本发明是一种制备高得率、高比表面积活性炭联产电、热的工艺方法，属于活性炭生产与新能源交叉领域。
背景技术：
活性炭是一种具有高度发达的空隙结构和极大比表面积的炭质吸附材料，具有化学稳定性好、机械强度高、使用失效后易再生等特点，它能够适合多相分子直径不一的吸附质，与其他吸附剂相比，可以在更宽的ph值范围内使用。
制备活性炭的原料非常丰富，原则上所有含碳材料都可以用来制备活性炭。但是不同材料的活性炭由于物理化学性能各不同，性能差异也很大。
目前，制备活性炭的方法主要有物理法和化学法，化学法目前经常使用的是氯化锌活化法和磷酸活化法，一般生产一吨成品化学炭需要化学活化剂0.3-0.5吨，工业盐酸0.5-1.0吨，由于高温活化和酸、水后处理，生产中产生大量的酸性废气和废水，给生态环境造成污染极为严重。有些生产厂家虽然在治理环境污染上也做了不少工作，但终因经费、技术、设备等原因尚未得到根本治理。物理法目前工艺是原料首先经过炭化，以蒸汽为活化剂将炭化后炭化料送入滚筒活化炉活化（为补充活化热量，空气与可燃气直接在滚筒活化炉内燃烧，燃烧过程直接与炭接触），最后得到活性炭，品质低、烧失多、得率低，能源得不到充分利用，采用物理活化法需要1吨活性炭需要7吨原料，相对经济效益也很低。因此，急需找到一种环境效益、经济效益好的生产工艺替代传统工艺。
技术实现要素：
本发明提出的是一种制备高得率、高比表面积活性炭联产电、热的工艺方法，其目的在于针对现有技术中制备活性炭生产过程中得率低、成本高、能源得不到充分利用、活性炭成品吸附指标不佳等问题，提出了一种制备高得率、高比表面积活性炭联产电、热的工艺方法，解决了传统生产工艺中得率低、成本高、产品性能低等问题，同时可实现生产高品质活性炭的同时发电或供热，显著提高经济效益和环境效益。
本发明的技术解决方案：制备活性炭联产电、热的装置，包括热解-活化一体化装置3、余热锅炉2、燃气风机4、燃气锅炉5、省煤器6、空气预热器7、烟气排放风机8、蒸汽轮机10、发电机11；其中，余热锅炉2的入口与热解-活化一体化装置中的烟气出口35连接，余热锅炉2的蒸汽出口与热解-活化一体化装置中的中间轴334的蒸汽入口连接，燃气风机4的入口与热解-活化一体化装置尾端的燃气出口36连接，燃气风机4的出口分别与燃气锅炉5的a入口和热解-活化一体化装置的热燃气进口394连接，燃气锅炉5的a出口与蒸汽轮机10的入口连接，燃气锅炉5的b出口与省煤器6的a入口连接，省煤器6的a出口与燃气锅炉5的b入口连接，省煤器6的b出口与空气预热器7的a入口连接，空气预热器7的a出口与烟气排放风机8相连，空气预热器7的b出口分别与燃气锅炉5的c入口和热解-活化一体化装置的热空气进口392相连，蒸汽轮机10的a出口与发电机11相连，b出口与省煤器6的b入口连接，c出口与燃烧腔39相连。
使用其制备活性炭联产电、热的工艺方法，包括以下步骤：
1）原料的热解活化；
2）联产电、热；
3）制备活性炭。
本发明的有益效果：
1）采用热解-活化一体化装置，原料不与空气直接接触，一步物理法制得活性炭，烧失低，得率高，可达20-25%。
2）设置多根耐高温主反应器，相当于多个小热解-活化装置，活化剂接触充分，传热效果，活性炭品质高，比表面积为1300-1500m2/g。
3）生产过程中余热集中利用，实现生产高品质活性炭的同时发电或供热，得到活性炭、电、热三项产品，产品多样化，同时获得显著提高经济效益和环境效益。
附图说明
附图1是制备高得率、高比表面积活性炭联产电、热的装置结构示意图。
