一种热解炉和多段炉制备活性炭的系统及方法与流程

本发明属于活性炭制备技术领域，尤其涉及一种热解炉和多段炉制备活性炭的系统及方法。

背景技术：

活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔。活性炭主要用于除去水中的污染物、脱色、过滤净化液体、气体，还用于对空气的净化处理、废气回收(如在化工行业里对气体“苯”的回收)、贵重金属的回收及提炼(比如对黄金的吸收)，室内空气中散发的污染气体甲醛、苯、氨、甲苯等挥发气体吸附作用较好。热解污泥产生的热解炭具有高度发达的孔隙结构和加多的表面负电荷，但是与活性炭的吸附能力相比差距甚远，作为活性炭使用，需要进一步活化。

含碳物质包括生物质、垃圾、废旧轮胎、废旧有机物、有机污泥等，在现实生活中大部分上述含碳物质被丢弃，造成环境污染。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。

目前制备活性炭的系统存在制备活性炭前段热解过程管道堵塞、粉尘重等问题，还存在制备活性炭装置能耗高、热量损失严重、制备活性炭品质差的问题，且在生产过程中会产生有毒有害气体。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种将热解炉和多段炉联合制备活性炭的系统及方法，在物料热解过程中没有管道堵塞、粉尘重的问题，也不会产生有毒有害气体，系统能耗小。

本发明的目的之一是提供一种热解炉和多段炉制备活性炭的系统，包括：预处理装置、热解炉、多段炉和缓冲罐；

所述预处理装置包括物料入口和热解原料出口；

所述热解炉包括热解原料入口、残炭出口、热解气出口、燃烧器和可旋转的盛放盘，所述燃烧器包括燃气入口和烟气出口，所述燃烧器位于所述热解炉的上部，所述盛放盘位于所述热解炉的底部；

所述多段炉包括残炭入口、气体入口和活性炭出口；

所述缓冲罐包括气体入口和气体出口；

所述预处理装置的热解原料出口连接所述热解炉的热解原料入口，所述热解炉的残炭出口连接所述多段炉的残炭入口，所述热解炉的热解气出口连接所述缓冲罐的气体入口，所述缓冲罐的气体出口连接所述燃烧器的燃气入口。

缓冲罐用于储存热解炉产生的热解气。缓冲罐采用保温材料制成，具有保温功能，保证热解气不会液化，确保热解气进入燃烧器燃烧时为气态混合物，从而实现燃烧稳定性，不出现断气现象。

将热解炉产生的热解气完全燃烧，大幅提高了系统的能源自给能力。

优选的，所述预处理装置包括筛选机、磁选机和破碎机中的一项或多项。

进一步的，本发明的系统还包括净化分离器，所述净化分离器包括烟气入口和二氧化碳出口；所述燃烧器的烟气出口连接所述净化分离器的烟气入口，所述净化分离器的二氧化碳出口连接所述多段炉的气体入口。

进一步的，本发明的系统还包括加热器，所述加热器包括气体入口和气体出口，所述净化分离器的二氧化碳出口连接所述加热器的气体入口，所述加热器的气体出口连接所述多段炉的气体入口。

