制备活性炭的系统的制作方法

本实用新型涉及能源化工领域，具体而言，本实用新型涉及制备活性炭的系统。

背景技术：

中国是毛竹的故乡，长江以南生长着世界上85％的毛竹。其广泛分布于400～800米的丘陵、低山山麓地带，仅咸宁市楠竹种植面积就达160万亩，目前毛竹产能过剩，传统的大湖捕鱼和农作物大棚需要大量的毛竹，现在大湖捕鱼被限制，农作物大棚以钢结构代替毛竹支撑，其他轻工业制品如凉席、竹筷等需求量也降低，使得毛竹价格跌幅严重，并且毛竹加工废料、边角料、山间枯竹等难以利用，直接废弃，因此，亟待开发一种新型的毛竹利用技术。

毛竹是生物质的一种，可应用于目前所有生物质的利用技术。目前，国内外生物质利用技术种类繁多、技术复杂多样，但存在着环境二次污染、能源消耗量大、产品单一或者产品深加工程度低导致经济价值较低等问题。

因而，目前处理毛竹的手段仍有待改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出制备活性炭的系统。该系统可以将毛竹热解得到的热解竹炭深加工为高附加值的活性炭，并且无需外加能源，低碳环保，特别适合大规模推广。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种制备活性炭的系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：破碎装置，所述破碎装置具有毛竹入口和毛竹碎料出口；旋转床热解炉，所述旋转床热解炉具有进料区、预热区、过渡区、产气区和出料区，所述进料区具有毛竹碎料入口，所述预热区、所述过渡区和所述产气区中设置有多个蓄热式燃烧辐射管，所述产气区具有热解油气出口，所述出料区具有热解竹炭出口，所述热解竹炭出口连接有螺旋出料器，所述毛竹碎料入口与所述毛竹碎料出口相连；气液分离装置，所述气液分离装置具有热解油气入口、热解气出口、混合液出口；燃气锅炉，所述燃气锅炉具有燃料气入口和高温蒸汽出口，所述燃料气入口与所述热解气出口相连；回转式活化炉，所述回转式活化炉内具有催化燃烧器且与所述催化燃烧器依次相连设置有加热区、活化区和降温区，所述加热区具有热解竹炭入口，所述热解竹炭入口与所述螺旋出料器相连，所述活化区内设置有多个高温蒸汽喷口，所述高温蒸汽喷口与所述高温蒸汽出口相连，所述降温区具有高温烟气出口和活性炭出口。

由此，根据本实用新型实施例的制备活性炭的系统通过采用破碎装置将毛竹破碎后，供给至旋转床热解炉进行热解处理，得到热解油气和热解竹炭，热解油气经气液分离装置处理后，得到热解气、焦油和竹醋液，其中焦油和竹醋液可以对外出售，而热解气的一部分可以作为燃料气供给至燃气锅炉，使燃气锅炉燃烧产生高温蒸汽，无需为燃气锅炉外加能源，进而将高温蒸汽和毛竹热解得到的热解竹炭供给至回转式活化炉进行活化处理，得到活性炭和高温烟气。该系统实现了毛竹的充分利用，将毛竹热解竹炭深加工为高附加值的活性炭，且能耗较低，对环境友好，特别适合大规模推广。

任选地，所述制备活性炭的系统进一步包括：所述热解气出口与所述旋转床热解炉内的蓄热式燃烧辐射管相连。由此，可以将所述热解气作为所述蓄热式燃烧辐射管的燃料气，从而显著降低系统的能耗。

任选地，所述制备活性炭的系统进一步包括：所述热解气出口与所述回转式活化炉内的催化燃烧器相连。由此，可以将所述热解气作为所述催化燃烧器的燃料气，从而进一步降低系统的能耗。

任选地，所述制备活性炭的系统进一步包括：换热器，所述换热器具有热解气入口、高温热解气出口、高温烟气入口和低温烟气出口，所述热解气入口与所述气液分离装置的热解气出口相连，所述高温热解气出口与所述回转式活化炉内的催化燃烧器相连，所述高温烟气入口与所述降温区的高温烟气出口相连。由此，可以显著提高活化处理的效率。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的制备活性炭的系统结构示意图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的制备活性炭的系统结构示意图；

