一种物理法制备活性炭的方法与流程

本发明实施例涉及活性炭生产技术领域，具体涉及一种物理法制备活性炭的方法。

背景技术：

目前，活性炭的制备方法中，利用多种炉型号进行生产活性炭，活性炭生产的炉型有多种，例如：焖烧炉、管式炉、转炉、沸腾炉、平板炉、耙式炉、斯特克炉、斯列普等炉型。其中，斯列普炉，二十世纪三十年代起源于法国，后在原苏联推广，规模生产煤质柱状活性炭。斯列普炉其本身具有一定的特点：如活化带装马鞍砖，使炭粒按“之”字形路径移动，加强了活化作用；设计了蓄热室，热能利用好，活化剂饱和水蒸气温度高，有利于活化；没有繁重的维修工作量；炉使用寿命长，可生产高强度的活性炭，颗粒活性炭及柱状活性炭。但是利用斯列普炉生产活性炭有以下缺点：活化带马鞍上积渣无法除去、造价较高、一次投入大，制备活性炭的工艺过程中，耗能高、成本高，对水原料消耗大，而且低强度的原料不能进入斯列普炉，会把炉子的产品道堵塞。

利用耙式炉生产粒状炭和粉状炭的工艺中，由于耙式炉的结构特点，每层有耙齿旋转搅动炭层，使炭多次得到翻动，可有效的活化，加快了活化速率。它的有效接触面积大，层数多，故生产能力大。还可以实现生产活性炭的机械化和自动化。同样利用耙式炉生产活性炭时，其生产成本较高，耗能高。耙式炉不能生产柱状活性炭，生产的过程中有磨损，可生产一般强度的活性炭以及高强度的颗粒活性炭。

综上所述，传统的活性炭生产方法工艺中，活性炭的生产成本高、耗能高的问题，亟待进一步改进。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种物理法制备活性炭的方法，以解决现有技术中活性炭制备方法存在着耗能高、活化时间长、消耗水蒸气量大、生产成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

一种物理法制备活性炭的方法，其包括：

将碳化料从活化炉的上部进料口加入到位于所述活化炉底部的活化炉内，所述碳化料位于均匀布置有多个风帽的反应板上；

从所述多个风帽进入活化炉的混合气体与所述碳化料快速融合，所述碳化料在混合气体向上的压力和碳化料自身重力的作用下呈流化状态，并使得所述碳化料在所述活化炉内的运行轨迹和停留反应时间一致，所述碳化料和混合气体中的水蒸气发生活化反应形成活性炭；

其中，空气经过罗茨风机定量后在燃烧室内加热后通过所述多个风帽进入所述活化炉内，从而利用罗茨风机控制进入活化炉内参与活化反应的氧气的量。

优选的，所述碳化料在活化反应的过程中，所述水蒸气与所述碳化料活化反应生成的氢气和一氧化碳气体分别与进入所述活化炉内的氧气发生均相反应，放出的热量维持所述碳化料与水蒸气活化反应时需要的热量，并维持炉温。

优选的，所述碳化料从具有均匀布置的风帽，并且由耐火材料制成的导板上出料，在水蒸气的气流作用下，使得活性炭均匀流动起来，从而使得活性炭流畅出料。

优选的，所述活化炉内活化反应生成的可燃气体经过所述活化炉上部的烟气出口进入到燃烧室中充分燃烧，燃烧的热量通过换热器加热从罗茨风机定量进入的空气。

优选的，所述可燃气体进入到燃烧室中，通过燃烧室的鼓风机配风，使可燃气体充分燃烧。

优选的，所述燃烧室内的可燃气体燃烧后的烟气经过余热锅炉在余热锅炉内对水加热，加热后的水蒸气与空气混合后经所述多个风帽进入所述活化炉，水蒸气作为活化剂参与活化反应。

