一种炭化活化一体化加工装置及其加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种炭化活化一体化加工装置及其加工方法，该装置集成了原料的干燥、炭化、活化于一个炉体内，其生产活性炭是自热式的连续加工生产。本发明所述的装置结构设计紧凑，实现了炭化和活化的过程的一体化，装置运行稳定，不需要外界供热即可稳定运行，既节能又环保，且运用该装置加工得到的活性炭具有很好的品质。
【专利说明】
一种炭化活化一体化加工装置及其加工方法
技术领域
[0001]本发明涉及活性炭的生产领域，尤其是一种炭化活化一体化加工装置及其加工方法。
【背景技术】
[0002]活性炭由于具有优异的吸附特性而广泛应用于各行各业中，已成为生产生活中必备的、重要的工业产品。
[0003]活性炭的生产工艺主要包括炭化和活化两个步骤，其中炭化的实质是有机物的热解过程，包括热分解反应和热缩聚反应，在高温条件下，有机化合物中所含的氢、氧等元素的组成被分解。碳原子不断环化，芳构化，结果使氢、氧、氮等原子不断减少，炭不断富集，最后经过石墨化过程成为富炭或纯炭物质;活化的目的是利用蒸汽或化学物质来清除炭化过程中积聚在孔隙结构中的焦油物质及裂解产物，以提高孔洞体积(或表面积)及高吸附容量的成品炭。活化的方法主要是使用物理活化法，也叫做气体活化，此过程是将炭化产物于高温(800-950°C)，通以水蒸气、二氧化碳或空气与炭质做选择性炭的氧化，以清除堆积在孔洞的反应生成物。
[0004]木质物理法活性炭指以木质物料为原料，采用物理活化法生产的活性炭，由于其原料和活化剂(水蒸汽和二氧化碳)清洁、产品无污染，目前备受欢迎。现有技术中，几乎所有的物理法活性炭生产设备都是炭化炉和活化炉分开设置、分开运行。仅有几件文献涉及了炭化活化一体炉。例如，实用新型专利CN 201240852 Y公开了一种可连续炭化、活化生产物理炭的转炉，包括呈倾斜状放置的炭化段转炉和倾斜位于下侧并与炭化段转炉相串接的活化段转炉，其炭化段转炉与活化段转炉对接处之间分别设有用以防止炉内物料外泄且可相对转动的密封连接件。该转炉从外观上是炭化段与活化段形成一体，实际上还是炭化与活化两个反应器分开运行，而且其防止炉内物料外泄且可相对转动的密封连接件也很容易磨损后泄露。
[0005]发明专利CN102311742B公开了一种纤维素工业生物质废弃物的加工方法及其工艺装置，将纤维素工业生物质原料供入干燥系统，由来自炭化过程中挥发份燃烧产生的高温烟气提供热量，使原料得以干燥;干燥原料经气固分离器分离后，进入炭化反应器部分热解炭化，依靠燃烧挥发分维持反应器内的温度和炭化所需要的热量，所得到的炭化反应中间产物在进入提升管活化炉，在氧化性介质和活化剂的作用下制得活性炭，活化炉内的温度是通过燃烧部分炭化料提供的热量来维持的，活化的高温气固产物通过换热制备系统需要的蒸汽。这个工艺过程采用完全自热的连续运行方式，但是原料的干燥与炭化过程是分别在滚筒干燥器和(旋风)炭化炉两个反应器中进行的，而且在提升管反应器内的活化温度是通过燃烧部分炭化料提供的热量来维持的，从而降低了活性炭的产率。
[0006]实用新型专利CN201043140Y公开了一种自热炭化活化一体回转炉，由进料口、废热锅炉、第一托轮、第一托圈、传动齿圈、回转炉体、第二托轮、第二托圈、保温层、抄料板、回转炉炉头、炉内胆、炉内拱、煤气燃烧孔、蒸汽加入管、进风孔、炉内墙、出料口、蒸汽管支架、炉内胆支臂、电机、减速机构成。物料是在炉内胆内向前移动过程中依次完成炭化与活化，炭化与活化产生的可燃气在回转炉头燃烧，燃烧的热气体再反方向经过炉内胆与炉内胆支臂间的烟道加热回转炉内胆，实现循环生产运行。但这种设计结构的最大缺点在于炭化阶段产生的可燃气体，如H2、C0、CH4、焦油等必须经过活化段才能从内胆出去，这些气体不能作为活化剂、会使活化剂蒸汽的分压降低、降低蒸汽对炭化料的活化效率和活化产品的质量。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种炭化活化一体化加工装置及其加工方法。该装置是一种往复式连续进行炭化活化一体化加工的装置，有利于炭化活化过程的稳定运行，装置设计利于节能、环保，同时提高活性炭的品质。