图3是根据本实用新型又一个实施例的制备活性炭的系统结构示意图；

图4是采用本实用新型一个实施例的制备活性炭的系统制备活性炭的方法流程示意图；

图5是采用本实用新型另一个实施例的制备活性炭的系统制备活性炭的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种制备活性炭的系统。根据本实用新型的实施例，参考图1，该系统包括：破碎装置100、旋转床热解炉200、气液分离装置300、燃气锅炉400和回转式活化炉500。

其中，破碎装置100具有毛竹入口101和毛竹碎料出口102；旋转床热解炉200具有进料区210、预热区220、过渡区230、产气区240和出料区250，进料区210具有毛竹碎料入口201，预热区220、过渡区230和产气区240中设置有多个蓄热式燃烧辐射管20，产气区240具有热解油气出口202，出料区250具有热解竹炭出口203，热解竹炭出口203连接有螺旋出料器21，毛竹碎料入口201与毛竹碎料出口102相连；气液分离装置300具有热解油气入口301、热解气出口302、混合液出口303；燃气锅炉400具有燃料气入口401和高温蒸汽出口402，燃料气入口401与热解气出口302相连；回转式活化炉500内具有催化燃烧器50且与催化燃烧器50依次相连设置有加热区510、活化区520和降温区530，加热区210具有热解竹炭入口501，热解竹炭入口501与螺旋出料器21相连，活化区520内设置有多个高温蒸汽喷口51，高温蒸汽喷口51与高温蒸汽出口402相连，降温区530具有高温烟气出口502和活性炭出口503。

下面参考图1～3对根据本实用新型实施例的制备活性炭的系统进行详细描述：

根据本实用新型的实施例，破碎装置100具有毛竹入口101和毛竹碎料出口102，破碎装置100适于将毛竹进行破碎处理，以便得到毛竹碎料。具体地，毛竹中的竹炭灰分极低，是制备活性炭的优质原料，毛竹废料、边角料、山间废弃枯竹等传统毛竹处理方法中无法利用的毛竹材料，都可以通过本实用新型的方法用于制备活性炭。根据本实用新型的实施例，在对毛竹进行热解处理之前，首先将毛竹进行破碎处理，由此可以显著提高后续热解处理的效率。

根据本实用新型的实施例，毛竹碎料的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，毛竹碎料的粒径可以为50～100mm。发明人发现，将毛竹破碎至该粒径，可以在后续热解处理中充分发挥旋转床热解炉的优势，极大地提高资源利用率和热解处理的效率；而如果将毛竹破碎至更小粒径，则会使破碎处理的难度和成本增大。

根据本实用新型的实施例，旋转床热解炉200具有进料区210、预热区220、过渡区230、产气区240和出料区250，进料区210具有毛竹碎料入口201，预热区220、过渡区230和产气区240中设置有多个蓄热式燃烧辐射管20，产气区240具有热解油气出口202，出料区250具有热解竹炭出口203，热解竹炭出口203连接有螺旋出料器21，毛竹碎料入口201与毛竹碎料出口102相连，旋转床热解炉200适于将破碎装置100中得到的毛竹碎料供给至旋转床热解炉进行热解处理，以便得到热解油气和热解竹炭。

根据本实用新型的实施例，可以通过调节蓄热式燃烧辐射管烧嘴的开度设置预热区220的温度不高于200摄氏度，过渡区230的温度为200～450摄氏度，产气区的温度为400～700摄氏度。由此，可以显著提高热解处理的效率。

根据本实用新型的实施例，热解处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，热解处理可以在400～700摄氏度下进行。发明人发现，如果热解处理的温度过低，则无法使毛竹中的大分子有机物有效地分解为焦油、竹炭等小分子化合物；而如果热解处理的温度过高，则会使能耗增大。

根据本实用新型的实施例，气液分离装置300具有热解油气入口301、热解气出口302、混合液出口303，气液分离装置300适于将旋转床热解炉200产生热解油气进行气液分离处理，以便得到热解气、焦油和竹醋液的混合液。具体地，得到的热解气具有一定的热值，可以进一步作为后续步骤中所需的燃料气加以利用，而得到的焦油和竹醋液的混合液可以储存并对外销售。

根据本实用新型的实施例，燃气锅炉400具有燃料气入口401和高温蒸汽出口402，燃料气入口401与热解气出口302相连，燃气锅炉400适于利用气液分离装置300中得到的热解气的一部分作为燃料气进行燃烧，以便得到高温蒸汽。根据本实用新型的实施例，得到的高温蒸汽可以满足后续活化处理中所需的蒸汽量，从而可以降低活化处理的能耗。