附图2是热解-活化一体化装置的主视和剖面结构示意图。
图中1是进料器、2是余热锅炉、3是热解-活化一体化装置、4是燃气风机、5是燃气锅炉、6是省煤器、7是空气预热器、8是烟气排放风机、10是蒸汽轮机、11是发电机、12是螺旋冷却器。
31是进料口、32是左端面、33是耐高温主反应器、34是导流板、35是烟气出口、36是热燃气出口、37是蒸汽进口、38是活性炭出口、39是燃烧腔、40是可燃气与活性炭出口腔。
331是变频减速电机、332是前密封连接法兰、333是后密封连接法兰、334是中间轴、335是蒸汽孔、336、337是扇形隔板。
391是天然气进口、392是热空气进口、393是点火口、394是热燃气进口、395是检查口。
具体实施方式
制备活性炭联产电、热的装置，包括热解-活化一体化装置3、余热锅炉2、燃气风机4、燃气锅炉5、省煤器6、空气预热器7、烟气排放风机8、蒸汽轮机10、发电机11；其中，余热锅炉2的入口与热解-活化一体化装置中的烟气出口35连接，余热锅炉2的出口与热解-活化一体化装置中的中间轴334的蒸汽入口连接，燃气风机4的入口与热解-活化一体化装置尾端的燃气出口36连接，燃气风机4的出口分别与燃气锅炉5的a入口和热解-活化一体化装置的热燃气进口394连接，燃气锅炉5的a出口与蒸汽轮机10的入口连接，燃气锅炉5的b出口与省煤器6的a入口连接，省煤器6的a出口与燃气锅炉5的b入口连接，省煤器6的b出口与空气预热器7的a入口连接，空气预热器7的a出口与烟气排放风机8相连，空气预热器7的b出口分别与燃气锅炉5的c入口和热解-活化一体化装置的热空气进口392相连，蒸汽轮机10的a出口与发电机11相连，b出口与省煤器6的b入口连接，c出口与燃烧腔39相连。
所述热解-活化一体化装置3包括带有耐火砖的卧式圆筒炉体、卧式圆筒炉体右下部的燃烧腔39以及炉体中间的耐高温主反应器，在卧式圆筒炉体内安装有多个耐高温主反应器33，耐高温主反应器33左端采用密封法兰332与卧式圆筒炉体的左端面连接，右端采用后密封法兰333与卧式圆筒炉体的右端面连接，炉体内设置有多个导流板34，用于增强烟气与耐高温主反应器33的热交换，炉体左上部设置有烟气出口35，炉体的右下部设置有活性炭出口38，炉体的右上部设置有热燃气出口36。
所述耐高温主反应器上设有进料口31，耐高温主反应器33的中间轴的炭化部分和活化部分设有多个扇形隔板，扇形隔板上下错位垂直焊接在中间轴上，相邻两个隔板间的中间轴上设有直径为2-5mm的蒸汽孔，蒸汽孔沿轴向设有3-5个、径向一圈设有4排，用于均匀输入活化用蒸汽。
所述燃烧腔39上设置有开机用的天然气进口391、设置配风燃烧用的热空气进口392、点火口393、热燃气进口394、观火口395，其中，热空气进口392和天然气进口391位于燃烧腔6左侧，观火口395位于燃烧腔39底部，点火口393和热燃气进口394位于燃烧腔39右侧。
所述空气预热器7得到的热空气作为锅炉燃烧的热燃气和燃烧腔燃烧的配风，提高热利用效率。
使用制备活性炭联产电、热的装置制备活性炭联产电、热的工艺方法，包括如下步骤：
1）原料的热解活化：原料送入热解-活化一体化装置内，首先通过热解区，在500-600℃条件下发生热解反应，然后通过活化区，在900-950℃的温度下，在水蒸汽的作用下活化；
2）联产电、热：60-80%的热解-活化过程中产生的高温可燃气通过燃气风机4进入燃气锅炉5燃烧，产生中温中压蒸汽，推动蒸汽轮机10发电，蒸汽轮机排出的余热用来供暖；
