本發(fā)明屬于活性炭制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱解爐和多段爐制備活性炭的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料?；钚蕴坎牧现杏写罅咳庋劭床灰姷奈⒖??；钚蕴恐饕糜诔ニ械奈廴疚铩⒚撋?、過濾凈化液體、氣體，還用于對(duì)空氣的凈化處理、廢氣回收(如在化工行業(yè)里對(duì)氣體“苯”的回收)、貴重金屬的回收及提煉(比如對(duì)黃金的吸收)，室內(nèi)空氣中散發(fā)的污染氣體甲醛、苯、氨、甲苯等揮發(fā)氣體吸附作用較好。熱解污泥產(chǎn)生的熱解炭具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和加多的表面負(fù)電荷，但是與活性炭的吸附能力相比差距甚遠(yuǎn)，作為活性炭使用，需要進(jìn)一步活化。

含碳物質(zhì)包括生物質(zhì)、垃圾、廢舊輪胎、廢舊有機(jī)物、有機(jī)污泥等，在現(xiàn)實(shí)生活中大部分上述含碳物質(zhì)被丟棄，造成環(huán)境污染。然而，含碳的物質(zhì)在幾百攝氏度的溫度下經(jīng)過炭化，再活化可制備活性炭。

目前制備活性炭的系統(tǒng)存在制備活性炭前段熱解過程管道堵塞、粉塵重等問題，還存在制備活性炭裝置能耗高、熱量損失嚴(yán)重、制備活性炭品質(zhì)差的問題，且在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種將熱解爐和多段爐聯(lián)合制備活性炭的系統(tǒng)及方法，在物料熱解過程中沒有管道堵塞、粉塵重的問題，也不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，系統(tǒng)能耗小。

本發(fā)明的目的之一是提供一種熱解爐和多段爐制備活性炭的系統(tǒng)，包括：預(yù)處理裝置、熱解爐、多段爐和緩沖罐；

所述預(yù)處理裝置包括物料入口和熱解原料出口；

所述熱解爐包括熱解原料入口、殘?zhí)砍隹凇峤鈿獬隹?、燃燒器和可旋轉(zhuǎn)的盛放盤，所述燃燒器包括燃?xì)馊肟诤蜔煔獬隹?，所述燃燒器位于所述熱解爐的上部，所述盛放盤位于所述熱解爐的底部；

所述多段爐包括殘?zhí)咳肟?、氣體入口和活性炭出口；

所述緩沖罐包括氣體入口和氣體出口；

所述預(yù)處理裝置的熱解原料出口連接所述熱解爐的熱解原料入口，所述熱解爐的殘?zhí)砍隹谶B接所述多段爐的殘?zhí)咳肟?，所述熱解爐的熱解氣出口連接所述緩沖罐的氣體入口，所述緩沖罐的氣體出口連接所述燃燒器的燃?xì)馊肟凇?/p>

緩沖罐用于儲(chǔ)存熱解爐產(chǎn)生的熱解氣。緩沖罐采用保溫材料制成，具有保溫功能，保證熱解氣不會(huì)液化，確保熱解氣進(jìn)入燃燒器燃燒時(shí)為氣態(tài)混合物，從而實(shí)現(xiàn)燃燒穩(wěn)定性，不出現(xiàn)斷氣現(xiàn)象。

將熱解爐產(chǎn)生的熱解氣完全燃燒，大幅提高了系統(tǒng)的能源自給能力。

優(yōu)選的，所述預(yù)處理裝置包括篩選機(jī)、磁選機(jī)和破碎機(jī)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括凈化分離器，所述凈化分離器包括煙氣入口和二氧化碳出口；所述燃燒器的煙氣出口連接所述凈化分離器的煙氣入口，所述凈化分離器的二氧化碳出口連接所述多段爐的氣體入口。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括加熱器，所述加熱器包括氣體入口和氣體出口，所述凈化分離器的二氧化碳出口連接所述加熱器的氣體入口，所述加熱器的氣體出口連接所述多段爐的氣體入口。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述的系統(tǒng)制備活性炭的方法，包括以下步驟：

