一种自供热式两段化学活化炉的制作方法

本实用新型涉及活性炭制备领域，尤其涉及一种实现对有害排放物的去除并减少加热耗能成本的自供热式两段化学活化炉。

背景技术：

在目前磷酸法活性炭生产中，均采用内热式逆向热气与物料流动的加热方式，即热空气由炉头加热向炉尾供热空气，炭化、活化料由炉尾向炉头流动。在生产过程中大量的热解空气：CO、CO2、水蒸气、磷酸汽、木煤气、焦油均由烟道排到大气中，严重污染了空气并且耗能严重，吨炭成产加热耗能成本在300～400元。在国内环保的压力下，各企业都在花费大量的财力改造排烟净化系统，但效果很不明显，且投入巨大。且常规的磷酸活化过程中，由于高温烟道气常含有微小的固体颗粒，导致活性炭的灰分含量偏高，显著影响了活性炭的品质，在高温下加热介质气流会加重浸渍物料中活化剂磷酸的挥发，提高磷酸的消耗，增大了活性炭的生产成本。

并且这种被动的技术改造不能彻底根治污染源，基本原因是由于干燥段是低温排潮，原料只是排出水蒸气对大气基本上不产生污染，污染主要来自中高温热解段，原料在350℃时热解反应剧烈大量的CO、木煤气、焦油等分解出在炉中与水蒸气混合直接排到大气中，因此造成较为严重的污染。

中国专利局于2018年3月2日公开了一种内辐射热式活性炭生产装置的发明专利授权，授权公告号CN105565315B，所述炭活化转炉具有转炉前端和转炉后端，所述转炉前端设置有转炉炭化料进料口，所述转炉后端设置有转炉活性炭出料口，在所述炭活化转炉的内腔沿该内腔的轴向设置有热辐射加热体，所述热辐射加热体具有内置加热装置，所述转炉炭化料进料口连接进料装置，所述转炉活性炭出料口连接出料装置。其内辐射热式活性炭生产装置，虽然能够有利于活性炭生产的稳定运行，有利于节能、环保或提高活性炭的品质，但是其也存在着一定的缺陷，例如其在工作过程中生成的热解空气：CO、CO2、水蒸气（85%）、磷酸汽、木煤气、焦油均由烟道排到大气中，严重污染了空气，并且由于其中的CO、木煤气以及焦油等可燃性气体不能有效的回收利用，因此其能源回收率较低耗能严重，从而导致整体经济效益较低。

中国专利局还于2017年8月11日公开了一种内外热一体生物质回转热解气化设备的发明专利申请，申请公告号CN107033973A，其主要由进料装置、外热式热解装置、内热式气化装置、密封装置、出料装置和燃烧器等组成，其进出料装置和密封装置保证了热解气化设备的密封性和热解气化反应的连续运行，采用高温燃气回用为外热热解提供热量，降低能耗，将水蒸气和空气混合气作为气化介质在内热式转炉内与物料发生气活化反应，生成燃气和活性炭，但其气化介质中的水蒸气无法去除，在活性炭活化时会对活化效果和活化质量产生不利影响。

而据不完全统计，全国85%以上的活性炭是化学法生产出来的，每年排向大气中的粉尘、CO、CO2等达数十万吨。

技术实现要素：

为了克服现有技术中活性炭生产装置中生成的热解空气只能够直接排放到空气中，热解气中的可燃性气体无法有效再利用，且无法有效去除原料中水汽并实现分隔的问题，本实用新型提供了一种实现对有害排放物的去除并减少加热耗能成本的自供热式两段化学活化炉。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种自供热式两段化学活化炉，包括活化反应炉、连接活化反应炉的出气管道、进气管道和排气管道，所述活化反应炉内腔设有螺旋进料器，螺旋进料器将活化反应炉内腔分为干燥段和活化段，干燥段连接排气管道的一端，活化段连接出气管道的一端和进气管道的一端，进气管道向活化反应炉内延伸形成回流热管道并与其一端连接，回流热管道的另一端贯穿螺旋进料器并延伸至干燥段。

