一種生物質制備活性炭的系統及方法

一種生物質制備活性炭的系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種生物質制備活性炭的系統，包括：螺旋進料器(3?1)、下行床快速熱解活化爐(3)、螺旋出料器(3?8)，其中，下行床快速熱解活化爐(3)內部從上至下依次劃分為干燥區、熱解區、過渡區和活化區，其中干燥區、熱解區和活化區分別布置有輻射管(3?4)；下行床快速熱解活化爐(3)包括油氣出口(3?6)和蒸汽進口(3?7)，其中，油氣出口(3?6)位于熱解區和過渡區的交界處，蒸汽進口(3?7)位于活化區的下部。所述系統將經過熱解的高溫生物炭無需冷卻直接用于活化反應，制得活性炭，節能效果較佳，同時經過快速熱解得到的生物炭反應活性較高。
【專利說明】
一種生物質制備活性炭的系統及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及化工領域，具體涉及一種生物質制備活性炭的系統及方法。
【背景技術】
[0002] 煤炭、石油等不可再生的化石能源的過度開采和利用，使得地球上的環境問題越 來越嚴峻，尋找一種清潔型的替代能源的任務也已經迫在眉睫。生物質資源是地球上第四 大資源，其儲量僅次于煤炭、石油和天然氣，同時也是儲量第一的清潔型可再生能源，是最 適合的化石能源替代能源之一。然而生物質資源的利用效率并不高，大多數農業廢棄物直 接農田焚燒，不僅造成環境污染，還造成能源浪費。因此，高效利用生物質資源不僅能夠緩 解能源緊缺和環境污染問題，還能變廢為寶帶來經濟效益。
[0003] 通過熱解活化的方法將生物質制備成活性炭、生物油和熱解氣是生物質最有效的 利用途徑之一。生物質制備活性炭主要分為物理法和化學法;化學法制備生物炭需要進行 脫酸或脫鹽反應，產生大量的廢水，造成污染環境;而物理活化則存在耗時長、耗能高的弊 端。

【發明內容】

[0004] 為了解決上述問題，本發明提供一種生物質制備活性炭的系統及方法，將熱解、活 化反應設計為在同一反應爐內進行，將經過熱解的高溫生物炭無需冷卻直接用于活化反 應，節能效果較佳;同時經過快速熱解得到的生物炭反應活性較高，直接進行活化反應的效 率較高。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：
[0006] -種生物質制備活性炭的系統，包括:螺旋進料器3-1、下行床快速熱解活化爐3、 螺旋出料器3-8，其中，螺旋進料器3-1與下行床快速熱解活化爐3的進料口相連通，螺旋出 料器3-8與下行床快速熱解活化爐3的出料口相連通，其特征在于:下行床快速熱解活化爐3 內部從上至下依次劃分為干燥區、熱解區、過渡區和活化區，其中干燥區、熱解區和活化區 分別布置有輻射管;下行床快速熱解活化爐3包括油氣出口 3-6和蒸汽進口 3-7，其中，油氣 出口 3-6位于熱解區和過渡區的交界處，蒸汽進口 3-7位于活化區的下部。
[0007] 進一步地，生物質制備活性炭的系統還包括：回轉窯干燥器1、料倉2,所述回轉窯 干燥器1與料倉2相連，料倉2與螺旋進料器3-1相連;第一換熱器4、凈化系統5、生物油油罐 6、氣柜7,其中，第一換熱器4分別與油氣出口3-6和凈化系統5相連，凈化系統5分別與生物 油油罐6和氣柜7相連;第二換熱器9、第三換熱器10、炭倉11，其中，第二換熱器9、第三換熱 器10、炭倉11依次相連，第二換熱器9與螺旋出料器3-8相連;蒸汽發生器8,蒸汽發生器8與 蒸汽進口 3-7相連。