A、將物料進(jìn)行預(yù)處理，獲得熱解原料；

B、將所述熱解原料送入所述熱解爐進(jìn)行熱解處理，獲得殘?zhí)亢蜔峤鈿猓?/p>

C、將所述殘?zhí)克腿胨龆喽螤t進(jìn)行活化，獲得活性炭；

D、將所述熱解氣送入所述緩沖罐保溫，將保溫后的熱解氣送入所述熱解爐的燃燒器燃燒。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述步驟A中的預(yù)處理包括：對(duì)物料進(jìn)行篩選，獲得有機(jī)物原料。

優(yōu)選的，所述步驟A中的預(yù)處理包括：對(duì)物料進(jìn)行磁選，磁選出物料中的金屬。

進(jìn)一步的，所述步驟A中的預(yù)處理包括：對(duì)物料進(jìn)行破碎，獲得熱解原料。

優(yōu)選的，本發(fā)明的方法還包括步驟：將燃燒器產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行凈化，獲得二氧化碳，將所述二氧化碳作為活化劑通入所述多段爐。

優(yōu)選的，本發(fā)明的方法還包括步驟：將凈化得到的二氧化碳送入加熱器進(jìn)行加熱，將加熱后的二氧化碳送入所述多段爐。

本發(fā)明熱解爐和多段爐制備活性炭的系統(tǒng)及方法，解決了制備活性炭前段熱解過程中管道堵塞、粉塵重、熱解效果差的問題；解決了制備活性炭裝置能耗高、熱量損失嚴(yán)重、制備活性炭品質(zhì)差的問題；整個(gè)工藝簡單，易操作，能夠確保操作的穩(wěn)定性；將熱解產(chǎn)生的熱解氣作為燃料供給燃燒器，實(shí)現(xiàn)熱量自供。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；

圖2是發(fā)明實(shí)施例制備活性炭方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過采用內(nèi)部設(shè)置蓄熱式輻射管的物料熱解爐與現(xiàn)有的多段爐直接進(jìn)行聯(lián)用制備活性炭，而無需對(duì)現(xiàn)有的多段爐進(jìn)行改造，即可將物料熱解爐中產(chǎn)生的熱的殘?zhí)克椭炼喽螤t進(jìn)行活化產(chǎn)生活性炭。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱解爐和多段爐制備活性炭的系統(tǒng)，包括：預(yù)處理裝置100、熱解爐200、緩沖罐300、凈化分離器400、加熱器500和多段爐600。

預(yù)處理裝置100用于對(duì)送入的物料進(jìn)行預(yù)處理，以獲得滿足熱解所需的熱解原料。預(yù)處理裝置100包括物料入口101和熱解原料出口102。

預(yù)處理裝置100可包括：篩選機(jī)、磁選機(jī)和破碎機(jī)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。篩選機(jī)對(duì)物料進(jìn)行篩選，可以得到含有大量有機(jī)物的原料。磁選機(jī)用于磁選篩選后剩下有機(jī)物中的金屬。破碎機(jī)用于將磁選后的有機(jī)物破碎成片狀、塊狀和或粉狀的熱解原料。根據(jù)物料的不同，預(yù)處理裝置可以選擇篩選機(jī)、磁選機(jī)和破碎機(jī)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。

熱解爐200包括熱解原料入口201、殘?zhí)砍隹?02、熱解油氣出口203、燃燒器204和可旋轉(zhuǎn)的盛放盤205。預(yù)處理裝置的熱解原料出口102連接熱解爐的熱解原料入口201。熱解原料入口201設(shè)置在熱解爐200的頂部。

較傳統(tǒng)的使用氣體熱載體或固體熱載體作為熱解熱源的熱解反應(yīng)裝置相比，本發(fā)明實(shí)施例的熱解爐不需要設(shè)置預(yù)熱單元和載體分離單元，可以極大簡化熱解和活化反應(yīng)工藝流程，從而顯著降低裝置的故障率。