3）制备活性炭：20-40%的热燃气通过热解-活化一体化装置下部燃烧腔6燃烧后间接作为供给热解活化需要的热量，燃烧后的热烟气供余热锅炉2产生蒸汽，蒸汽从热解-活化一体化装置内螺旋尾部的中间轴通入活化区对热解炭活化，最终得到高品质的成品活性炭。
所述原料为果壳、木颗粒、煤颗粒中的一种或几种。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
如附图1所示，以果壳、木颗粒、煤颗粒为原料，利用热解-活化一体化装置，热解-活化得到可热燃气作为锅炉燃料，锅炉产生的蒸汽推动汽轮机发电同时得到热，其部分可燃气燃烧供给热解-活化所需要的热量和蒸汽，最终制得高比表面积活性炭，其由热解-活化一体化装置、余热锅炉、燃气风机、锅炉、省煤器、空气预热器、烟气排放风机、汽轮机、发电机等组成。
如附图2所示，热解-活化一体装置，其结构是由带有耐火砖的卧式圆筒炉体、炉体右下部的燃烧腔以及炉体中间耐高温主反应器三个主要部分组成，在炉体的里面安装有多个耐高温主反应器（根据产量不同设置不同数量的主反应器），反应器一端与炉体一端面连接，反应器另外一端与炉体的另一端面连接，进料口设置在反应器一端，在炉体左上部设置有烟气出口，炉体的右下部设置有活性炭出口，炉体的右上部设置有热燃气出口，在反应器中间轴上活化区内设置有蒸汽孔（孔径大小2-5mm）用于进活化所需的蒸汽用。
原料进入进料器1，进料器1与进料口31相连接，进料口31与热解-活化管33相连接，热解活化管33左端采用332密封法兰与32左端面相连接，热解活化管右端采用333后密封法兰与右端面相连接，热解活化管33的中间轴（进蒸汽管）活化区部分打有空335用于喷活化剂，中间热解-活化腔内设置有多个导流板34，用于增强烟气与热解-活化管33的热交换，在中间热解-活化腔左上设置有烟气出口35，烟气出口35与余热锅炉2相连，余热锅炉上的蒸汽出口与蒸汽进口37相连，在中间热解-活化腔右上端设置有燃气出口36，燃气出口36与燃气风机4相连，燃气风机4出口分两端，一端与燃气锅炉5相连，燃气锅炉5蒸汽出口与蒸汽轮机10相连，蒸汽轮机10与发电机11相连，另一端与燃烧腔39相连，燃烧腔39设置于活化区的下部，燃烧腔39上设置有开机用的天然气进口391，设置有热空气进口392配风燃烧用，设置有点火口393，设置有394热燃气进口，设置有检查口、观火口395。
实施例1
3mw规模制备果壳活性炭联产电、热项目，经提升机送入热解-活化炉进料器（所有热解活化进料斗中装至2/3）中，首先通过天然气在燃烧腔内燃烧，使得活化区900-1000℃，热解区（热解区长度3000-4000mm）600℃以上，打开热解-活化管上电机变频调至0.5r/min，同时打开可燃气风机（燃气处于排空阶段），在线测试燃气热值，当燃气热值达到1500kcal，关小燃气排空管，打开燃烧腔管点燃燃气，同时逐步关闭天然气进气管，此时保证热解区在500℃以上，活化区900-1000℃，不下降，完全关闭天然气，同时，将余热锅炉中产生的水蒸气通入活化区对炭化料活化，当燃气热值达到2890kcal时，关闭燃气排空管，切入锅炉燃烧，同时观察燃料热值与燃气流量，在15分钟波动在5%以内，开汽轮机以及发电机，同时定期检测活性炭比表面积,得到比表面积1300-1500m2/g，得率21%。
3mw规模制备果壳活性炭联产电、热项目，年消耗果壳7万吨，年发电2100万度（或蒸汽10万吨以上），年产果壳活性炭约1.47万吨，得率21%。