本实用新型涉及一种天然气炭黑，尤其涉及一种用天然气炭黑制备活性炭的系统，属于化工生产领域。
背景技术：
天然气部分氧化生产乙炔和合成气是目前除电石法外的主要乙炔生产工艺，其中乙炔是一种基础化工原料，其系列产品制造的最终产品几乎涉及所有的应用领域，包括合成材料、涂料、农药、燃料、医药、助剂、溶剂、香料等各个行业；合成气主要成分包括一氧化碳、二氧化碳、氢气等，另外还含有少量的甲烷，可用于生产合成氨、甲醇、尿素等或用作气基竖炉直接还原铁等的还原气(一氧化碳和氢气)。天然气部分氧化生产乙炔和合成气过程中，会产生大量的炭黑。
活性炭是一种具有发达的微孔结构和超高比表面积的特殊多孔性炭材料。作为一种传统而又新颖的炭材料，具有比表面积大、导电性能好、化学稳定性好、再生性能较好、吸附容量大以及不溶于大多数的溶剂等特点，因此早已广泛应用于化学工业、气体的富集和分离、食品加工、超级电容器的电极材料、药物精制、催化剂及催化剂载体、军事化学保护等领域。活性炭的孔隙结构大小差别很大，不同的孔隙结构具有不同的机能，可将孔分成三类：孔隙的直径小于2nm为微孔；孔隙的直径介于2～50nm的为中孔；孔隙直径大于50nm的为大孔。
活性炭制备方法主要包括物理活化法和化学活化法，物理活化法一般是指在一定温度下，将炭化料与水蒸气、二氧化碳、氧气或它们的混合气等活化气体进行反应，使炭化料活化的一类活化方法。化学活化法是指利用化学试剂对活化对象进行活化的一类方法。化学活化法活化温度比物理活化法低，容易形成细的孔隙结构，但化学活化对设备腐蚀性大，污染环境，其制得的活性炭中残留有化学药品活化剂，应用方面受到限制。与化学活化相比，物理活化制备活性炭的生产工艺简单、清洁，不存在设备腐蚀和环境污染的问题，制得的活性炭不需要清洗，可直接使用。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种利用天然气炭黑制备活性炭的系统。
具体而言，所述系统包括反应室、热量回收单元、气固分离器、气体分离器和活化单元；
所述反应室、热量回收单元以及气固分离器顺次相连；
所述气固分离器的固体出口与所述活化单元相连，气体出口与所述气体分离器相连；
所述热量回收单元上设有二氧化碳预热通道；所述气体分离器的二氧化碳出口经过所述二氧化碳预热通道与所述活化单元的气体入口相连。
本实用新型提供的体系包括活化单元。在所述活化单元内，经气体分离器分离得到的二氧化碳作为活化剂，在800～950℃下对气固分离器分离得到的固体产物炭黑进行活化，得到微孔发达、高比表面积的活性炭。采用直接回收得到的炭黑作为原料，其粒径非常均匀，适合作为活化原料制得优质活性炭，并且避免气体分离的炭黑作为废弃物处理，实现固体废物资源化利用的目的。
本实用新型中，所述反应室包括气化炉，天然气和氧气经预热至500～700℃后，通过所述气化炉的顶置喷嘴进入炉内发生反应。所述气化炉的外壁上可设有天然气预热通道，所述预热通道的出气口连接至所述气化炉的原料入口。
所述气化炉的出口直接连接至所述热量回收单元。所述热量回收单元可回收气化炉合成气的热量，用于预热部分二氧化碳气体，二氧化碳被预热至较高的温度后进入活化单元参与制备活性炭的反应。
具体而言，所述热量回收单元优选包括顺次相连的一级热量回收装置和二级热量回收装置，所述二级热量回收装置的出口与所述气固分离器相连。所述一级、二级热量回收装置上分别设有氧气预热通道和二氧化碳预热通道，以确保氧气和二氧化碳与反应产物实现逆向热交换。
所述一级热量回收装置上设有氧气预热通道；所述氧气预热通道的出口连接至所述气化炉的原料入口。氧气与反应产物进行逆向热交换后被预热，进入反应室参与反应。
作为一种连接方式，所述一级氧气预热通道的出口与所述气化炉的原料入口相连；所述二级二氧化碳预热通道的入口与所述气体分离器的二氧化碳出口相连；所述一级氧气预热通道的出口通过反应产物与所述二级二氧化碳预热通道的入口相连通。