优选的，经过所述余热锅炉的烟气再进一步依次经过除尘器除尘，脱硫塔除硫后排放到空气中。

优选的，所述碳化料与水蒸气活化剂活化反应后产生的气体通过设置在活化室上部的烟气出口排出后进入到燃烧室燃烧。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例的物理法制备活性炭方法，通过将碳化料在具有多个风帽的反应板上发生活化反应，在从风帽中出来的水蒸气与被加热空气的混合气体压力以及碳化料自身重力的作用下，使得碳化料呈沸腾，流化状态；水蒸气和碳化料充分混合均匀，活化时间短，节省了水蒸气，节能，减少了炭的烧蚀，且能生产出高品质的活性炭。

通过罗茨风机控制进入活化炉内的氧气的量，使得水蒸气与碳化料反应产生的可燃气体与氧气充分反应，释放的能量，一方面可以保持活化炉的炉温，另一方面可以回补碳化料活化反应所需要的能量，使得活化反应持续不断进行。同时，通过该制备方法可以生产各种类型的活性炭，包括制备高强度活性炭等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的活性炭物理活化系统的结构示意图；

图中：1-给料装置；2-活化炉；3-燃烧室；4-余热锅炉；5-除尘器；6-脱硫塔；7-引风机；8-烟筒；9-罗茨风机；10-混合器；11-滚筒冷渣机；12-离心风机。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种物理法制备活性炭的方法，其包括：将碳化料从活化炉2的上部进料口加入到活化炉2内，碳化料堆置于均匀布置有多个风帽的反应板上；从多个风帽进入活化炉内的混合气体与碳化料快速融合，碳化料在混合气体向上的压力和碳化料自身重力的作用下运动碰撞，并使得碳化料在活化炉内的运行轨迹和停留反应时间一致，碳化料和水蒸气在高温下均匀的发生活化反应生成活性炭；从活化炉底部均匀分布的多个风帽进入的水蒸气和空气的混合气体使得碳化料具有向上的浮力，同时碳化料受到重力的作用，呈悬浮状态，这样整个反应的物料呈高速流化状态，碳化料与水蒸气的活化反应更加充分，使得碳化料与水蒸气融合更快、极大缩短了活化时间，达到了节省水蒸气、节能、提升转化效率的目的。

活化炉内的碳化料与水蒸气活化剂活化反应后产生的气体通过设置在活化室上部的烟气出口排出后进入到燃烧室3燃烧，燃烧的热量用于加热从罗茨风机9定量进入的空气。同时，空气经过罗茨风机9定量后在燃烧室内加热后通过混合器经多个风帽进入活化炉内，使得通过罗茨风机9能够控制进入活化炉内参与反应的氧气的量，实现了利用罗茨风机9控制氧气参与均相反应的量。由于进入活化炉内的氧气的量多活化炉内会有燃烧反应发生，那么生产的活性炭的品质较差，如果通过罗茨风机9控制进入空气的量，也就控制了进入反应器的氧气的量，通过氧气参加反应的量控制的好，可以生产出高品质的活性炭。氧气与可燃气体之间进行气体与气体之间的均相反应，均相反应放热，既能够保持炉温，又能提供给碳化料活化反应所需的能量。

在燃烧室内加热膨胀后的热空气与水蒸气充分混合后通过多个风帽进入到活化炉内。碳化料在活化炉反应的过程中，水蒸气与碳化料的活化反应生成的氢气和一氧化碳气体分别与进入活化炉内的氧气发生均相反应，均相反应放出的热量维持碳化料与水蒸气的活化反应。活化反应的化学式为：

c+2h2o→2h2+co2δh＝18kcal

c+h2o→h2+coδh＝31kcal

co2+c→2coδh＝41kcal

从多个风帽进入的高温水蒸气与碳化料发生活化反应，吸收能量，同时产生可燃气体，其中，可燃气体中含有氢气和一氧化碳气体，活化炉内的温度的稳定是依靠进入反应器中的热空气中的氧气与活化反应产生的可燃气体发生反应释放热量，进入活化炉内的空气中的氧气大部分与可燃气体发生均相反应。