[0008] 進一步地，下行床快速熱解活化爐3內還包括錐形分料器3-2,錐形分料器3-2位于 下行床快速熱解活化爐3的干燥區的頂部，且在下行床快速熱解活化爐3的物料進口的正下 方。
[0009] 進一步地，下行床快速熱解活化爐3還包括:燃氣進口 3-3、煙氣出口 3-5，其中，燃 氣進口 3-3是輻射管的燃氣進口，煙氣出口 3-5是輻射管的煙氣出口。
[0010] 進一步地，氣柜7分別與燃氣進口 3-3和蒸汽發生器8相連;煙氣出口 3-5、第三換熱 器10和回轉窯干燥器1依次相連;軟水供應管依次通過第二換熱器9、第一換熱器4與蒸汽發 生器8相連。
[0011]優選地，過渡區的高度占下行床快速熱解活化爐總高度的1 /10-1 /5。
[0012] 采用以上所述的生物質制備活性炭的系統制備活性炭的方法，其特征在于:包括 如下步驟：
[0013] 步驟1、生物質由回轉窯干燥器1進行預熱干燥處理；
[0014] 步驟2、干燥處理后的生物質輸送至料倉2;
[0015]步驟3、料倉2中的生物質由螺旋進料器3-1輸送進入到下行床快速熱解活化爐3的 物料進口處；
[0016] 步驟4、生物質依靠自身重力經錐形分料器3-2、輻射管3-4均勻布料；
[0017] 步驟5、通過燃氣進口 3-3向下行床快速熱解活化爐3的輻射管3-4通入燃氣；
[0018] 步驟6、生物質經過干燥區進行干燥處理；
[0019]步驟7、干燥區處理后的生物質進入熱解區進行熱解反應制得生物炭和熱解油氣；
[0020] 步驟8、蒸汽發生器8生成蒸汽經下行床快速熱解活化爐3的蒸汽進口 3-7進入活化 區；
[0021] 步驟9、經步驟7得到的生物炭進入活化區，經由蒸汽活化；
[0022] 步驟10、活化后的生物炭形成活性炭，經由螺旋出料器3-8排出；
[0023]步驟11、排出的活性炭經第二換熱器9和第三換熱器10換熱處理，存入炭倉11; [0024]步驟12、步驟7制得的熱解油氣經油氣出口 3-6排出，經一號換熱器4換熱后，進入 凈化系統5;生物油存入生物油油罐6，熱解氣存入氣柜7。
[0025]優選地，氣柜7中的熱解氣一部分通過燃氣進口 3-3用于輻射管3-4供熱，氣柜7中 的熱解氣一部分為蒸汽發生器8提供能量生產蒸汽。
[0026]優選地，從煙氣出口 3-5排出的煙氣經第三換熱器10換熱處理，輸送至回轉窯干燥 器1用于對生物質進行預熱干燥。
[0027]優選地，通過軟水供應管供應的軟水分別經第二換熱器9、第一換熱器4處理，輸送 至蒸汽發生器8。
[0028] 優選地，干燥區溫度400~600 °C，熱解區溫度550~650 °C，活化區溫度700~900 Γ。
[0029] 本發明的有益效果是，生物質制備活性炭的熱解、活化反應于同一反應器內進行， 經熱解后的生物炭直接用于活化，效率高;原料干燥為煙氣換熱提供，活性炭與高溫熱解油 氣所含顯熱均予換熱回收，能源利用率高;反應熱解油、活性炭產率較高，同時活性炭碘吸 附值和亞甲基藍吸附值較高，活性炭性質較佳。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明的一種生物質制備活性炭的系統結構及流程示意圖。
[0031 ]圖2是本發明的一種生物質制備活性炭的系統的下行床快速熱解活化爐的結構示 意圖。
