利用废旧轮胎制备活性炭的系统和方法与流程

本发明属于热解气化技术生产活性炭的技术领域范围，具体而言，本发明涉及一种制备活性炭的系统和方法，特别是一种适合以废旧轮胎为原料，通过热解气化制备活性炭的系统和方法。

背景技术：

废旧轮胎难以生物降解，长期露天存放，不仅占用大量土地，而且会产生有毒有害气体，严重污染环境。目前，废旧轮胎综合利用途径主要包括翻新、再生胶、胶粉、热能利用和热解等，其中热解法以其较高的资源回收率和较低的二次污染而引起广泛关注。若将废旧轮胎为原料，经碳化之后可以生产出油、气和固体碳，部分替代煤、油、天然气等资源。但是，为了确保经济效益，仍然需要开发出对废旧轮胎热解相合适的工艺路线。

然而，含碳的物质在几百摄氏度的温度下经过炭化，再活化可制备活性炭。目前活性炭的生产工艺、生产设备还很落后，目前国内大部分煤质活性炭企业的生产工艺比较落后，主要通过单种煤来进行生产，产品质量对原料煤依靠严重。生产设备的生产能力普遍较小，自动化程度较低，不利于大规模、连续化生产。同时，由于活性炭生产对原料要求比较高，目前只有少数煤种能完全满足生产要求。

因此，有必要对活性炭的生产工艺进行研究，解决其对原料要求高、生产率低，生产成本高的问题，尤其是适合以废旧轮胎为原料制备活性炭。

技术实现要素：

为解决上述活性炭的生产工艺、生产设备落后的问题，同时提高活性炭的生产效率，降低生产成本，本发明提供一种适合以废旧轮胎为原料，通过热解气化制备活性炭的系统和方法。

本发明提供了一种利用废旧轮胎制备活性炭的系统，所述系统包括：

热解炉，其包括进料口、多个热解油气出口、固料出口、反应室和设在所述反应室底部的可旋转盛放盘，所述热解炉用于热解废旧轮胎原料，生成残炭；

燃烧器，其位于所述反应腔室的上部和/或下部，所述燃烧器具有燃气入口和燃烧烟气出口，所述燃烧器用于对所述废旧轮胎进行加热，产生燃烧烟气；

磁选分离器，其具有固料入口和热解炭出口，所述固料入口与所述热解炉的固料出口相连，所述磁选分离器用于分离金属和非金属，得到热解炭；

二氧化碳分离装置，其具有燃烧烟气入口和二氧化碳出口，所述烟气入口与所述燃烧器的燃烧烟气出口连接，所述二氧化碳分离装置用于对所述燃烧烟气进行二氧化碳分离处理，得到二氧化碳；

流化床，其具有热解炭入口、活化剂入口、废气出口和活性炭出口，所述热解炭入口与所述磁选分离器的热解炭出口连接，所述活化剂入口与所述二氧化碳分离装置的二氧化碳出口相连，所述流化床用于对所述热解炭进行活化，生成活性炭。

进一步地，所述系统还包括冷却净化装置，其具有热解油气入口、热解气出口，其中，

所述热解油气入口与所述热解炉的热解油气出口相连，所述热解气出口与所述燃烧器的燃气入口相连，所述冷却净化装置用于冷却、净化、分离热解油气，得到热解气，并将所述热解气通入所述燃烧器内进行燃烧。

进一步地，所述系统还包括加热器，其具有二氧化碳入口和活化剂出口，所述二氧化碳入口与所述二氧化碳分离装置的二氧化碳出口相连，所述活化剂出口与所述流化床的活化剂的入口连接，所述加热器用于对所述二氧化碳进行加热。

进一步地，所述加热器为蓄热式加热器。

进一步地，所述热解炉具有水封装置，所述热解炉的进料口具有两级阀门或螺旋密封装置。

更进一步地，所述系统还包括预处理装置，其与所述热解炉的进料口相连，所述预处理装置用于对所述废旧轮胎原料进行破碎预处理。

本发明还提供可一种利用上述系统制备活性炭的方法，该方法具有以下步骤：

将废旧轮胎原料送入所述热解炉，所述燃烧器对所述废旧轮胎进行加热，产生燃烧烟气，废旧轮胎原料热解，生成热解油气和残炭；

将残炭通入所述磁选分离器中，分离金属和非金属，得到热解炭；

用所述二氧化碳分离装置对所述燃烧烟气进行二氧化碳分离处理，得到二氧化碳；

将所述热解炭和二氧化碳分别送入所述流化床，利用所述二氧化碳对所述热解炭进行活化，生成活性炭。

进一步地，所述方法还包括以下步骤：

将所述热解油气通入所述冷却净化装置，进行冷却、净化、分离，得到热解气，并将所述热解气通入所述燃烧器内进行燃烧。

进一步地，所述方法还包括以下步骤：

将所述二氧化碳通入所述加热器，所述加热器对所述二氧化碳进行加热，然后再通入所述流化床。

更进一步地，所述方法还包括以下步骤：

对所述废旧轮胎原料进行预处理，得到片状和/或块状的废旧轮胎原料。

本发明的有益效果在于：

本发明所述的制备活性炭的系统及方法，无需对现有的流化床进行改造，能够解决制备活性炭前段热解过程中出现的管道堵塞、粉尘重、热解效果差等问题，并且解决了热解装置与制备活性炭装置同时连用时，能耗高、热量损失严重、制备活性炭品质差的问题。

