一种芦竹生产活性炭联产发电的系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种芦竹生产活性炭联产发电的系统和方法。该系统包括：预处理系统、热解炉、燃烧室、余热锅炉和发电装置，所述预处理系统包括出料口，所述热解炉包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口，所述燃烧室包括油气进口和烟气出口，所述余热锅炉包括烟气入口和过热蒸汽出口，所述发电装置包括过热蒸汽入口。本发明的芦竹生产活性炭联产发电的系统和方法，将芦竹预处理后热解，热解结束后保温时进行生物炭的二次活化，制得活性炭；热解产生的高温油气燃烧后经余热锅炉换热后产过热蒸汽，过热蒸汽一部分用于活化生物炭，一部分用于蒸汽轮机发电；实现活性炭和电能的联产，减少对外来能源的需求，起到节能减排的效果。
【专利说明】
-种芦竹生产活性炭联产发电的系统和方法
技术领域
[0001] 本发明属于农业资源利用技术领域，尤其设及一种芦竹生产活性炭联产发电的系 统和方法。
【背景技术】
[0002] 生物质是构成动、植物机体的材料，植物主要是由淀粉纤维素组成的，动物主要是 由脂肪、蛋白质组成的，它们统称为生物质。据估计，作为植物生物质的主要成分木质素和 纤维素每年W约1640亿吨的速度不断再生，如W能量换算，相当于目前石油年产量的15倍 ~20倍。如果运部分资源能得到利用，人类相当于拥有了一个取之不尽、用之不竭的资源宝 库。而且，由于生物质来源于光合作用，燃烧后产生C〇2,不会增加大气中C〇2的含量，因此生 物质与矿物燃料相比更为清洁。
[0003] 芦竹是一种新型高产农业资源植物，它具备种植成本低、管护简单、产量高、市场 风险小、经济效益高、热值高、脱水性好等优势，成为能源作物种植品种的首选。芦竹的热值 可达4000大卡，相当于普通动力煤的热值，是优质的生物质燃料。
[0004] 生物质热解是指生物质在无氧或缺氧的条件下加热，通过热解反应将生物质大分 子分解成较小分子的燃料物质，最终生成生物炭、生物油和可燃气的过程。近年来，生物质 快速热裂解来制备生物质燃料技术得到了迅猛地发展，即将生物质在高加热速率和短停留 时间的条件下热解，产生生物质燃料。该方法能够将生物质高效转化为易储存、能量密度高 的生物油、可燃气W及生物炭。
[0005] 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醒、苯、氨、甲苯等挥发气体吸附作用较好。热解生物质产生的生物炭 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。
[0006] 现有的技术，不能实现生物质制备活性炭并联产发电。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述问题，本发明提供一种芦竹生产活性炭联产发电的系统和方法，将 芦竹在热解炉热解，热解结束后保溫时进行生物炭的二次活化，获得活性炭，热解产生的高 溫油气燃烧后经余热锅炉换热，产生过热蒸汽，过热蒸汽一部分用于活化生物炭，一部分用 于发电起到节能减排的效果。
[000引本发明的目的之一是提供一种芦竹生产活性炭联产发电的系统，包括:预处理系 统、热解炉、燃烧室、余热锅炉和发电装置，
[0009] 所述预处理系统包括出料口，
[0010] 所述热解炉包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口，
[0011] 所述燃烧室包括油气进口和烟气出口，
[0012] 所述余热锅炉包括烟气入口和过热蒸汽出口，
[0013] 所述发电装置包括过热蒸汽入口；
[0014] 所述预处理系统出料口连接所述热解炉进料口，所述热解炉油气出口连接所述燃 烧室油气进口，所述燃烧室烟气出口连接余热锅炉烟气进口，所述余热锅炉过热蒸汽出口 连接所述发电装置过热蒸汽入口。
[0015] 预处理系统用于芦竹的预处理，为后续的芦竹热解做准备。
[0016] 热解炉为反应容器，用于芦竹的烘干和热解，热解后保溫。保溫时向热解炉通入过 热蒸汽，使产生的生物炭二次活化，获得活性炭。
[0017] 燃烧室用于燃烧热解产生的高溫油气，产生高溫烟气。
[0018] 余热锅炉用于高溫烟气的余热回收。高溫烟气在余热锅炉内与水换热产生过热蒸 汽。