其中，所述一级热量回收装置可采用管式换热装置，所述二级热量回收装置可采用蜂窝状蓄热装置或旋转换向蓄热装置。
反应室内生成的产物经热量回收后，进入所述气固分离器进行气固分离，分别得到气体产物和固体产物；其中，所述气体产物主要包括乙炔和合成气，所述固体产物主要包括炭黑。所述气固分离器的固体出口与活化室的固体入口相连，所述气体分离器的二氧化碳出口经过所述二氧化碳预热通道或/和所述二氧化碳预热装置，连接至活化室的进气口。
本实用新型中，所述气体分离器可采用变压吸附塔，通过变压吸附分离，可分别得到二氧化碳和还原性气体。
本实用新型中，所述活化单元可包括依次连接的活化室和成品室。在连接过程中，所述活化室的固体出口连接于所述成品室的固体入口。所述成品室上可设置二氧化碳预热装置，对活性炭降温的同时可对部分二氧化碳进行预热升温。具体而言，所述气体分离器的二氧化碳出口与所述二氧化碳预热装置的入口相连，所述二氧化碳预热装置的出口与所述活化室的气体入口相连。
本实用新型中，所述气体分离器的二氧化碳出口分别经过所述二氧化碳预热装置和所述二氧化碳预热管道与所述活化室的气体入口相连，可充分回收天然气部分氧化过程中产生的以及活化室产物高温活性炭的高温热量加热二氧化碳，提高二氧化碳入活化室的温度，无需外供能源，即可实现在800～950℃下活化炭黑制得活性炭，提高活化效率和热效率。
本实用新型所述系统还可以包括气化室。所述活化单元的烟气出口与所述气化室相连，具体为所述活化室的烟气出口与所述气化室相连。活化反应后的烟气与部分从气固分离器收集的炭黑在所述气化室进行气化反应，进一步制得燃气，充分利用气固分离得到的固体炭黑和活化后排放的废气制得燃气，实现废弃物回收利用的目的。
在实际生产过程中，天然气和氧气送入气化炉内发生部分氧化反应，反应所得高温产物经两级换热器进行换热，冷却合成气并回收热量后，分离为气体产物和固体产物；所述气体产物经变压吸附分离为还原气和二氧化碳，该二氧化碳分两部分分别经过活化室的产物高温活性炭和气化炉高温合成气换热并被预热；所述固体产物进入活化室与预热后的二氧化碳反应活化制得活性炭。活化反应后的烟气可进入气化室与部分从气固分离器收集的炭黑送入气化室进行气化反应，进一步制得燃气，减少二氧化碳的排放量。
利用本实用新型所述的装置制备活性炭的方法，包括如下步骤：
1)将天然气和氧气预热至500～700℃后，通往反应室，反应得到1200～1500℃的高温产物；
2)所述高温产物经热量回收装置降温后通入气固分离器，得到气体产物和炭黑，所述气体产物通向气体分离器，所述炭黑进入活化单元；
3)所述气体产物中的二氧化碳经气体分离器分离后，经二氧化碳预热通道或/和二氧化碳预热装置预热至800～950℃后通入活化单元，与其中的炭黑反应生成活性炭。
还可以包括如下步骤：活化反应后的烟气进入气化室与部分从气固分离器收集的炭黑送入气化室进行气化反应，进一步制得燃气，减少二氧化碳的排放量。
本实用新型所述的装置具有如下有益效果：
(1)综合利用天然气部分氧化制备乙炔和合成气过程中产生的炭黑和二氧化碳，提高了系统的能源利用率；
(2)利用二氧化碳作为活化剂制备活性炭，活化过程可控，能制得高比表面积的活性炭；
(3)相较于化学活化法来说，利用二氧化碳作为活化剂，活化过程对设备腐蚀小，对环境无污染；
(4)回收利用活化过程中产生的碳氧化合物(一氧化碳)，以及产物高温活性炭的热量，提高系统的能源和热量利用率；
(5)气化炉反应生成的合成气温度高，两级换热后可将二氧化碳提高到高温，使得混合进入活化室前二氧化碳达到活化温度，满足活化要求；无需外供热就能直接制得活性炭，可充分回收整个系统的热量；
(6)充分利用气固分离得到的固体炭黑和活化后排放的废气制得燃气，实现废弃物回收利用的目的；
(7)本实用新型利用天然气部分氧化过程中产生的炭黑制备活性炭，原料中不含各种氧化物(硅、铝等灰分)存在，更有益于得到微孔发达的活性炭。