[0032]其中，1、回轉窯干燥器，2、料倉，3、下行床快速熱解活化爐，3-1、螺旋進料器，3-2、 錐形分料器，3-3、燃氣進口，3-4、輻射管，3-5、煙氣出口，3-6、油氣出口，3-7、蒸汽進口，3- 8，螺旋出料器，4、一號換熱器，5、凈化系統，6、生物油油罐，7、氣柜，8、蒸汽發生器，9、二號 換熱器，10、三號換熱器，11、炭倉。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0034] 參照圖1和圖2。本發明提供了一種生物質制備活性炭的系統，包括:螺旋進料器3- 1、下行床快速熱解活化爐3、螺旋出料器3-8,其中，螺旋進料器3-1與下行床快速熱解活化 爐3的進料口相連通，螺旋出料器3-8與下行床快速熱解活化爐3的出料口相連通。下行床快 速熱解活化爐3內部從上至下依次劃分為干燥區、熱解區、過渡區和活化區，其中，干燥區、 熱解區和活化區分別布置有輻射管;下行床快速熱解活化爐3包括油氣出口 3-6和蒸汽進口 3-7,其中，油氣出口 3-6位于熱解區和過渡區的交界處，用于排出熱解油氣和活化產生的氣 體;蒸汽進口 3-7位于活化區的下部。
[0035] 所述生物質制備活性炭的系統還包括：回轉窯干燥器1、料倉2,所述回轉窯干燥器 1與料倉2相連，料倉2與螺旋進料器3-1相連;第一換熱器4、凈化系統5、生物油油罐6、氣柜 7,其中，第一換熱器4分別與油氣出口3-6和凈化系統5相連，凈化系統5分別與生物油油罐 6、氣柜7相連;第二換熱器9、第三換熱器10、炭倉11，其中，第二換熱器9與螺旋出料器3-8相 連，第二換熱器9、第三換熱器10、炭倉11依次相連;蒸汽發生器8，蒸汽發生器8與蒸汽進口 3-7相連。
[0036] 進一步地，下行床快速熱解活化爐3內還包括錐形分料器3-2,錐形分料器3-2位于 下行床快速熱解活化爐3的干燥區的頂部，且在下行床快速熱解活化爐3的物料進口的正下 方。
[0037] 進一步地，下行床快速熱解活化爐3還包括:燃氣進口 3-3、煙氣出口 3-5，其中，燃 氣進口 3-3是輻射管的燃氣進口，煙氣出口 3-5是輻射管的煙氣出口。
[0038] 進一步地，氣柜7分別與燃氣進口 3-3和蒸汽發生器8相連。煙氣出口 3-5、第三換熱 器10和回轉窯干燥器1依次相連。軟水供應管依次通過第二換熱器9、第一換熱器4與蒸汽發 生器8相連。
[0039] 過渡區的高度占熱解活化爐總高度的1/10-1/5。
[0040] 過渡區的功能是將熱解區和活化區隔開;油氣出口 3-6位于熱解區和過渡區的交 界處，用于排出熱解油氣和活化產生的氣體。
[0041] 在工作狀態下，物料經過干燥區和熱解區之后，適度堆積在活化區，以允許物料進 行活化反應，堆積的高度需要低于油氣出口的位置。熱解產生的熱解油氣和活化產生的氣 體都通過油氣出口排出熱解活化爐，優選將排出的氣體送往輻射管的燃氣入口，作為燃料 供輻射管燃燒。
[0042] 經活化的物料形成活性炭，作為最終產品。
[0043] 采用以上所述的生物質制備活性炭的系統制備活性炭方法，包括如下步驟：
[0044] 步驟1、生物質由回轉窯干燥器1進行預熱干燥處理；
[0045] 步驟2、干燥處理后的生物質輸送至料倉2;
[0046] 步驟3、料倉2中的生物質由螺旋進料器3-1輸送進入到下行床快速熱解活化爐3的 物料進口處；
[0047] 步驟4、生物質依靠自身重力經錐形分料器3-2、輻射管3-4均勻布料；
[0048] 步驟5、通過燃氣進口 3-3向下行床快速熱解活化爐3的輻射管3-4通入燃氣；
[0049] 步驟6、生物質經過干燥區進行干燥處理；
[0050] 步驟7、干燥區處理后的生物質進入熱解區進行熱解反應制得生物炭和熱解油氣；
[0051] 步驟8、蒸汽發生器8生成蒸汽經下行床快速熱解活化爐3的蒸汽進口 3-7進入活化 區；