多個(gè)熱解油氣出口203設(shè)置在熱解爐200的頂部。根據(jù)熱解油氣的產(chǎn)量可以單獨(dú)開啟某個(gè)或多個(gè)熱解油氣出口，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)油氣過程中熱解爐爐膛壓力的穩(wěn)定。整個(gè)熱解爐采用水封，熱解爐熱解原料入口采用兩級(jí)星型閥密封，確保整個(gè)爐膛內(nèi)物料在無氧氣氛下進(jìn)行熱解，同時(shí)使得熱解氣在整個(gè)爐膛內(nèi)的停留時(shí)間超過3s，避免產(chǎn)生二噁英類物質(zhì)。

燃燒器204包括燃?xì)馊肟?06和煙氣出口207。燃燒器204位于熱解爐200的上部，以便對(duì)熱解原料進(jìn)行加熱。熱解油氣出口203豎直方向上位于燃燒器204的上方。燃燒器204包括多個(gè)平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管。每個(gè)蓄熱式輻射管內(nèi)部燃燒氣氛與所述熱解爐爐膛內(nèi)的熱解氣氛完全隔開，確保了熱解油氣具有較高的熱值，同時(shí)有效抑制了有毒有害氣體的產(chǎn)生。

由于熱解爐200中采用蓄熱式輻射管為熱解過程提供熱源，可以通過調(diào)整通入蓄熱式輻射管的燃?xì)獾牧髁縼韺?shí)現(xiàn)對(duì)熱解過程的精確控溫，并且該蓄熱式輻射管可以通過在兩端實(shí)現(xiàn)快速換向和蓄熱式燃燒，保證熱解爐中溫度場的均勻性，從而可以顯著提高熱解效率。

盛放盤205位于熱解爐200的底部。盛放盤205用于盛放熱解原料，旋轉(zhuǎn)的盛放盤可保證熱解原料的均勻受熱。熱解原料在熱解過程中，相對(duì)盛放盤靜止不動(dòng)，避免飛灰的產(chǎn)生。

緩沖罐300包括氣體入口301和氣體出口302，熱解爐熱解氣出口203連接緩沖罐氣體入口301，緩沖罐氣體出口302連接燃燒器燃?xì)馊肟?06。在熱解氣進(jìn)入燃燒器前端設(shè)置有緩沖罐300，用于緩存部分熱解氣，滿足在突然停爐的條件下也能滿足輻射管不間斷燃燒。熱解過程中，物料相對(duì)盛放盤靜止不動(dòng)，避免飛灰的產(chǎn)生，再加上緩沖罐的設(shè)置，可避免熱解氣進(jìn)入燃燒器過程中會(huì)帶入灰渣問題，因此混合熱解氣可直接送至熱解器中燃燒。

凈化分離器400包括煙氣入口401和二氧化碳出口402，燃燒器的煙氣出口207連接凈化分離器煙氣入口401。凈化分離器400包括凈化裝置和分離裝置，可將煙氣中的二氧化碳分離出來用于活化反應(yīng)。

加熱器500包括氣體入口501和氣體出口502，凈化分離器二氧化碳出口402連接加熱器氣體入口501。加熱器500用于氣體的預(yù)熱，使氣體達(dá)到多段爐活化所需反應(yīng)溫度。從而大大提高熱利用率，從而降低能耗。

多段爐600包括殘?zhí)咳肟?01、氣體入口602和活性炭出口603。熱解爐殘?zhí)砍隹?02連接多段爐殘?zhí)咳肟?01，加熱器氣體出口502連接多段爐氣體入口602。多段爐600可將殘?zhí)窟M(jìn)行活化處理，從而獲得活性炭。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將熱解爐中產(chǎn)生的熱的殘?zhí)恐苯訜崴椭炼喽螤t頂部與活化劑逆流接觸反應(yīng)，不僅能夠確保多段爐直接制備活性炭，而且可以顯著提高能量利用率，并且有利于該制備活性炭系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用上述的系統(tǒng)制備活性炭的方法，包括以下步驟：