本发明采用颗粒热载体时，能够解决热解时在颗粒表面易结焦、颗粒分离困难、颗粒在床层间传递困难等问题。

本发明利用物料制备活性炭的方法，减少热解过程中无机物带走大量热量，减少热损失和降低能耗，且提高热解炉产能，实现原料的充分热解，整个工艺简单，易操作，能够确保操作的稳定性。

本发明实现了物料的减量化、无害化和资源化利用。

本发明还可以有效降低热解炭中焦油含量，从而有利于后续流化床制备活性炭的操作，同时可以有效回收系统中的余热，从而实现余热的最大化利用。

附图说明

图1是本发明所述系统的示意简图。

图2是本发明所述系统的整体示意图。

图3是本发明所述方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明所述的系统包括热解炉100，其包括进料口101、热解油气出口102、固料出口105，同时热解炉100还具有反应室和设在所述反应室底部的可旋转盛放盘，所述热解炉100用于热解废旧轮胎，生成残炭。本发明所述的热解炉100还要具有水封装置，尤其是所述热解炉100的进料口101具有两级阀门或螺旋密封装置。这样设置可使得所述热解炉处于绝氧的环境，可以抑制原料热解时产生二噁英等有害气体。

如图1所示，燃烧器500，其设置于位于热解炉100内，在所述的反应室的上部和/或下部，所述燃烧器具有燃气入口501和燃烧烟气出口502，所述燃烧器500用于对所述废旧轮胎进行加热，产生燃烧烟气。

燃烧器500对热解炉100的内部进行加热，使其达到废旧轮胎热解的温度，从而对废旧轮胎进行热解，生成残炭。燃烧器500在燃烧过程中，会产生大量的燃烧烟气，而废旧轮胎热解时会产生大量的热解油气。另外，优选地，将热解炉100反应室的气氛与燃烧器500的气氛隔离，使二者互不影响，从而实现物料热解在绝氧气氛下进行，确保了热解气具有较高的热值。

燃烧器500在热解炉100中沿水平方向间隔分布，并且每组燃烧器500可采用蓄热式辐射管，可独立控制操作，这样设置的好处在于可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量来实现对热解过程的精确控温，并且蓄热式辐射管可以通过在两端实现快速换向和蓄热式燃烧，可以保证热解炉100中温度场的均匀性，从而可以显著提高物料热解效率，同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比，本发明的热解炉100不需要设置预热单元和载体分离单元，可以极大简化热解和活化反应工艺流程，从而显著降低装置的故障率。

如图1所示，磁选分离器300，其具有固料入口301和热解炭出口302，所述固料入口301与所述热解炉的固料出口104相连，所述磁选分离器300用于分离金属和非金属，得到热解炭。

目前，废旧轮胎通常包括橡胶、聚合物、硫、碳黑、油及其他化学物质。对其进行热解，可有效防止有害气体的产生。但是，轮胎还包括钢丝圈，即高强度钢丝束，维持轮胎和轮辋在同一转动面，并固定轮胎于轮辋，如果将其通入流化床200，对后续活性炭的制备产生很大影响，所以需要将金属筛选出来，本发明所述的磁选分离器300，可以实现金属与热解炭的分离。分离出来的金属还可以用作他用，以实现资源的回收利用。

如图1所示，二氧化碳分离装置600，其具有燃烧烟气入口601和二氧化碳出口602，所述燃烧烟气入口601与所述燃烧器500的燃烧烟气出口502连接，所述二氧化碳分离装置600用于对所述燃烧烟气进行分离处理，主要二氧化碳和其他气体(主要含氮气)的分离，得到纯度在95％以上的二氧化碳气体。

将燃烧烟气通入二氧化碳分离装置600进行分离的原因在于，二氧化碳可用作制备活性炭的活化剂，分离的二氧化碳对于后续生成活性炭至关重要。虽然二氧化碳可由其他的方式获得，但本发明通过分离燃烧烟气，可以实现资源的再次利用，提高能源利用率，也减少二氧化碳的排放，起到保护环境的作用。

流化床200，其具有热解炭入口202、活化剂入口201、废气出口203和活性炭出口204，所述热解炭入口202与所述磁选分离器300的热解炭出口302连接，所述活化剂入口201与所述二氧化碳分离装置600的二氧化碳出口202相连，所述流化床200用于对所述热解炭进行活化，生成活性炭。其中，热解炭在流化床200内与活化剂逆向接触反应，制得活性炭。活性炭可从活性炭出口204导出，活化过程产生的废气从废气出口203排出。