附图说明
图1为天然气炭黑制备活性炭系统；图中：1、气化炉；3、热量回收装置a；4、氧气预热通道；5、气固分离器；6、天然气预热通道；7、气体分离器；8、活化室；9、成品室；10、气化室；11、二氧化碳预热装置；12、热量回收装置b；13、二氧化碳预热通道。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
本实施例涉及一种利用天然气炭黑制备活性炭的系统，其结构部分参考图1所示，包括气化炉1、热量回收单元、气固分离器5、气体分离器7和活化单元；
所述气化炉1、热量回收单元和气固分离器5顺次相连；所述热量回收单元上设有二氧化碳预热通道13；
所述活化单元包括依次连接的活化室8和成品室9，所述成品室9上设有二氧化碳预热装置11；
所述气固分离器5的固体出口与所述活化室8的固体入口相连，气体出口与所述气体分离器7的入口相连；
所述气体分离器7的二氧化碳出口分别经过所述二氧化碳预热通道13和所述二氧化碳预热装置11与所述活化室8的气体入口相连。
本实施例通过二氧化碳预热通道13和所述二氧化碳预热装置11，回收天然气部分氧化过程中产生的以及活化室产物高温活性炭的高温热量加热二氧化碳，提高二氧化碳入活化室的温度，无需外供能源，即可实现在800～950℃下活化炭黑制得活性炭，提高活化效率和热效率。
实施例2
本实施例涉及一种利用天然气炭黑制备活性炭的系统，其结构部分参考图1所示，与实施例1相比，其区别在于：所述热量回收单元包括顺次相连的热量回收装置a 3和热量回收装置b 12；
所述热量回收装置a 3和热量回收装置b 12上分别设有氧气预热通道4和二氧化碳预热通道13；所述二氧化碳预热通道13的入口与所述气体分离器7的二氧化碳出口相连，出口与所述活化室8的气体入口相连；所述氧气预热通道4的出口连接至所述气化炉1的原料入口。
其中，所述热量回收装置a 3为管式换热装置，所述热量回收装置b 12为蜂窝状蓄热装置或旋转换向蓄热装置。
由于气化炉反应生成的合成气温度高，本实施例通过两级热量回收装置，可充分实现二氧化碳的预热，使得混合进入活化室前二氧化碳达到活化温度，满足活化要求；无需外供热就能直接制得活性炭，可充分回收整个系统的热量。
实施例3
本实施例涉及一种利用天然气炭黑制备活性炭的系统，其结构如图1所示，与实施例2相比，其区别在于：所述系统还包括气化室10；
所述气固分离器5的固体出口分别与所述活化室8和所述气化室10的固体入口相连；
所述活化室8的烟气出口与所述气化室10的烟气入口相连。
本实施例通过设置气化室，可充分利用气固分离得到的固体炭黑和活化后排放的废气制得燃气，实现废弃物回收利用的目的。
实施例4
本实施例涉及利用实施例2所述的系统制备活性炭的方法，包括如下步骤：
1)将天然气和氧气在天然气预热通道和氧气预热通道中预热至500～700℃后，通往气化炉，反应得到1200～1500℃的高温产物；
2)所述高温产物依次经热量回收装置a和热量回收装置b回收热量后通入气固分离器，得到气体产物和炭黑，所述气体产物通向气体分离器，所述炭黑进入活化室；
3)对所述气体产物中的乙炔、一氧化碳和氢气等还原气进行收集，将在气体分离器中分离出的二氧化碳分别通入二氧化碳预热管道和二氧化碳预热装置，被充分加热后通入活化室混合，经上述预热后得到的880～930℃的二氧化碳与活化室中的炭黑反应，生成比表面积约为3480m2/g的活性炭。
实施例5
本实施例涉及利用实施例3所述的系统制备活性炭的方法，与实施例4相比，还包括如下步骤：
4)将活化反应后产生的烟气通入气化室，与部分从气固分离器收集的炭黑在气化室进行气化反应，制得燃气，同时回收热量。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。