根据本实用新型的实施例，热解气出口302与旋转床热解炉200内的蓄热式燃烧辐射管20相连，根据本实用新型的实施例，热解气具有一定的热值，可以作为蓄热式燃烧辐射管的燃料气加以利用，无需另外通入额外的燃料气，从而可以降低旋转床热解炉200内热解处理的能耗。

根据本实用新型的实施例，回转式活化炉500内具有催化燃烧器50且与催化燃烧器50依次相连设置有加热区510、活化区520和降温区530，加热区210具有热解竹炭入口501，热解竹炭入口501与螺旋出料器21相连，活化区520内设置有多个高温蒸汽喷口51，高温蒸汽喷口51与高温蒸汽出口402相连，降温区530具有高温烟气出口502和活性炭出口503，回转式活化炉500适于对旋转床热解炉200得到的热解竹炭进行活化处理，获得活性炭和高温烟气。具体地，根据本实用新型的实施例，首先启动回转式活化炉内的催化燃烧器，并使其中的过剩空气系数为2，使S300中得到的热解气在蘸有催化剂的蜂窝状堇青石载体表面稳定无焰燃烧，从而向回转式活化炉中以辐射的方式传递热量，进一步地，向热解竹炭喷洒S400中蒸汽锅炉产生的高温蒸汽，使热解竹炭的温度进一步升高，同时通过与高温蒸汽的不断接触不断活化，生成活性炭。此外，回转式热解炉中的二氧化碳还可以与热解竹炭中的炭黑反应，从而提高制备得到的活性炭的品质，进一步增加活性炭的比表面积。

根据本实用新型的实施例，热解气出口302与回转式活化炉500内的催化燃烧器50相连，根据本实用新型的实施例，热解气具有一定的热值，可以作为催化燃烧器的燃料气加以利用，无需另外通入额外的燃料气，从而可以降低回转式活化炉500内热解处理和能耗。

根据本实用新型的实施例，活化处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，活化处理是在800～950摄氏度下完成的。发明人发现，采用该温度进行活化处理，可以显著提高活化处理的效率并提高制备得到的活性炭的品质。

进一步地，根据本实用新型的实施例，S500中产生的高温烟气与准备供给至催化燃烧器的热解气进行换热处理后，经旋风除尘后达标排放。由于采用催化燃烧器对回转式活化炉进行加热，高温烟气经除尘后的尾气中污染物含量极低，其中CO含量不高于4毫克/立方米，NO_x含量不高于10毫克/立方米。

参考图3，根据本实用新型实施例的制备活性炭的系统进一步包括：换热器600。

根据本实用新型的实施例，换热器600具有热解气入口601、高温热解气出口602、高温烟气入口603和低温烟气出口604，热解气入口601与气液分离装置300的热解气出口302相连，高温热解气出口602与回转式活化炉500内的催化燃烧器50相连，高温烟气入口603与降温区530的高温烟气出口502相连，换热器600适于在将热解气供给至催化燃烧器50之前，预先经热解气与高温烟气进行换热处理，以便利用高温烟气对热解气进行加热。具体地，高温烟气由回转式活化炉500对热解竹炭进行活化处理过程中产生，具有较高的温度，通过进行换热处理，可以有效地提高热解气的热值，使热解气在催化燃烧器50中燃烧时可以达到与天然气同等的放热效果。

由此，根据本实用新型实施例的制备活性炭的系统通过采用破碎装置将毛竹破碎后，供给至旋转床热解炉进行热解处理，得到热解油气和热解竹炭，热解油气经气液分离后，得到热解气、焦油和竹醋液，其中焦油和竹醋液可以对外出售，而热解气的一部分可以作为燃料气供给至燃气锅炉，使燃气锅炉燃烧产生高温蒸汽，热解气的另一部分可以分别作为燃料气供给至旋转床热解炉内的蓄热式燃烧辐射管和/或回转式活化炉内的催化燃烧器，从而无需为燃气锅炉、蓄热式燃烧辐射管和催化燃烧器外加能源，进而将高温蒸汽和毛竹热解得到的热解竹炭供给至回转式活化炉进行活化处理，得到活性炭和高温烟气。经计算，生产1t活性炭需要2t高温蒸汽和2.5～3t热解竹炭。该系统实现了毛竹的充分利用，将毛竹热解竹炭深加工为高附加值的活性炭，且能耗较低，对环境友好，特别适合大规模推广。