如图2所示，所述系统还包括冷却净化装置400，其具有热解油气入口401、热解气出口402，其中，

所述热解油气入口401与所述热解炉100的热解油气出口102相连，所述热解气出口402与所述燃烧器500的燃气入口501相连，所述冷却净化装置400用于冷却、净化、分离热解油气，得到热解气，并将所述热解气通入所述燃烧器500内进行燃烧。

所述冷却净化装置400一方面起到分离热解油气的作用，得到热解气，另一方面将热解油气通入燃烧器500。燃烧器500利用热解反应产物中的热解气进行燃烧，循环利用能源，显著提高能量利用率。其产生的热解油还可以出售，创造额外的经济价值。

本发明还可包括储气罐，设置于冷却净化装置400与燃烧器500之间，用于储存热解气，同时达到缓冲的目的。

如图2所示，所述系统还包括加热器700，其具有二氧化碳入口和活化剂出口，所述二氧化碳入口与所述二氧化碳分离装置600的二氧化碳出口602相连，所述活化剂出口与所述流化床200的活化剂入口201连接，所述加热器700用于对所述二氧化碳进行加热。加热器700可采用蓄热式加热器，其运行成本低，节约能源。

通过对二氧化碳的加热，一方面可提高其活化性能，另一方面将二氧化碳气体温度提高到600-950℃，达到流化床200活化所需反应温度，进而提高流化床200制备活性炭制备的效率。

如图2所示，所述系统还包括预处理装置(未示出)，其原料出口与所述热解炉100的进料口101相连，所述预处理装置用于对所述废旧轮胎进行破碎预处理。预处理装置可包括滚筒筛和/或破碎机等，通过对送入的原料进行预处理，可降低其中无机物中渣土、玻璃和金属等的含量，从而减少热解过程中无机物带走的热量和提供残炭的品质。

如图3所示，本发明通过预处理装置对所述废旧轮胎进行预处理，一般可将废旧轮胎破碎成不大于50mm的片状和/或块状的可满足热解要求的原料，有助于充分热解。

将破碎后的废旧轮胎送入所述热解炉100，所述燃烧器500对所述废旧轮胎进行加热，产生燃烧烟气，废旧轮胎热解，生成热解油气和残炭。废旧轮胎需均匀布料在热解炉100内，原料厚度为100-200mm，通常热解的温度为580℃-620℃。

将所述热解油气通入所述冷却净化装置400，所述冷却净化装置400对所述热解气进行保温，再将所述热解气通入所述燃烧器500内进行燃烧。将热解炉100反应室的气氛与燃烧器500的气氛隔离，使二者互不影响，从而实现物料热解在绝氧气氛下进行，确保了热解气具有较高的热值。

将残炭通入所述磁选分离器300中，分离金属和非金属，得到热解炭；分离出来的金属还可以用作他用，以实现资源的回收利用。

用所述二氧化碳分离装置600对所述燃烧烟气进行分离处理，得到二氧化碳。二氧化碳分离装置600对燃烧烟气进行二氧化碳和其他气体(主要含氮气)的分离，得到纯度在95％以上的二氧化碳气体。

将所述二氧化碳通入所述加热器700，所述加热器700对所述二氧化碳进行加热，然后再通入所述流化床200。通过对二氧化碳的加热，一方面可提高其活化性能，另一方面将二氧化碳气体温度提高到600-950℃，达到流化床200活化所需反应温度，进而提高流化床200制备活性炭制备的效率。

将所述热解炭和二氧化碳分别送入所述流化床200，流化床反应温度控制在820℃左右，利用所述二氧化碳对所述热解炭进行活化，生成活性炭。热解炭在流化床200内与活化剂逆向接触反应，制得活性炭。

实施例1

以废旧轮胎为原料，利用废旧轮胎制备活性炭系统进行制备活性炭的方法如下：

将50吨废旧轮胎进行破碎处理，获得粒径50mm以下破碎料；

将破碎的废旧轮胎送入热解炉进行热解，将其均匀布料在布料板上，料层厚度为200mm。该热解炉中设置了燃烧器，热解得到残炭(温度约为550℃)和热解油气(温度约为600℃)。

产生的热解固体产物送入磁选分离器分离出金属后，剩余的热解炭送入流化床；

将热解产生的热解油气送入冷却净化装置进行冷却、分离和净化，从而获得清洁的热解气和热解油；

将分离得到的热解气送入燃烧器中进行燃烧，燃烧器采用蓄热式加热器，可将常温空气温度提高到350-400℃，同时燃烧产生的烟气温度可降至110℃左右；

用所述二氧化碳分离装置600对所述燃烧烟气进行分离处理，得到二氧化碳。二氧化碳分离装置600对燃烧烟气进行二氧化碳和其他气体(主要含氮气)的分离，得到纯度在95％以上的二氧化碳气体。

将分离得到的二氧化碳气体通入加热器中进行加热，加热后的二氧化碳气体温度为830℃左右，送入流化床中；

流化床反应温度控制在820℃左右，将二氧化碳与热解炭在流化床逆向接触反应，制得活性炭。

本发明所述工艺方法可长期平稳操作，所得到的上述废旧轮胎制得活性炭产物的产率和主要性质见表1。

表1数据结果

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。