1、預(yù)處理：將物料經(jīng)過預(yù)處理后得到熱解原料。

上述預(yù)處理包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng)：

a)將物料送至所述篩選機(jī)，得到含有大量有機(jī)物的原料；

b)將篩選后的含有大量有機(jī)物的原料送入磁選機(jī)中，篩選有機(jī)物中的金屬；

c)將磁選后的含有大量有機(jī)物的原料送入破碎機(jī)中，可將磁選后的有機(jī)物破碎成粒徑2～50mm片狀、塊狀或粉狀的可滿足熱解要求的原料。

2、裝入原料：將熱解原料送入熱解爐中，熱解原料均勻布料在盛放盤上，料層厚度為50-300mm。

3、置換及氣密性檢測(cè)：確保整個(gè)制備活性炭系統(tǒng)內(nèi)部閥門開啟，各個(gè)設(shè)備相通，向系統(tǒng)一端通入一定量氮?dú)饣蛩魵?，將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行置換，排掉系統(tǒng)內(nèi)空氣，關(guān)上放氣閥，確保整個(gè)系統(tǒng)的氣密性良好。

4、熱解：將熱解原料在熱解爐進(jìn)行熱解處理，獲得殘?zhí)亢蜔峤鈿狻?/p>

5、儲(chǔ)存保溫：將熱解氣通過緩沖罐進(jìn)入熱解爐的燃燒器燃燒，部分多余熱解氣儲(chǔ)存在緩沖罐，以備后用。

6、凈化分離：將熱解爐燃燒器產(chǎn)生的煙氣送入凈化分離器，先對(duì)煙氣進(jìn)行凈化，對(duì)凈化后的煙氣進(jìn)行二氧化碳和其他氣體(主要含氮?dú)?的分離，得到純度在95％以上的二氧化碳?xì)怏w；將得到的其他氣體(主要含氮?dú)?送入儲(chǔ)氣罐備用，既可作為惰性氣體用于各密封段進(jìn)行氣封隔離，又可作為爐膛和管道吹掃用置換氣。

7、氣體加熱：將分離得到的二氧化碳?xì)怏w通入加熱器中，將二氧化碳?xì)怏w溫度提高到600～950℃，達(dá)到多段爐活化反應(yīng)所需的溫度。

8、制備活性炭：將殘?zhí)亢图訜岷蟮亩趸妓腿攵喽螤t，對(duì)殘?zhí)窟M(jìn)行活化，獲得活性炭。

實(shí)施例1

以生活垃圾為原料，利用生活垃圾制備活性炭的方法步驟如下：

(1)將10噸生活垃圾進(jìn)行篩選、磁選和破碎處理，獲得粒徑30mm以下有機(jī)物；

(2)將破碎的生活垃圾送入熱解爐進(jìn)行熱解，物料均勻布料在布料板上，料層厚度為120mm；熱解得到殘?zhí)繙囟?00℃，熱解氣溫度為600℃，產(chǎn)生的殘?zhí)克腿攵喽螤t；

(3)將熱解產(chǎn)生的中高溫?zé)峤鈿馑腿刖彌_罐儲(chǔ)存保溫，保溫后的熱解氣送入燃燒器中進(jìn)行燃燒，燃燒器采用蓄熱式燃燒器；

(4)將燃燒器燃燒的煙氣送入凈化分離器中，對(duì)煙氣進(jìn)行脫硝和脫硫，凈化后的煙氣送入分離裝置進(jìn)行二氧化碳和其他氣體(主要含氮?dú)?的分離，得到純度在99％左右的二氧化碳?xì)饣?/p>

(5)將分離得到的二氧化碳?xì)怏w通入加熱器中預(yù)熱，預(yù)熱后的二氧化碳?xì)怏w溫度為800℃左右，送入多段爐中。

(6)將在步驟(5)中獲得的二氧化碳與步驟(2)獲得的殘?zhí)吭诙喽螤t逆向接觸反應(yīng)制得活性炭，多段爐反應(yīng)溫度控制在880℃左右；

本發(fā)明所述工藝方法可長期平穩(wěn)操作，所得到的上述生活垃圾制得活性炭產(chǎn)物的產(chǎn)率和主要性質(zhì)見表1。

表1

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。