[0019] 发电装置为蒸汽轮机，利用余热锅炉产生的过热蒸汽发电。
[0020] 具体的，所述预处理系统包括浸泡装置，所述浸泡装置包括进料口和出料口，所述 浸泡装置出料口连接所述热解炉进料口。浸泡装置盛有反应液，用于浸泡芦竹，浸泡后的芦 竹进入烘干装置。
[0021] 具体的，所述预处理系统进一步包括破碎装置，所述破碎装置包括出料口，所述破 碎装置出料口连接所述浸泡装置进料口。破碎装置用于粉碎芦竹至4-5cm左右。
[0022] 进一步的，所述热解炉包括干燥区和热解区。干燥区溫度为100-300°C，热解区溫 度为400-800°C。热解炉的出料采用双螺旋出料机。
[0023] 本发明中，所述余热锅炉过热蒸汽出口连接所述热解炉过热蒸汽入口。余热锅炉 产生的过热蒸汽导入热解炉的热解区，用于生物炭的二次活化。
[0024] 本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理芦竹的方法，包括步骤：
[00巧]A、将芦竹粉碎至4-5cm;
[0026] B、将粉碎后的芦竹在反应液中浸泡，浸泡后水洗；
[0027] C、将水洗后的芦竹送入所述热解炉先烘干后热解，热解溫度为400-800°C，热解时 间为30-60min，产生高溫油气，热解结束后保溫30min，保溫时向热解装置内通入过热蒸汽， 活化芦竹生物炭，产生活性炭；
[0028] D、将热解产生的高溫油气导入燃烧室燃烧，燃烧产生的高溫烟气导入余热锅炉；
[0029] E、高溫烟气在余热锅炉内与水换热产生过热蒸汽，过热蒸汽通入蒸汽轮机进行蒸 汽发电。
[0030] 进一步的，步骤B中所述反应液为化0H和此化组成的混合水溶液，其中化0H的质量 分数为0.2-2%，出〇2质量分数为0.10-1.00%。
[0031] 本发明中，步骤B中所述芦竹和反应液的固液比（g/ml) = 1:50-1:10,浸泡时间4- 10小时。
[0032] 具体的，步骤C中所述烘干溫度为loo-lior，烘干时间为30-60min。
[0033] 进一步的，将步骤E中所述余热锅产生的部分过热蒸汽导入所述热解炉热解区。
[0034] 本发明提供的芦竹生产活性炭联产发电的系统和方法，将芦竹预处理后热解，热 解结束后保溫时进行生物炭的二次活化，提高了其吸附性能，制得活性炭;热解产生的高溫 油气燃烧后经余热锅炉换热后产过热蒸汽，过热蒸汽一部分用于活化生物炭，一部分用于 蒸汽轮机发电;实现活性炭和电能的联产，减少对外来能源的需求，起到节能减排的效果。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明芦竹生产活性炭联产发电的系统示意图；
[0036] 图2是本发明的系统处理芦竹的流程图。
[0037] 图中；
[0038] 1-预处理系统，2-热解炉，3-燃烧室，4-余热锅炉，5-发电装置，11-破碎装置，12- 浸泡装置。
【具体实施方式】
[0039] W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，W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，W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。
[0040] 本发明的目的之一是提供一种芦竹生产活性炭联产发电的系统，如图1所示，包 括:预处理系统1、热解炉2、燃烧室3、余热锅炉4和发电装置5。
[0041] 预处理系统1包括出料口。预处理系统1用于芦竹的预处理，为后续的芦竹热解做 准备。
[0042] 热解炉2包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口。热解炉2为反应容 器，热解炉选用蓄热式福射管旋转床热解炉，用于芦竹的烘干和热解，热解后保溫。保溫时 向热解炉通入过热蒸汽，使产生的生物炭二次活化，获得活性炭。
[0043] 燃烧室3包括油气进口、烟气出口和助燃空气入口。燃烧室3用于燃烧热解产生的 高溫油气，产生高溫烟气。
[0044] 余热锅炉4包括烟气入口和过热蒸汽出口。余热锅炉4用于高溫烟气的余热回收。 高溫烟气在余热锅炉4内与水换热产生过热蒸汽。
[0045] 发电装置5包括过热蒸汽入口。发电装置5为蒸汽轮机，利用余热锅炉4产生的过热 蒸汽发电。发电装置5还包括冷凝水出口，冷凝水出口用于排放过热蒸汽发电产生的冷凝 水。