[0008]本发明所述的炭化活化一体化加工装置集成了原料的干燥、炭化、活化于一个炉体内，其生产活性炭实现自热式的连续加工生产。
[0009]本发明所述的炭化活化一体化加工装置，将炭化内管设置在转炉内腔中，炭化原料在炭化内管中行进的过程中逐渐被炭化，炭化释放出的可燃气通过炭化内管上部的炭化可燃气出孔进入外环的活化腔体，通过与供入的空气混合燃烧放热为活化提供充足的热能，并为内管内的原料炭化提供热量，实现炭化和活化的自热、稳定运行，既节能又环保。
[0010]本发明所述的炭化活化一体化加工装置，其进气管由6-8根水蒸汽与空气混合进气管组成，通过旋转接头接入炭化活化一体式转炉内的活化腔体，其中水蒸汽来源于所述装置中的余热锅炉，在活化腔体内作为活化剂使用，发生活化反应;空气进入活化腔体，主要利用其所含氧气与炭化料释放出的挥发分以及活化产生的可燃气发生燃烧反应放热，而且燃烧产生的二氧化碳，以及空气中自带的二氧化碳也发挥出活化剂的作用。6-8根混合进气管的设计是由于少于6根时，水蒸汽和空气在活化腔体内分布不是十分均匀、炭化料的活化效果不好导致生产出的产品质量也不很好，增加根数可提升运行效果，但多于8根则提升效果不明显，同时在制造上也增加了难度和运行成本。
[0011]本发明所述的炭化活化一体化加工装置结构设计紧凑，在转炉内部中心设置炭化炉(炭化内管)，原料炭化释放出的可燃气在活化腔体内部燃烧，供给活化和炭化所需的热量，避免了单独活化时消耗部分炭化料的问题，提高了活性炭产品的得率，节省了原材料的消耗和人工等成本。
[0012]本发明所述的炭化活化一体化加工方法，系统运转稳定时，由于不需要在添加外部燃料，故该方法提高了系统的能量利用效率，并能使烟气达标排放。
[0013]本发明所述的炭化活化一体化加工方法中，炭化原料在炭化内管内的停留时间通过推料螺旋的转速可控，炭化料在外环的活化腔体内的停留时间通过炭化料的出料速度和转炉的转速控制，其中炭化料的出料速度主要与推料螺旋的转速相关，通过对以上因素的控制来保证炭化活化的停留时间和活性炭的质量。具体来说，推料螺旋转速控制在5?1rpm，转炉的转速控制在0.3?1.0rpm，低于以上最低转速产品产量低或高于以上最高转速，活性炭产品的质量低。
[0014]本发明所述的装置及其加工方法，其使用的原料不仅仅局限于木质物料，其它含碳的有机物，例如污泥、生活垃圾等也可作为本发明的原料来生产炭化料和活性炭。
[0015]具体方案如下: 一种炭化活化一体化加工装置，包括炭化活化一体式转炉、进料装置、炭化内管、出料冷却装置、气体收集室、二次燃烧室、余热锅炉、水洗冷却塔、引风机、底座、传动装置、转炉驱动装置、热风炉、旋转接头和进气管；
所述炭化活化一体式转炉具有转炉前端和转炉后端，所述转炉前端设置进料装置、出料冷却装置和气体收集室，所述转炉后端设置有启动升温用的热风炉，且在所述转炉后端通过旋转接头连接进气管，在所述炭化活化一体式转炉的中心沿轴向设置炭化内管，所述炭化内管内设置推料螺旋，所述炭化内管延伸出转炉后端并被密封固定；
所述炭化内管上方开有炭化可燃气出孔，所述炭化内管的尾部开有炭化料出口；所述炭化内管与炭化活化一体式转炉外筒体间形成一活化腔体，炭化内管内发生炭化产生的热解气从炭化可燃气出孔进入活化腔体，炭化内管内发生炭化产生的炭化料从炭化料出口进入活化腔体，并沿原料行进的反方向行进，在活化腔体内发生活化反应，生成活性炭，经出料冷却装置冷却后排出；
所述的进料装置包括原料料仓、螺旋驱动装置和推料螺旋，其中螺旋驱动装置与推料螺旋一端相连，所述推料螺旋的另一端插入所述炭化内管，并一直延伸至炭化料出口，所述原料料仓设在推料螺旋上方；
所述的气体收集室与二次燃烧室相连，所述的二次燃烧室的气体出口与余热锅炉、水洗冷却塔和引风机依次相连;所述炭化活化一体式转炉的外周面上设置有两个传动装置，所述炭化活化一体式转炉的下方两旁设有两个底座，所述的底座支撑传动装置，所述传动装置与转炉驱动装置相接触，当炭化活化一体式转炉在滚转时，底座和传动装置配合实现对炭化活化一体式转炉进行沿其轴向和径向的定位。