物料从干燥段一端进入活化反应炉，首先在干燥段对物料进行干燥，通过180℃的低温干燥后将物料中的水分干燥除去，随后物料缓慢进入螺旋进料器，进入螺旋进料器后在螺旋进料器内实现阶段性堆积和移动，形成填料密封状态，使得干燥段中的水蒸气无法进入到活化段，而物料在活化段发生炭化活化反应时产生的CO、CO2、磷酸汽、木煤气和焦油等热解气无法进入至干燥段，通过螺旋进料器的填料密封来实现干燥段和活化段两者的相互隔离，因此在活化段中产生的热解气中的水含量极低，可燃性气体的含量大大提高，具备可极高的回收再利用价值，通过出气管道出气燃烧后可去除热解气中的磷酸汽产生五氧化二磷并将CO、木煤气和焦油等完全燃烧进而变成清洁的高温空气，并通过进气管道进入回流热管道将高温空气导流至活化段部分的回流热管道中，利用热辐射的方式提供活化段中炭化活化所需的热能，不但实现了热解气的回收利用，还实现了能量的高效利用，高温空气在通过活化段部分的回流热管道辐射出部分热量后又由回流热管道的另一端流出，进入到活化反应炉的干燥段，可对干燥段内的物料提供热量实现对其的干燥，再连通水蒸气形成高温空气一同从排气管道排出，而五氧化二磷可再次用以制备磷酸用以对物料的活化所需，实现重复利用，排出的高温空气对环境绿色环保无害，能够有效减少对环境造成的污染，并且本实用新型的热量来源除启动初期需要外加热源外，可完全实现自给自足，具有良好的节能效果。

作为优选，所述进气管道的另一端连接有余热锅炉，余热锅炉通过管道与燃烧炉连接，燃烧炉连接出气管道的另一端。

热解气可在燃烧炉内充分燃烧，去除磷酸汽产生五氧化二磷并将CO、木煤气和焦油等完全燃烧进而变成清洁的高温空气，回收五氧化二磷制备磷酸，并将高温空气导流至余热锅炉，余热锅炉有调节温度功能，通过余热锅炉内调节温度避免温度过高或过低导致炭化活化的效果不佳，通常是降温至合适温度范围再导入活化段部分的回流热管道，实现对物料的热辐射，提供物料炭化活化所需的热量。

作为优选，所述螺旋进料器沿回流热管道设有若干个盘管。

若干个盘管使得螺旋进料器单次可进物料增多，提高整体装置的工作效率。

作为优选，所述盘管之间设有导料板，导料板将各盘管分离。

导料板使得各个盘管分离，进一步提高各盘管之间的相对独立性，间接可提高螺旋进料器所产生的填料密封效果。且导料板能够有效将物料小份多次且均匀地推进至螺旋进料器中，进而防止物料堆积于同一盘管内造成物料堵塞，影响活性炭的生产效率。

作为优选，所述盘管设有出料口，出料口设置在活化段一端。

作为优选，所述活化段远离螺旋进料器的一端连接活性炭收集器。

活性炭收集器可方便地收集在活化段中经炭化活化的物料。

作为优选，所述排气管道的另一端连接有风机。

利用风机产生的压差促进水蒸气和热解气的分离，水蒸气在压差作用下不会进入到活化段，而热解气受填料密封的影响同样无法进入到干燥段，并且压差可促进干燥段水蒸气的排放，在一定程度上起到良好的导流作用。

本实用新型的有益效果是：

1）能够有效的将无害的水蒸气以及对空气有污染的热解气进行有效的分离；

2）能够有效的对热解气中的可燃性气体进行回收再利用，达到减少污染提高能源利用率、降低成本的效果；

3）能够有效的对热解气中的磷酸汽进行燃烧回收磷酸，并用以制备活化所需的磷酸，实现的物料的回收利用；

4）通过将外热式加热转变成热辐射内热式加热，能够有效的提高活性炭产品的品质，提升产品的质量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A-A部分的截视图；

图3为螺旋进料器的示意图；

图4为本实用新型的使用示意图；

图中，1活化反应炉，101干燥段，102活化段，2余热锅炉，3燃烧炉，4风机，501出气管道，502进气管道，503排气管道，504回流热管道，6螺旋进料器，601导料板，602盘管，603出料口，7活性炭收集器，8物料，D1热解气出气方向，D2高温空气流进方向，D3干燥后水汽的流动方向，D4高温空气在回流热管道内的流动方向，D5物料移动方向。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本实用新型作进一步清楚详细的描述说明。

实施例

如图1所示的一种自供热式两段化学活化炉，其包括活化反应炉1、连接在活化反应炉1上的排气管道503、进气管道502和出气管道501，排气管道503的另一端连接风机4，出气管道501的另一端连接燃烧炉3，燃烧炉3连接余热锅炉2，余热锅炉2再通过进气管道502与活化反应炉1连接。活性炭原料物料8由连接有排气管道503的活化反应炉1一端进入活化反应炉1，并缓慢向活化反应炉1另一端推进，在此过程中实现炭化活化。