[0046] 预处理系统1出料口连接热解炉2进料口，热解炉2油气出口连接燃烧室3油气进 口，燃烧室3烟气出口连接余热锅炉4烟气进口，余热锅炉4过热蒸汽出口连接发电装置5过 热蒸汽入口。
[0047] 本发明实施例中，预处理系统1包括浸泡装置12,浸泡装置12包括进料口和出料 口。浸泡装置12出料口连接热解炉2进料口。浸泡装置12盛有反应液，用于浸泡芦竹，浸泡后 的芦竹进入热解炉2。
[004引本发明实施例中，预处理系1统进一步包括破碎装置11，破碎装置11包括出料口。 破碎装置11出料口连接浸泡装置12进料口。破碎装置11用于粉碎芦竹至4-5cm左右。
[0049]进一步的，热解炉2包括干燥区和热解区。根据溫度沿蓄热式福射管旋转床热解炉 炉底旋转方向依次分为干燥区（100-300°C)和热解区(400-800°C)，蓄热式福射管旋转床热 解炉的高溫油气出口设置在热解炉的热解区炉顶位置，蓄热式福射管旋转床热解炉的出料 采用双螺旋出料机。
[0050] 本发明实施例中，余热锅炉4过热蒸汽出口连接热解炉2过热蒸汽入口。余热锅炉4 产生的过热蒸汽导入热解炉2的热解区，用于生物炭的二次活化。
[0051] 本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理芦竹的方法，如图2所示，包括步 骤：
[0052] A、将芦竹粉碎至4-5cm;
[0053 ] B、将粉碎后的芦竹在反应液中浸泡，浸泡后水洗；
[0054] C、将水洗后的芦竹送入所述热解炉先烘干后热解，热解溫度为400-800°C，热解时 间为30-60min，产生高溫油气，热解结束后保溫30min，保溫时向热解装置内通入过热蒸汽， 活化芦竹生物炭，产生活性炭；
[0055] D、将热解产生的高溫油气导入燃烧室燃烧，燃烧产生的高溫烟气导入余热锅炉；
[0056] E、高溫烟气在余热锅炉内与水换热产生过热蒸汽，过热蒸汽通入蒸汽轮机进行蒸 汽发电。
[0057] 进一步的，步骤B中所述反应液为化0H和此〇2组成的混合水溶液，其中化0H的质量 分数为0.2-2%，出〇2质量分数为0.10-1.00%。
[005引本发明中，步骤B中所述芦竹和反应液的固液比（g/ml) = 1:50-1:10,浸泡时间4- 10小时。
[0化9] 具体的，步骤C中所述烘干溫度为loo-lior，烘干时间为30-60min。
[0060] 进一步的，将步骤E中所述余热锅产生的部分过热蒸汽导入所述热解炉热解区。
[0061] 本发明提供的芦竹生产活性炭联产发电的系统和方法，使用的热解炉为无热载体 蓄热式旋转床，热效率高，达到86% W上;热解炉内的高溫绝氧环境，使热解挥发气与高溫 烟气隔绝，减少混合二次污染;热解过程中物料相对热解炉床静止，不受压，不翻动，福射管 内流体与反应炉膛完全隔离，避免了产生飞灰的问题;芦竹热解产生的高溫油气燃烧后产 生的高溫烟气中通入余热锅炉换热产生过热蒸汽，高效回收高溫油气中的热量;余热锅炉 产生的过热蒸汽，通入热解炉热解区内活化生物炭为活性炭，富余的水蒸气通入蒸汽轮机 发电产电能。
[0062] 实施例
[0063] 本实施例的芦竹原料来自广西桂林星泰公司，芦竹原料含水率40.3%。本发明芦 竹制备活性炭联产发电的方法，其步骤为：
[0064] (1)原料制备:将含水40.3%的芦竹原料粉碎至4-5cm左右。
[0065] (2)芦竹賴杆预处理:将第（1)步得到的芦竹賴杆放入反应液中浸泡预处理，反应 液为化0H和此化组成的混合水溶液，其中化0H的质量分数为1.5%，此〇2质量分数为0.5% ; 预处理参数为：固液比（g/ml)l:30,处理时间化，将经预处理后的芦竹賴杆水洗。
[0066] (3)芦竹烘干热解:将第（2)步水洗后的芦竹賴杆送入蓄热式福射管旋转床热解 炉，其中烘干溫度为no°C，烘干时间为30min，热解溫度为600°C，热解时间为30min，热解结 束后保溫30min，保溫时向热解炉内通入过热蒸汽，活化芦竹生物质炭，热解产生的高溫油 气经输送管，输送至燃烧室内。
[0067] (4)油气燃烧:将第(3)步过程中产生的高溫油气通入燃烧室内，高溫油气在燃烧 室内燃烧，产生的高溫烟气通入余热锅炉。
[0068] (5)回收余热:燃烧室产生的高溫烟气通入余热锅炉与水换热产生过热蒸汽，产生 的过热蒸汽一部分通入热解炉热解区内活化芦竹生物炭，另一部分通入蒸汽轮发电系统。