[0016]进一步的，所述的转炉驱动装置为电机。
[0017]进一步的，所述的出料冷却装置包括出料冷却盘管和出料冷却转筒，其中出料冷却盘管设在转炉前端的外周，并与出料冷却转筒相连接。
[0018]进一步的，所述的进气管由6-8根水蒸汽与空气混合进气管组成，通过旋转接头接入炭化活化一体式转炉内的活化腔体，并分布在炭化活化一体式转炉的内周面上，每根混合进气管伸入活化腔体内的部分上开设有小口。
[0019]进一步的，所述炭化活化一体式转炉的转炉前端低于所述转炉后端。
[0020]一种炭化活化一体化加工装置的加工方法，包括以下步骤:
原料由原料料仓进入炭化活化一体式转炉，螺旋驱动装置带动推料螺旋运动，将原料在炭化内管内由转炉前端推向转炉后端，原料在行进的过程发生炭化反应，生产炭化料，炭化料由炭化料出口进入活化腔体，炭化过程所释放出的可燃气通过炭化内管上的炭化可燃气出孔进入活化腔体；
炭化料在活化腔体内依靠自身重力及流体的带动作用沿与原料移动方向相反的方向移动，炭化过程所释放出的可燃气，与由进气管引入的空气和水蒸汽在活化腔体内混合发生燃烧反应并放热，促进炭化料的活化过程的进行，同时也对炭化内管进行加热，促进炭化过程的进行；
活化腔体内燃烧后剩余气体引入气体收集室，通过狭窄通道进入二次燃烧室完全燃烧，所产生的高温热烟气进入余热锅炉换热产生水蒸汽，该水蒸汽通过进气管供给所述的活化过程，换热后的低温烟气经水洗冷却塔降温后由引风机吸引排入大气。[OO21 ] 进一步的，所述的推料螺旋转速为5?lOrpm。
[0022]进一步的，所述的炭化活化一体式转炉的转速为0.3?1.0rpm。
[0023]有益效果:本发明所述的炭化活化一体化加工装置结构设计紧凑，实现了炭化和活化的过程的一体化，装置运行稳定，不需要外界供热，既节能又环保，且运用该装置加工得到的活性炭具有较好的品质。
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例1提供的装置结构示意图。
[0025]附图标记列示如下:卜炭化活化一体式转炉;2-原料料仓;3-炭化内管;4-出料冷却盘管;5-出料冷却转筒;6-气体收集室;7-二次燃烧室;8-余热锅炉;9-水洗冷却塔；10-引风机；11-螺旋驱动装置；12-炭化可燃气出孔；13-底座；14-传动装置；15-转炉驱动装置；16-炭化料出口 ； 17-热风炉；18-旋转接头;19-进气管;20-推料螺旋。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0027]实施例1
一种炭化活化一体化加工装置，如图1所示，包括炭化活化一体式转炉(I)、进料装置、炭化内管(3)、出料冷却装置、气体收集室(6)、二次燃烧室(7)、余热锅炉(8)、水洗冷却塔(9)、引风机(10)、底座(13)、传动装置(14)、转炉驱动装置(15)、热风炉(17)、旋转接头(18)和进气管(19 )，其中进料装置包括原料料仓(2 )、螺旋驱动装置(11)和推料螺旋(20 )，其中螺旋驱动装置(11)与推料螺旋(20)—端相连，所述推料螺旋(20)的另一端插入所述炭化内管(3 )，并一直延伸至炭化料出口( 16 )，所述原料料仓(2 )设在推料螺旋(20 )上方；出料冷却装置由出料冷却盘管(4)和出料冷却转筒(5)组成，其中出料冷却盘管(4)设在转炉前端的外周，并与出料冷却转筒(5)相连接。
[0028]进一步的，所述炭化活化一体式转炉(I)具有转炉前端和转炉后端，所述转炉前端设置进料装置、出料冷却装置和气体收集室(6)，所述转炉后端设置有启动升温用的热风炉
(17)，且在所述转炉后端通过旋转接头(18)连接进气管(19)，在所述炭化活化一体式转炉
(I)的中心沿轴向设置炭化内管(3)，所述炭化内管(3)内设置推料螺旋(20)，所述炭化内管(3)延伸出转炉后端并被密封固定。
[0029]进一步的，所述炭化内管(3)正上方开有一排炭化可燃气出孔(12)，所述炭化内管
