網205，用于承托固定床內的生物質/生物質焦，并保證水蒸氣和氮氣的順利流過；多孔圓盤204的底面與升降螺桿206相連，用以調整多孔圓盤204在固定床內的位置；固定床筒體201兩端分別與上法蘭蓋202和下法蘭蓋203相連；如圖3所示，上法蘭蓋202上開設有加料孔2021、霧化噴槍孔2022、伸縮耙孔2023和尾氣流出孔2024 ;如圖4所示，下法蘭蓋上開設有升降螺桿孔2031、排液孔2032以及水蒸氣與氮氣添加孔2033。
[0021]改性劑供應系統包括改性劑溶液槽15、恒流泵16、閥門17、霧化噴槍18以及相應的連接管路，霧化噴槍18在固定床內的插入深度可根據生物質加料量作適當調整，改性劑溶液噴淋時，可根據需要添加一定量的壓縮氮氣輔助霧化，以實現最佳的霧化與噴淋效果。
[0022]水蒸氣與氮氣供應系統包括氮氣瓶7、減壓閥8、質量流量計9、三通閥10、水槽11、恒流泵12、背壓閥13、電加熱器14以及相應的連接管路；生物質熱解炭化時，關閉恒流泵12和電加熱器14，僅供應氮氣；水蒸氣活化時，開啟恒流泵12和電加熱器14，并調節氮氣流量，控制合適的H20(g):N2摩爾比，使得生物質焦在設定氣氛下完成水蒸氣活化。
[0023]生物質加料系統包括給料閥5、加料倉6以及相應連接管路。
[0024]排液系統包括過濾裝置31、凈化液槽32及相應的連接管路。過量的噴淋改性劑溶液流收集于固定床底部，定期經過濾裝置31處理后儲存于凈化液槽32內，凈化液經計量后可返回改性劑溶液槽15繼續使用。
[0025]尾氣凈化系統包括尾氣凈化裝置30以及相應的連接管路。
[0026]本實用新型以固定床本體設備為核心，實際應用時可將多個固定床本體設備進行組合，從而在一套裝置中進行熱解、溶液浸潰、水蒸氣活化等不同的單元操作，以縮短生產周期，實現吸附劑的大規模生產。
[0027]利用上述裝置的制備方法包括如下步驟:
[0028](I)生物質原料經風干、破碎和篩分等預處理制成粒徑小于I mm的生物質顆粒原料，將顆粒原料加入加料倉6 ;關閉恒流泵16和電加熱器14，僅供應氮氣，在N2氣氛下，將固定床本體2升溫至300°C、00°C，然后打開給料閥5，將生物質顆粒原料迅速加入固定床內，熱解10?30 min ；
[0029](2)熱解結束后，關閉智能溫控儀3，持續通入N2,并使用伸縮耙松動生物質熱解焦，使生物質熱解焦冷卻至100°c以下；若取出破碎至0.5mm以下，即制得所需的生物質熱解焦；
[0030](3)冷卻完成后，關閉N2，將改性劑溶液經恒流泵16輸送至霧化噴槍18，在必要時可添加少量壓縮氮氣，以強化霧化效果；在Ih內間斷霧化噴淋到生物質熱解焦表面，同時使用伸縮耙松動生物質熱解焦，使得固定床內的生物質焦得到均勻浸潰；所述的改性劑為KCl、KBr或KI，改性劑的質量濃度為0.5°/Γ5%，每10g生物質熱解焦噴淋的改性劑量為50^100 ml ;噴淋結束后，靜置4?12 h ;若取出烘干(90°C )、破碎至0.5 mm以下，即制得所需的生物質浸潰焦；
[0031](4)將固定床本體2升溫至700°C、00°C，開啟恒流泵16和電加熱器14，對樣品進行水蒸氣活化，并調節氮氣流量，控制H20(g):N2摩爾比為0.5^1.5，水蒸氣活化結束后，關閉水蒸氣供應系統，持續通入N2，將樣品冷卻至室溫后，取出破碎至0.5_以下，即制得所需的生物質蒸氣活化焦；
[0032](5)過量的噴淋改性劑經生物質焦滲濾后收集于固定床本體2的底部，定期經過濾裝置31凈化處理并存入凈化液槽32內，計量后可返回改性劑溶液槽15繼續使用。
[0033]其中，步驟(3)和步驟(4)的實施順序可以互換，以針對不同種類的生物質制得不同的生物質碳基吸附劑。
【權利要求】
1.一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，其特征在于，包括固定床系統、改性劑溶液供應系統、水蒸氣與氮氣供應系統、加料系統、排液系統、尾氣凈化系統以及相應的連接管路； 所述固定床系統用于進行生物質的熱解、改性劑溶液浸潰和水蒸氣活化，包括高溫電加熱爐、固定床本體、智能溫控儀以及熱電偶，固定床本體設置在高溫電加熱爐內； 所述改性劑溶液供應系統包括改性劑溶液槽、恒流泵、閥門和霧化噴槍，改性劑溶液槽、恒流泵和霧化噴槍依次連接，霧化噴槍插入固定床本體內； 所述水蒸氣與氮氣供應系統包括依次連接的氮氣瓶、減壓閥、質量流量計、三通閥、電加熱器、背壓閥、恒流泵和水槽，所述三通閥還連接到固定床本體； 所述生物質加料系統包括加料倉和給料閥，加料倉通過給料閥連接到固定床本體的上部; 所述排液系統包括過濾裝置和凈化液槽，過濾裝置設置在固定床本體的底部，與凈化液槽連接； 所述尾氣凈化系統包括尾氣凈化裝置，尾氣凈化裝置連接到固定床本體的上部。
2.根據權利要求1所述的一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，其特征在于，所述固定床本體包括固定床筒體、上法蘭蓋、下法蘭蓋、多孔圓盤、絲網和升降螺桿，其中，多孔圓盤水平放置在固定床筒體內部，多孔圓盤的上面鋪設多層絲網，多孔圓盤的底面與升降螺桿相連，用以調整多孔圓盤在固定床內的位置；固定床筒體的上、下兩端分別與上法蘭蓋和下法蘭蓋相連；升降螺桿穿過下法蘭蓋。
3.根據權利要求2所述的一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，其特征在于，所述上法蘭蓋上開設有I個加料孔、2個噴槍孔、I個伸縮耙孔及I個尾氣排出孔。
4.根據權利要求2或3所述的一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，其特征在于，所述下法蘭蓋上開設有I個升降螺桿孔、I個排液孔及I個水蒸氣與氮氣添加孔。
5.根據權利要求2所述的一種生物質碳基脫汞吸附劑制備裝置，其特征在于，所述固定床筒體由不銹鋼管或石英玻璃管制成，多孔圓盤上開設若干直徑為mm的小孔，絲網采用80?250目的不銹鋼絲網。
【文檔編號】B01D53/02GK203916678SQ201420350655
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】盧平, 何楠, 布雨薇, 周菲, 李鵬, 王云山, 李靜丹, 張文杰, 劉雙鑫 申請人:南京師范大學