本发明的另一目的是提供一种利用上述的系统制备活性炭的方法，包括以下步骤：

A、将物料进行预处理，获得热解原料；

B、将所述热解原料送入所述热解炉进行热解处理，获得残炭和热解气；

C、将所述残炭送入所述多段炉进行活化，获得活性炭；

D、将所述热解气送入所述缓冲罐保温，将保温后的热解气送入所述热解炉的燃烧器燃烧。

作为本发明优选的方案，所述步骤A中的预处理包括：对物料进行筛选，获得有机物原料。

优选的，所述步骤A中的预处理包括：对物料进行磁选，磁选出物料中的金属。

进一步的，所述步骤A中的预处理包括：对物料进行破碎，获得热解原料。

优选的，本发明的方法还包括步骤：将燃烧器产生的烟气进行净化，获得二氧化碳，将所述二氧化碳作为活化剂通入所述多段炉。

优选的，本发明的方法还包括步骤：将净化得到的二氧化碳送入加热器进行加热，将加热后的二氧化碳送入所述多段炉。

本发明热解炉和多段炉制备活性炭的系统及方法，解决了制备活性炭前段热解过程中管道堵塞、粉尘重、热解效果差的问题；解决了制备活性炭装置能耗高、热量损失严重、制备活性炭品质差的问题；整个工艺简单，易操作，能够确保操作的稳定性；将热解产生的热解气作为燃料供给燃烧器，实现热量自供。

附图说明

图1是本发明实施例的系统示意图；

图2是发明实施例制备活性炭方法的流程图。

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。

发明人发现，通过采用内部设置蓄热式辐射管的物料热解炉与现有的多段炉直接进行联用制备活性炭，而无需对现有的多段炉进行改造，即可将物料热解炉中产生的热的残炭送至多段炉进行活化产生活性炭。

如图1所示，本发明实施例提供一种热解炉和多段炉制备活性炭的系统，包括：预处理装置100、热解炉200、缓冲罐300、净化分离器400、加热器500和多段炉600。

预处理装置100用于对送入的物料进行预处理，以获得满足热解所需的热解原料。预处理装置100包括物料入口101和热解原料出口102。

预处理装置100可包括：筛选机、磁选机和破碎机中的一项或多项。筛选机对物料进行筛选，可以得到含有大量有机物的原料。磁选机用于磁选筛选后剩下有机物中的金属。破碎机用于将磁选后的有机物破碎成片状、块状和或粉状的热解原料。根据物料的不同，预处理装置可以选择筛选机、磁选机和破碎机中的一项或多项。

热解炉200包括热解原料入口201、残炭出口202、热解油气出口203、燃烧器204和可旋转的盛放盘205。预处理装置的热解原料出口102连接热解炉的热解原料入口201。热解原料入口201设置在热解炉200的顶部。

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，本发明实施例的热解炉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。

多个热解油气出口203设置在热解炉200的顶部。根据热解油气的产量可以单独开启某个或多个热解油气出口，实现产油气过程中热解炉炉膛压力的稳定。整个热解炉采用水封，热解炉热解原料入口采用两级星型阀密封，确保整个炉膛内物料在无氧气氛下进行热解，同时使得热解气在整个炉膛内的停留时间超过3s，避免产生二噁英类物质。

燃烧器204包括燃气入口206和烟气出口207。燃烧器204位于热解炉200的上部，以便对热解原料进行加热。热解油气出口203竖直方向上位于燃烧器204的上方。燃烧器204包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管。每个蓄热式辐射管内部燃烧气氛与所述热解炉炉膛内的热解气氛完全隔开，确保了热解油气具有较高的热值，同时有效抑制了有毒有害气体的产生。

由于热解炉200中采用蓄热式辐射管为热解过程提供热源，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，并且该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，保证热解炉中温度场的均匀性，从而可以显著提高热解效率。

盛放盘205位于热解炉200的底部。盛放盘205用于盛放热解原料，旋转的盛放盘可保证热解原料的均匀受热。热解原料在热解过程中，相对盛放盘静止不动，避免飞灰的产生。

缓冲罐300包括气体入口301和气体出口302，热解炉热解气出口203连接缓冲罐气体入口301，缓冲罐气体出口302连接燃烧器燃气入口206。在热解气进入燃烧器前端设置有缓冲罐300，用于缓存部分热解气，满足在突然停炉的条件下也能满足辐射管不间断燃烧。热解过程中，物料相对盛放盘静止不动，避免飞灰的产生，再加上缓冲罐的设置，可避免热解气进入燃烧器过程中会带入灰渣问题，因此混合热解气可直接送至热解器中燃烧。