(3)的尾部开有炭化料出口(16);所述炭化内管(3)与炭化活化一体式转炉外筒体间形成一活化腔体，炭化内管(3)内发生炭化产生的热解气从炭化可燃气出孔(12)进入活化腔体，炭化内管(3)内发生炭化产生的炭化料从炭化料出口(16)进入活化腔体，并沿原料行进的反方向行进，在活化腔体内发生活化反应，生成活性炭，经出料冷却装置冷却后排出。
[0030]进一步的，所述炭化活化一体式转炉(I)的转炉前端低于所述转炉后端，炭化活化一体式转炉(I)转动过程中，在重力作用下，活化腔体内活化反应固体原料会由转炉后端向转炉前端移动;与此同时，在引风机(10)的间接作用下，活化腔体内的气体由转炉后端向转炉前端移动，也会带动活化反应固体原料的移动。
[0031]进一步的，所述的气体收集室(6)与二次燃烧室(7 )相连，所述的二次燃烧室(7 )的气体出口与余热锅炉(8)、水洗冷却塔(9)和引风机(10)依次相连。
[0032]进一步的，所述炭化活化一体式转炉(I)的外周面上设置有两个传动装置(14)，所述炭化活化一体式转炉(I)的下方两旁设有底座(13)，所述的底座(3)支撑传动装置(14)，所述传动装置(14)与转炉驱动装置(15)相接触，所述的转炉驱动装置为电机，当炭化活化一体式转炉(I)在滚转时，底座(3)和传动装置(14)配合实现对炭化活化一体式转炉(I)进行沿其轴向和径向的定位。
[0033]进一步的，所述的进气管(19)由6-8根水蒸汽与空气混合进气管组成，通过旋转接头(18)接入炭化活化一体式转炉内的活化腔体，并分布在炭化活化一体式转炉(I)的内周面上，每根混合进气管伸入活化腔体内的部分上开设有小口(未示出)，以增加水蒸汽与空气扩散速度。
[0034]该装置通过热风炉(17)启动升温，热风炉的作用是在装置启动时，通过燃烧外部的能源，例如生物质颗粒，使炭化内管和活化腔体由常温被加热到500°C左右，耗时大约2小时，这时候原料炭化释放出的可燃组分就可接续燃烧，停止供应外部燃料，系统开始自热运行。此时，将原料由原料料仓(2)进入炭化活化一体式转炉(1)，螺旋驱动装置(11)带动推料螺旋(20 )运动，推料螺旋转速控制在5?1rpm，将原料在炭化内管(3 )内由转炉前端推向转炉后端，原料在行进的过程发生炭化反应，生产炭化料，炭化料由炭化料出口( 16)进入活化腔体，炭化过程所释放出的可燃气通过炭化内管上的炭化可燃气出孔(12)进入活化腔体。转炉的转速控制在0.3?1.0rpm，炭化料在活化腔体内依靠自身重力及流体的带动作用沿与原料移动方向相反的方向移动，炭化过程所释放出的可燃气，与由进气管(19)引入的水蒸汽和空气在活化腔体内混合发生燃烧反应并放热，促进炭化料的活化过程的进行，同时也对炭化内管(3)进行加热，促进炭化过程的进行。
[0035]活化腔体内燃烧后剩余气体引入气体收集室(6)，通过狭窄通道进入二次燃烧室
(7)完全燃烧，所产生的高温热烟气进入余热锅炉(8)换热产生水蒸汽，该水蒸汽通过进气管(19)供给所述的活化过程，换热后的低温烟气经水洗冷却塔(9)降温后由引风机(10)吸引排入大气。
[0036]整套装置结构设计紧凑，实现了炭化和活化的过程的一体化，装置在运行过程中比较稳定，不需要外界供热，既节能又环保，且运用该装置加工得到的活性炭具有较好的品质。
[0037]本发明所述的装置，其使用的原料不仅仅局限于木质物料，其它含碳的有机物，例如污泥、生活垃圾等也可作为本发明的原料来生产炭化料和活性炭。
[0038]实施例2
实施例1只是示例性的，本领域的技术人员应该想到，冷却装置还能为其它结构，如水冷夹套和冷却转筒组成；炭化可燃气出孔(12)的位置也可以在炭化内管(3)的上侧面均匀分布，而不是炭化内管(3)正上方呈一条线排列，炭化可燃气出孔(12)的作用在于让炭化过程所释放出的可燃气释放进入活化腔体。