[0052] 步驟9、經步驟7得到的生物炭進入活化區，經由蒸汽活化；
[0053]步驟10、活化后的生物炭經由螺旋出料器3-8排出；
[0054]步驟11、排出的活性炭經二號換熱器9和三號換熱器10換熱處理，存入炭倉11; [0055]步驟12、步驟7制得的熱解油氣經油氣出口 3-6排出，經一號換熱器4換熱后，進入 凈化系統5;生物油存入生物油油罐6，熱解氣存入氣柜7。
[0056]氣柜7中的熱解氣一部分通過燃氣進口 3-3用于輻射管3-4供熱，氣柜7中的熱解氣 一部分為蒸汽發生器8提供能量生產蒸汽。
[0057] 從煙氣出口 3-5排出的煙氣經三號換熱器10換熱處理，輸送至回轉窯干燥器1用于 對生物質進行預熱干燥。
[0058]通過軟水供應管供應的軟水分別經第二換熱器9、第一換熱器4處理，輸送至蒸汽 發生器8。
[0059] 干燥區溫度400~600°C，熱解區溫度550~650°C，活化區溫度700~900°C。
[0060] 所述的生物質原料粒徑范圍0.1~10mm。
[0061 ] 實施例
[0062] 本實施例的工作流程為：松木肩（粒徑< 6 mm)經回轉窯干燥器1干燥后，含水率 8%，溫度70°C ;輸送至料倉2,經由螺旋進料器3-1進入到下行床快速熱解活化爐3中，依靠 自身重力經錐形分料器3-2、輻射管3-4布料，依次經過干燥區（400°C )、熱解區（600°C )，同 時發生快速熱解反應，反應后的生物炭經過渡區進入到活化區（900 °C)，經由蒸汽活化(600 °C )，活化后的高溫活性炭(650°C )由螺旋出料器3-8排出，經第二換熱器9和第三換熱器10 換熱處理，存入炭倉11;高溫熱解油氣（550 °C)由油氣出口 3-6排出，經第一換熱器4換熱處 理后進入到凈化系統5,生物油送入生物油油罐6儲存，熱解氣一部分用于輻射管3-4供熱， 另一部分為蒸汽發生器8提供能量，生產蒸汽。
[0063] 對產物進行測量分析，結果見下表：
[0064] 表1產物分布
[0065]
[0066] 表2活性炭碘吸附值和亞甲基藍吸附值
[0067]
Ws]~以上通過實施例對本發明進行?詳細說明，應當理解的是，本領域的技術人員完1全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多種形式的變更以及修改。本發明的技 術性范圍并不局限于以上描述的內容，必須根據權利要求范圍來確定其保護范圍。
【主權項】
1. 一種生物質制備活性炭的系統，包括：螺旋進料器（3-1)、下行床快速熱解活化爐 (3)、螺旋出料器(3-8)，其中，螺旋進料器(3-1)與下行床快速熱解活化爐(3)的進料口相連 通，螺旋出料器(3-8)與下行床快速熱解活化爐(3)的出料口相連通，其特征在于:下行床快 速熱解活化爐(3)內部從上至下依次劃分為干燥區、熱解區、過渡區和活化區，其中干燥區、 熱解區和活化區分別布置有輻射管(3-4);下行床快速熱解活化爐（3)包括油氣出口（3-6) 和蒸汽進口（3-7)，其中，油氣出口（3-6)位于熱解區和過渡區的交界處，蒸汽進口（3-7)位 于活化區的下部。2. 根據權利要求1所述的生物質制備活性炭的系統，其特征在于:還包括：回轉窯干燥 器（1)、料倉(2)，所述回轉窯干燥器（1)與料倉(2)相連，料倉(2)與螺旋進料器(3-1)相連； 第一換熱器(4)、凈化系統(5)、生物油油罐(6)、氣柜(7)，其中，第一換熱器(4)分別與油氣 出口（3-6)和凈化系統(5)相連，凈化系統(5)分別與生物油油罐(6)、氣柜(7)相連;第二換 熱器(9)、第三換熱器（10)、炭倉（11)，其中，第二換熱器(9)、第三換熱器（10)、炭倉（11)依 次相連，第二換熱器(9)與螺旋出料器(3-8)相連;蒸汽發生器(8)，蒸汽發生器(8)與蒸汽進 口（3-7)相連。