为了方便理解，下面参考图4～5对采用本实用新型实施例的制备活性炭的系统制备活性炭的方法进行详细描述，根据本实用新型的实施例，该方法包括：

S100：破碎处理

该步骤中，将毛竹进行破碎处理，以便得到毛竹碎料。具体地，毛竹中的竹炭灰分极低，是制备活性炭的优质原料，毛竹废料、边角料、山间废弃枯竹等传统毛竹处理方法中无法利用的毛竹材料，都可以通过本实用新型的方法用于制备活性炭。根据本实用新型的实施例，在对毛竹进行热解处理之前，首先将毛竹进行破碎处理，由此可以显著提高后续热解处理的效率。

根据本实用新型的实施例，毛竹碎料的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，毛竹碎料的粒径可以为50～100mm。发明人发现，将毛竹破碎至该粒径，可以在后续热解处理中充分发挥旋转床热解炉的优势，极大地提高资源利用率和热解处理的效率；而如果将毛竹破碎至更小粒径，则会使破碎处理的难度和成本增大。

S200：热解处理

该步骤中，将S100中得到的毛竹碎料供给至旋转床热解炉进行热解处理，以便得到热解油气和热解竹炭。

根据本实用新型的实施例，热解处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，热解处理可以在400～700摄氏度下进行。发明人发现，如果热解处理的温度过低，则无法使毛竹中的大分子有机物有效地分解为焦油、竹炭等小分子化合物；而如果热解处理的温度过高，则会使能耗增大。

S300：气液分离处理

该步骤中，将热解油气供给至气液分离装置进行气液分离处理，以便得到热解气、焦油和竹醋液的混合液。具体地，得到的热解气具有一定的热值，可以进一步作为后续步骤中所需的燃料气加以利用，而得到的焦油和竹醋液的混合液可以储存并对外销售。

S400：产生高温蒸汽

该步骤中，将S300中得到的热解气的一部分作为燃料气供给至燃气锅炉，以便得到高温蒸汽。根据本实用新型的实施例，得到的高温蒸汽可以满足后续活化处理中所需的蒸汽量，从而可以降低活化处理的能耗。

S410：热解气再利用

该步骤中，将S300中得到的热解气的另一部分分别供给至旋转床热解炉内的蓄热式燃烧辐射管和/或回转式活化炉内的催化燃烧器。根据本实用新型的实施例，热解气具有一定的热值，可以作为蓄热式燃烧辐射管和催化燃烧器的燃料气加以利用，无需另外通入额外的燃料气，从而可以降低热解处理和活化处理的能耗。

S420：换热处理

该步骤中，在将热解气供给至催化燃烧器之前，预先经热解气与高温烟气进行换热处理，以便利用高温烟气对热解气进行加热。具体地，高温烟气由回转式活化炉对热解竹炭进行活化处理过程中产生，具有较高的温度，通过进行换热处理，可以有效地提高热解气的热值，使热解气在催化燃烧器中燃烧时可以达到与天然气同等的放热效果。

S500：活化处理

该步骤中，将热解竹炭和高温蒸汽供给至回转式活化炉内，以便对热解竹炭进行活化处理，获得活性炭和高温烟气。具体地，根据本实用新型的实施例，首先启动回转式活化炉内的催化燃烧器，并使其中的过剩空气系数为2，使S300中得到的热解气在蘸有催化剂的蜂窝状堇青石载体表面稳定无焰燃烧，从而向回转式活化炉中以辐射的方式传递热量，进一步地，向热解竹炭喷洒S400中蒸汽锅炉产生的高温蒸汽，使热解竹炭的温度进一步升高，同时通过与高温蒸汽的不断接触不断活化，生成活性炭。此外，回转式热解炉中的二氧化碳还可以与热解竹炭中的炭黑反应，从而提高制备得到的活性炭的品质，进一步增加活性炭的比表面积。

根据本实用新型的实施例，活化处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，活化处理是在800～950摄氏度下完成的。发明人发现，采用该温度进行活化处理，可以显著提高活化处理的效率并提高制备得到的活性炭的品质。

进一步地，根据本实用新型的实施例，S500中产生的高温烟气与准备供给至催化燃烧器的热解气进行换热处理后，经旋风除尘后达标排放。由于采用催化燃烧器对回转式活化炉进行加热，高温烟气经除尘后的尾气中污染物含量极低，其中CO含量不高于4毫克/立方米，NO_x含量不高于10毫克/立方米。