净化分离器400包括烟气入口401和二氧化碳出口402，燃烧器的烟气出口207连接净化分离器烟气入口401。净化分离器400包括净化装置和分离装置，可将烟气中的二氧化碳分离出来用于活化反应。

加热器500包括气体入口501和气体出口502，净化分离器二氧化碳出口402连接加热器气体入口501。加热器500用于气体的预热，使气体达到多段炉活化所需反应温度。从而大大提高热利用率，从而降低能耗。

多段炉600包括残炭入口601、气体入口602和活性炭出口603。热解炉残炭出口202连接多段炉残炭入口601，加热器气体出口502连接多段炉气体入口602。多段炉600可将残炭进行活化处理，从而获得活性炭。发明人发现，通过将热解炉中产生的热的残炭直接热送至多段炉顶部与活化剂逆流接触反应，不仅能够确保多段炉直接制备活性炭，而且可以显著提高能量利用率，并且有利于该制备活性炭系统的稳定性。

如图2所示，本发明实施例提供一种利用上述的系统制备活性炭的方法，包括以下步骤：

1、预处理：将物料经过预处理后得到热解原料。

上述预处理包括以下一项或多项：

a)将物料送至所述筛选机，得到含有大量有机物的原料；

b)将筛选后的含有大量有机物的原料送入磁选机中，筛选有机物中的金属；

c)将磁选后的含有大量有机物的原料送入破碎机中，可将磁选后的有机物破碎成粒径2～50mm片状、块状或粉状的可满足热解要求的原料。

2、装入原料：将热解原料送入热解炉中，热解原料均匀布料在盛放盘上，料层厚度为50-300mm。

3、置换及气密性检测：确保整个制备活性炭系统内部阀门开启，各个设备相通，向系统一端通入一定量氮气或水蒸气，将整个系统进行置换，排掉系统内空气，关上放气阀，确保整个系统的气密性良好。

4、热解：将热解原料在热解炉进行热解处理，获得残炭和热解气。

5、储存保温：将热解气通过缓冲罐进入热解炉的燃烧器燃烧，部分多余热解气储存在缓冲罐，以备后用。

6、净化分离：将热解炉燃烧器产生的烟气送入净化分离器，先对烟气进行净化，对净化后的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；将得到的其他气体(主要含氮气)送入储气罐备用，既可作为惰性气体用于各密封段进行气封隔离，又可作为炉膛和管道吹扫用置换气。

7、气体加热：将分离得到的二氧化碳气体通入加热器中，将二氧化碳气体温度提高到600～950℃，达到多段炉活化反应所需的温度。

8、制备活性炭：将残炭和加热后的二氧化碳送入多段炉，对残炭进行活化，获得活性炭。

实施例1

以生活垃圾为原料，利用生活垃圾制备活性炭的方法步骤如下：

(1)将10吨生活垃圾进行筛选、磁选和破碎处理，获得粒径30mm以下有机物；

(2)将破碎的生活垃圾送入热解炉进行热解，物料均匀布料在布料板上，料层厚度为120mm；热解得到残炭温度500℃，热解气温度为600℃，产生的残炭送入多段炉；

(3)将热解产生的中高温热解气送入缓冲罐储存保温，保温后的热解气送入燃烧器中进行燃烧，燃烧器采用蓄热式燃烧器；

(4)将燃烧器燃烧的烟气送入净化分离器中，对烟气进行脱硝和脱硫，净化后的烟气送入分离装置进行二氧化碳和其他气体(主要含氮气)的分离，得到纯度在99％左右的二氧化碳气化。

(5)将分离得到的二氧化碳气体通入加热器中预热，预热后的二氧化碳气体温度为800℃左右，送入多段炉中。

(6)将在步骤(5)中获得的二氧化碳与步骤(2)获得的残炭在多段炉逆向接触反应制得活性炭，多段炉反应温度控制在880℃左右；

本发明所述工艺方法可长期平稳操作，所得到的上述生活垃圾制得活性炭产物的产率和主要性质见表1。

表1

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。