3. 根據權利要求書1或2所述的生物質制備活性炭的系統，其特征在于：下行床快速熱 解活化爐(3)內還包括錐形分料器(3-2)，錐形分料器(3-2)位于下行床快速熱解活化爐（3) 的干燥區的頂部，且在下行床快速熱解活化爐(3)的物料進口的正下方。4. 根據權利要求書2所述的生物質制備活性炭的系統，其特征在于:下行床快速熱解活 化爐(3)還包括:燃氣進口（3-3)、煙氣出口（3-5)，其中，燃氣進口（3-3)是輻射管(3-4)的燃 氣進口，煙氣出口（3-5)是輻射管(3-4)的煙氣出口。5. 根據權利要求書4所述的生物質制備活性炭的系統，其特征在于:氣柜(7)分別與燃 氣進口（3-3)和蒸汽發生器(8)相連;煙氣出口（3-5)、第三換熱器（10)和回轉窯干燥器（1) 依次相連;軟水供應管依次通過第二換熱器(9)、第一換熱器(4)與蒸汽發生器(8)相連。6. 根據權利要求1所述的生物質制備活性炭的系統，其特征在于:過渡區的高度占熱解 活化爐總高度的1/10-1/5。7. 采用權利要1至6中任一項所述的生物質制備活性炭的系統制備活性炭的方法，其特 征在于:包括如下步驟： 步驟1、生物質由回轉窯干燥器（1)進行預熱干燥處理； 步驟2、干燥處理后的生物質輸送至料倉(2); 步驟3、料倉(2)中的生物質由螺旋進料器(3-1)輸送進入到下行床快速熱解活化爐(3) 的物料進口處； 步驟4、生物質依靠自身重力經錐形分料器(3-2)、輻射管(3-4)均勻布料； 步驟5、通過燃氣進口（ 3-3)向下行床快速熱解活化爐(3)的輻射管(3-4)通入燃氣； 步驟6、生物質經過干燥區進行干燥處理； 步驟7、干燥區處理后的生物質進入熱解區進行熱解反應制得生物炭和熱解油氣； 步驟8、蒸汽發生器(8)生成蒸汽經下行床快速熱解活化爐（3)的蒸汽進口（3-7)進入活 化區； 步驟9、經步驟7得到的生物炭進入活化區，經由蒸汽活化； 步驟10、活化后的生物炭經由螺旋出料器(3-8)排出； 步驟11、排出的活性炭經第二換熱器(9)和第三換熱器（10)換熱處理，存入炭倉（11); 步驟12、步驟7制得的熱解油氣經油氣出口（3-6)排出，經第一換熱器(4)換熱后，進入 凈化系統(5);生物油存入生物油油罐(6)，熱解氣存入氣柜(7)。8. 根據權利要求7所述的制備活性炭的方法，其中，氣柜（7)中的熱解氣一部分通過燃 氣進口（3-3)用于輻射管(3-4)供熱，氣柜(7)中的熱解氣一部分為蒸汽發生器(8)提供能量 生產蒸汽。9. 根據權利要求7所述的制備活性炭的方法，其中，從煙氣出口（3-5)排出的煙氣經第 三換熱器(10)換熱處理，輸送至回轉窯干燥器(1)用于對生物質進行預熱干燥。10. 根據權利要求7所述的制備活性炭的方法，其中，通過軟水供應管供應的軟水分別 經第二換熱器(9)、第一換熱器(4)處理，輸送至蒸汽發生器(8)。11. 根據權利要求7所述的制備活性炭的方法，其特征在于:干燥區溫度400~600°C，熱 解區溫度550~650°C，活化區溫度700~900°C。
【文檔編號】C10B53/02GK105838400SQ201610355809
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】趙延兵, 陳水渺, 姜朝興, 薛遜, 吳道洪
【申請人】北京神霧環境能源科技集團股份有限公司