含有氢气和一氧化碳气体的可燃气体进入到燃烧室3中，通过燃烧室3的离心风机12配风，使得可燃气体充分燃烧。燃烧室3内的可燃气体燃烧后生成的烟气经过余热锅炉4，在余热锅炉4内对水加热产生的水蒸气与在燃烧室3中被加热的空气混合后经多个风帽进入到活化炉，水蒸气作为活化剂参与活化反应。经过余热锅炉4的烟气再进一步依次经过除尘器5除尘脱硫塔6除硫后排放到空气中。

较佳的，在活性炭出料口处，在耐火材料的底板上均匀布置风帽，在水蒸气的气流作用下，使得制备的活性炭均匀流动起来，同时，也使得活化炭降温，从而使得活性炭流畅出料。

具体的，如图1所示，本发明实施例提供一种活性炭制备系统，该活性炭制备系统包括活化炉2、燃烧室3、混合器10以及余热锅炉4，活化炉2的煤气出口与燃烧室3的煤气进口连接，燃烧室3的被加热气体出口与活化炉2连接，燃烧室3的燃烧烟气出口与余热锅炉4的进气口连接；余热锅炉4的蒸汽出口通过混合器10与活化炉2连接；其中，活化炉2的底部设有反应板，反应板上均匀设有多个风帽，活化炉2壁上还设有料位监测装置，用于检测活化炉内碳料的加入量；混合器10内的气体通过风帽进入到活化炉内，与进入到活化炉内位于反应板上的碳化料发生活化反应，从均匀分布在反应板上的多个风帽进入到活化炉的水蒸气和热空气的混合气体，反应板是由耐火材料制成的，混合气体向上的压力，以及碳化料向下的重力作用下，碳化料在活化炉内的轨迹更均匀，并且使得碳化料与混合气体融合，使碳化料呈流化状态，达到了节省水蒸气、节能以及提升转化率的目的。本发明实施例中，空气及水蒸气作为流化介质，可实现内部固体碳化料颗粒与混合气体介质的充分接触，热量及质量传递效率高，避免了其他活性炭生产装置因接触不充分导致的水蒸气消耗高、热量损失大等问题。活化炉内流化速度控制在0.5～1m/s，空气体积与碳化料质量比例为1.5～2m³/kg，水蒸气与碳化料的质量比例为0.8～1.2kg/kg。活化炉内碳化料层高度与活化炉内径比例0.7～1.2，可实现有效活化的同时提高活性炭收率，降低风机电耗，减少细颗粒逃逸，上述条件下活性炭收率为45～55％。

活化炉2的顶部侧壁上设有进料口，进料口与给料装置1通过竖管连接，管内通入冷空气作为输送介质和冷却介质，进料口与给料装置1连接的输送料管道之间还安装有密封阀，给料装置1包括有螺旋给料机，给料装置1内的碳料通过螺旋给料机将碳料输送到活化炉2内，最终碳料堆积在反应板上。

混合器10内为热空气和水蒸气的混合物，该部分混合物通过多个风帽进入活化炉内与堆积在反应板上的高温碳化料进行充分反应，气流的作用下碳化料沸腾，呈流化状态，不仅使得活化反应更充分，而且节约水蒸气并减少炭的烧蚀。通过此方法，不仅可以制备一般的活性炭，而且可以制备高强度活性炭。

本发明实施例中，碳化料通过给料装置1加入到活化炉2内，与活化炉底部通入的热空气和蒸汽发生反应，碳化料中部分碳与空气中的氧发生反应释放热量，维持反应器温度在900℃左右。高温条件下蒸汽与碳化料颗粒在流化状态下进行活化，制备的活性炭通过活化炉底部出口排至滚筒冷渣机11冷却排出。

本发明实施例的活化炉2上还设有多个温度测量装置和压力测量装置，通过活化炉2上不同位置处设置的压力检测装置和温度检测装置，可以方便的测定活化炉2内的温度和压力，同时还设有料位监测装置，控制活性炭反应的相应的各项条件，达到实时监控的目的，增加了活性炭反应的可控性。