由此，采用本实用新型实施例的制备活性炭的系统制备活性炭的方法通过将经破碎的毛竹供给至旋转床热解炉进行热解处理，得到热解油气和热解竹炭，热解油气经气液分离后，得到热解气、焦油和竹醋液，其中焦油和竹醋液可以对外出售，而热解气的一部分可以作为燃料气供给至燃气锅炉，使燃气锅炉燃烧产生高温蒸汽，热解气的另一部分可以分别作为燃料气供给至旋转床热解炉内的蓄热式燃烧辐射管和/或回转式活化炉内的催化燃烧器，从而无需为燃气锅炉、蓄热式燃烧辐射管和催化燃烧器外加能源，进而将高温蒸汽和毛竹热解得到的热解竹炭供给至回转式活化炉进行活化处理，得到活性炭和高温烟气。经计算，生产1t活性炭需要2t高温蒸汽和2.5～3t热解竹炭。该方法实现了毛竹的充分利用，将毛竹热解竹炭深加工为高附加值的活性炭，且能耗较低，对环境友好，特别适合大规模推广。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

将堆密度为327.47m³/kg，含水率6.34wt％的毛竹枯竹竿破碎至粒径为50mm左右的块状，通过旋转床热解炉的进料区送入炉内热解。旋转床旋转一周用时90min，炉膛内的温度分布为：预热区150～200℃；过渡区250～450℃；产气区500～700℃。热解后的热解气、热解竹炭、焦油及竹醋液的产率见表1，热解竹炭的工业分析和元素分析见表2，热解气的气体成分及热值见表3。将热解竹炭通入回转式活化炉，回转式活化炉内的温度在800℃以上，通过催化燃烧技术，使得回转式活化炉内含氧量为9％，打开高温蒸汽入口，使得热解竹炭与高温蒸汽比例为1.5:1，热解竹炭在加热区由600℃升至800℃，并随炉体转动进入活化区，此时热解竹炭与水蒸气接触反应后，温度迅速升高至950℃，并经过30min的活化进入降温区，生成高品质的活性炭，其碘值为1022mg/g。

实施例2

将堆密度为239.60m³/kg，含水率6.38wt％的毛竹枯竹尖破碎至粒径为50mm左右的碎枝，通过旋转床热解炉的进料区送入炉内热解。旋转床旋转一周用时90min，炉膛内的温度分布为：预热区150～200℃；过渡区250～450℃；产气区500～700℃。热解后的热解气、热解竹炭、焦油及竹醋液的产率见表1，热解竹炭的工业分析和元素分析见表2，热解气的气体成分及热值见表3。将热解竹炭通入回转式活化炉，回转式活化炉内的温度在800℃以上，通过催化燃烧技术，使得回转式活化炉内含氧量为9％，打开高温蒸汽入口，使得热解竹炭与高温蒸汽比例为1.5:1，热解竹炭在加热区由600℃升至800℃，并随炉体转动进入活化区，此时热解竹炭与水蒸气接触反应后，温度迅速升高至950℃，并经过30min的活化进入降温区，生成高品质的活性炭，其碘值为1158mg/g。

实施例3

将堆密度为361.73m³/kg，含水率6.77wt％的毛竹鲜竹竿破碎至粒径为50mm左右的圆柱状，通过旋转床热解炉的进料区送入炉内热解。旋转床旋转一周用时90min，炉膛内的温度分布为：预热区150～200℃；过渡区250～450℃；产气区500～700℃。热解后的热解气、热解竹炭、焦油及竹醋液的产率见表1，热解竹炭的工业分析和元素分析见表2，热解气的气体成分及热值见表3。将热解竹炭通入回转式活化炉，回转式活化炉内的温度在800℃以上，通过催化燃烧技术，使得回转式活化炉内含氧量为9％，打开高温蒸汽入口，使得热解竹炭与高温蒸汽比例为1.5:1，热解竹炭在加热区由600℃升至800℃，并随炉体转动进入活化区，此时热解竹炭与水蒸气接触反应后，温度迅速升高至950℃，并经过30min的活化进入降温区，生成高品质的活性炭，其碘值为1220mg/g。

表1.毛竹各部位热解后产物产率

表2.毛竹不同原料热解竹炭工业分析和元素分析及热值

表3.毛竹不同原料热解气组分及热值

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。