[0069] (6)蒸汽轮机发电：余热锅炉产生的过热蒸汽通入蒸汽轮机发电系统进行发电产 生电能。
[0070] 将按上述方法制备的芦竹活性炭和未对芦竹进行活化处理(未进行芦竹预处理W 及热解完成后通入过热蒸汽）的芦竹生物炭进行比较分析，结果见表1。
[0071] 表1芦竹活性炭和生物炭的比较
[0072]
[0073] 如表1所示，芦竹生物炭经过预处理和后期过热蒸汽活化之后，成为芦竹活性炭， 其比表面积增加了3倍，灰分减少了80.2%，固定碳增加了 10.1 %。
[0074] 需要说明的是，W上参照附图所描述的各个实施例仅用W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 夕hW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。
【主权项】
1. 一种芦竹生产活性炭联产发电的系统，包括:预处理系统、热解炉、燃烧室、余热锅炉 和发电装置， 所述预处理系统包括出料口， 所述热解炉包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口， 所述燃烧室包括油气进口和烟气出口， 所述余热锅炉包括烟气入口和过热蒸汽出口， 所述发电装置包括过热蒸汽入口； 所述预处理系统出料口连接所述热解炉进料口，所述热解炉油气出口连接所述燃烧室 油气进口，所述燃烧室烟气出口连接余热锅炉烟气进口，所述余热锅炉过热蒸汽出口连接 所述发电装置过热蒸汽入口。2. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述预处理系统包括浸泡装置，所述浸泡装 置包括进料口和出料口，所述浸泡装置出料口连接所述热解炉进料口。3. 根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述预处理系统进一步包括破碎装置，所述 破碎装置包括出料口，所述破碎装置出料口连接所述浸泡装置进料口。4. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述热解炉包括干燥区和热解区。5. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述余热锅炉过热蒸汽出口连接所述热解炉 过热蒸汽入口。6. -种利用权利要求1-5任一所述系统处理芦竹的方法，其特征在于，包括步骤： A、 将芦竹粉碎至4-5cm; B、 将粉碎后的芦竹在反应液中浸泡，浸泡后水洗； C、 将水洗后的芦竹送入所述热解炉先烘干后热解，热解温度为400-800°C，热解时间为 30-60min，产生高温油气，热解结束后保温30min，保温时向热解装置内通入过热蒸汽，活化 芦竹生物炭，产生活性炭； D、 将热解产生的高温油气导入燃烧室燃烧，燃烧产生的高温烟气导入余热锅炉； E、 高温烟气在余热锅炉内与水换热产生过热蒸汽，过热蒸汽通入蒸汽轮机进行蒸汽发 电。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B中所述反应液为NaOH和H2O2组成的混 合水溶液，其中NaOH的质量分数为0.2-2%，H 2O2质量分数为0.10-1.00%。8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B中所述芦竹和反应液的固液比（g/ ml) = 1:50-1:10,浸泡时间4-10 小时。9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤C中所述烘干温度为IOO-IHTC，烘干 时间为30_60min。10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将步骤E中所述余热锅产生的部分过热蒸 汽导入所述热解炉热解区。
【文档编号】B01J20/30GK105948039SQ201610474508
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】王惠惠, 巴玉鑫, 肖磊, 吴小飞, 任浩华, 房凯, 蔡先明, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司