[0039]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种炭化活化一体化加工装置，其特征在于:包括炭化活化一体式转炉、进料装置、炭化内管、出料冷却装置、气体收集室、二次燃烧室、余热锅炉、水洗冷却塔、引风机、底座、传动装置、转炉驱动装置、热风炉、旋转接头和进气管； 所述炭化活化一体式转炉具有转炉前端和转炉后端，所述转炉前端设置进料装置、出料冷却装置和气体收集室，所述转炉后端设置有启动升温用的热风炉，且在所述转炉后端通过旋转接头连接进气管，在所述炭化活化一体式转炉的中心沿轴向设置炭化内管，所述炭化内管内设置推料螺旋，所述炭化内管延伸出转炉后端并被密封固定； 所述炭化内管上方开有炭化可燃气出孔，所述炭化内管的尾部开有炭化料出口；所述炭化内管与炭化活化一体式转炉外筒体间形成一活化腔体，炭化内管内发生炭化产生的热解气从炭化可燃气出孔进入活化腔体，炭化内管内发生炭化产生的炭化料从炭化料出口进入活化腔体，并沿原料行进的反方向行进，在活化腔体内发生活化反应，生成活性炭，经出料冷却装置冷却后排出； 所述的进料装置包括原料料仓、螺旋驱动装置和推料螺旋，其中螺旋驱动装置与推料螺旋一端相连，所述推料螺旋的另一端插入所述炭化内管，并一直延伸至炭化料出口，所述原料料仓设在推料螺旋上方； 所述的气体收集室与二次燃烧室相连，所述的二次燃烧室的气体出口与余热锅炉、水洗冷却塔和引风机依次相连;所述炭化活化一体式转炉的外周面上设置有两个传动装置，所述炭化活化一体式转炉的下方两旁设有两个底座，所述的底座支撑传动装置，所述传动装置与转炉驱动装置相接触，当炭化活化一体式转炉在滚转时，底座和传动装置配合实现对炭化活化一体式转炉进行沿其轴向和径向的定位。2.根据权利要求1所述的炭化活化一体化加工装置，其特征在于:所述的转炉驱动装置为电机。3.根据权利要求1所述的炭化活化一体化加工装置，其特征在于:所述的出料冷却装置包括出料冷却盘管和出料冷却转筒，其中出料冷却盘管设在转炉前端的外周，并与出料冷却转筒相连接。4.根据权利要求1所述的炭化活化一体化加工装置，其特征在于:所述的进气管由6-8根水蒸汽与空气混合进气管组成，通过旋转接头接入炭化活化一体式转炉内的活化腔体，并分布在炭化活化一体式转炉的内周面上，每根混合进气管伸入活化腔体内的部分上开设有小口。5.根据权利要求1所述的炭化活化一体化加工装置，其特征在于:所述炭化活化一体式转炉的转炉前端低于所述转炉后端。6.—种利用权利要求1至5中任意一项所述的炭化活化一体化加工装置的加工方法，其特征在于:包括以下步骤: 原料由原料料仓进入炭化活化一体式转炉，螺旋驱动装置带动推料螺旋运动，将原料在炭化内管内由转炉前端推向转炉后端，原料在行进的过程发生炭化反应，生产炭化料，炭化料由炭化料出口进入活化腔体，炭化过程所释放出的可燃气通过炭化内管上的炭化可燃气出孔进入活化腔体； 炭化料在活化腔体内依靠自身重力及流体的带动作用沿与原料移动方向相反的方向移动，炭化过程所释放出的可燃气，与由进气管引入的空气和水蒸汽在活化腔体内混合发生燃烧反应并放热，促进炭化料的活化过程的进行，同时也对炭化内管进行加热，促进炭化过程的进行； 活化腔体内燃烧后剩余气体引入气体收集室，通过狭窄通道进入二次燃烧室完全燃烧，所产生的高温热烟气进入余热锅炉换热产生水蒸汽，该水蒸汽通过进气管供给所述的活化过程，换热后的低温烟气经水洗冷却塔降温后由引风机吸引排入大气。7.根据权利要求6所述的炭化活化一体化加工装置的加工方法，其特征在于:所述的推料螺旋转速为5?lOrpm。8.根据权利要求6所述的炭化活化一体化加工装置的加工方法，其特征在于:所述的炭化活化一体式转炉的转速为0.3?1.0rpm。
【文档编号】C01B31/10GK106044767SQ201610673596
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月16日 公开号201610673596.0, CN 106044767 A, CN 106044767A, CN 201610673596, CN-A-106044767, CN106044767 A, CN106044767A, CN201610673596, CN201610673596.0
【发明人】翟世辉
【申请人】厦门中科城环新能源有限公司