如图2所示，活化反应炉1内腔设有螺旋进料器6，螺旋进料器6将活化反应炉1内腔分为干燥段101和活化段102，干燥段101连接排气管道503的一端，活化段102连接出气管道501的一端和进气管道502的一端，进气管道502向活化反应炉1内延伸形成回流热管道504并与其一端连接，回流热管道504的另一端贯穿螺旋进料器6并延伸至干燥段101，且活化段102远离螺旋进料器6的一端连接活性炭收集器7。如图4所示，物料移动方向D5为从干燥段101一端进入活化反应炉1，首先在干燥段101对物料8进行干燥，通过180℃的低温干燥后将物料8中的水分干燥除去，随后缓慢进入螺旋进料器6，进入螺旋进料器6后在螺旋进料器6内实现阶段性堆积和移动，形成填料密封状态，使得干燥段101中的水蒸气无法进入到活化段102，干燥后水汽的流动方向D3如图4所示，从连接风机4的排气管道503排出，而物料8在活化段102发生炭化活化反应时产生的CO、CO2、磷酸汽、木煤气和焦油等热解气无法进入至干燥段101，通过螺旋进料器6的填料密封来实现干燥段101和活化段102两者的相互隔离，因此在活化段102中产生的热解气中的水含量极低，可燃性气体的含量大大提高，具备可极高的回收再利用价值，因此热解气出气方向D1如图4所示，通过出气管道501出气燃烧后可去除热解气中的磷酸汽产生五氧化二磷并将CO、木煤气和焦油等完全燃烧进而变成清洁的高温空气，高温空气流进方向D2如图4所示，通过进气管道502进入回流热管道504将高温空气导流至活化段102部分的回流热管道504中，高温空气在回流热管道内的流动方向D4为从活化段102部分的回流热管道504流至干燥段101部分的回流热管道504，利用热辐射的方式提供活化段102中炭化活化所需的热能，不但实现了热解气的回收利用，还实现了能量的高效利用，高温空气在通过活化段102部分的回流热管道504辐射出部分热量后由回流热管道504的另一端流出，进入到活化反应炉1的干燥段101，可对干燥段101内的物料8提供热量实现对其的干燥，再连通水蒸气形成高温空气一同从排气管道503排出，而五氧化二磷可再次用以制备磷酸用以对物料8的活化所需，实现重复利用，排出的高温空气对环境绿色环保无害，能够有效减少对环境造成的污染，并且本实用新型的热量来源除启动初期需要外加热源外，可完全实现自给自足，具有良好的节能效果。

螺旋进料器6具体如图3所示，螺旋进料器6沿回流热管道504设有若干个盘管602，盘管602之间设有导料板601，导料板601将各盘管602分离，且盘管602设有出料口603，出料口603设置在活化段102一端。若干个盘管602使得螺旋进料器6单次可进物料8增多，提高整体装置的工作效率，导料板601使得各个盘管602分离，进一步提高各盘管602之间的相对独立性，间接可提高螺旋进料器6所产生的填料密封效果。且导料板601能够有效将物料8小份多次且均匀地推进至螺旋进料器6中，进而防止物料8堆积于同一盘管602内造成物料8堵塞，影响活性炭的生产效率。

在本实用新型自供热式两段化学活化炉工作时，物料8首先进入干燥段101，随后沿图4中物料移动方向D5进入到螺旋进料器6中，在螺旋进料器6中实现阶段性的填料密封，并逐渐堆积、移动至活化段102，干燥段101对物料8进行干燥去除水分，干燥后水汽的流动方向D3沿图4箭头所示进入到排放管道，而活化段102产生的热解气沿图4热解气出气方向D1进入到燃烧炉3，在燃烧炉3内充分燃烧去除磷酸汽并转化为无污染的高温空气后流至余热锅炉2进行温度调节再沿图4高温空气流进方向D2进入到回流热管道504内，高温空气在回流热管道内的流动方向D4依图4所示，在活化段102部分的回流热管道504内利用热辐射为活化段102的物料8提供热量使其进行炭化活化，再由干燥段101流出，可对干燥段101内物料8实现干燥。其除启动初期需要外加热源外，可完全由燃烧热解气中的木煤气、焦油和CO等实现自给自足。