活化炉2的出料口连接有滚筒冷渣机11，滚筒冷渣机11可以快速地将活化炉中制备的活性炭冷却到合适的温度，较佳的，在出料口处还安装有插板，通过插板控制活性炭的出料量。

活化炉里产生的高温煤气经绝热管道送至燃烧室3与离心风机12送入的空气燃烧放热，燃烧室3温度1000℃，高温烟气经燃烧室3内置换热器将送入活化炉的空气预热至300℃后进入余热锅炉4。

活化炉的底部与燃烧室3的被加热气体出口连接，燃烧室3内将活化炉2内的可燃气体进行充分燃烧，燃烧产生的热量对空气进行加热，加热后的空气通过混合器10进入到活化炉内，燃烧室3燃烧的废气通入到余热锅炉4中，对水进行加热获得水蒸气，水蒸气一部分进入混合器10，在混合器10内与被加热的空气充分混合，另一部分通过导板与出料口联通。这样，加热的空气与水蒸气在混合器10内充分混合，混合后的气体经多个气帽进入活化炉内与炭料发生反应。在燃烧室3内被加热的气体，经过混合器10与从余热锅炉4中来的水蒸气充分均匀的混合，混合均匀的气体可以更好的参与活性炭的反应，提高活化反应的效率。

本发明实施例中，燃烧室3采用卧式布置，煤气从烧嘴中心喷入，烧嘴四周为周向均布带倾角空气入口，使其形成旋流火焰，燃烧室3后部布置空气-烟气换热器，将进入活化炉的空气预热至300℃，实现余热回收的同时，避免了蒸汽与低温空气混合产生冷凝。从燃烧室3排出的烟气温度降至180℃后进入布袋除尘器5脱除粉尘后，进入脱硫系统脱除so2，经引风机7送入烟囱排放。余热锅炉4的废气出口通过除尘器与脱硫塔6连接，从燃烧室中出来的热烟气，经过余热锅炉4的热量回收后，废气经过除尘器除尘后，除尘后的气体再经过脱硫塔6除硫，从而减少了废气中烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，降低了活化炉2排放气体中有害污染物的排放量，同时通过燃烧室3和余热锅炉4，对能量进行充分利用和回收，达到了绿色节能的目的。脱硫塔6的出气口处还连接有引风机7，通过脱硫塔6除硫后的废气通过引风机7经过烟筒8排放到空气中，使得脱硫塔6中废气的处理更加流畅，加快对废气处理的速率。

燃烧室3的空气进口与罗茨风机9连接，在罗茨风机9与燃烧室3连接的管道上设有止回阀。通过罗茨风机9对进入的燃烧室3中被加热的空气的量进行控制，从而可以间接地控制进入活化炉参与活性炭生产反应的气体的量，方便对反应气体量进行控制。通过罗茨风机9对进入的燃烧室3中被加热的空气的量进行控制，从而可以精确地控制进入活化炉中参与活性炭生产反应的气体的量，方便对反应气体中氧气的含量进行控制，以利于生产出高品质的活性炭，氧气与可燃气体之间进行气体之间的均相反应，放出的热量既能够保持炉温，又可以提供水蒸气与炭进行活化反应所需要的能量。

余热锅炉4可将烟气冷却至180℃，并产生0.3mpa饱和蒸汽。蒸汽与预热后的空气通过混合器10混合，混合器10内置圆管，圆管的顶端封闭，圆管的四周设置多个出气孔，预热空气通过出气孔垂直于水蒸气流动方向喷入，实现水蒸气与空气的有效混合。

燃烧室3上还设有离心风机12，从离心风机12进入的气体与可燃气体进行反应，使从反活化炉出来的气体燃烧更充分。

试验实施例

对比例：利用斯列普炉制备活性炭的方法，以碘吸附值1000点的煤基水处理活性炭为例，生产1000kg活性炭，需要碳化料2500kg，消耗水7000-8000kg，活化时间在60h以上。

本发明实施例：利用本发明实施例的制备活性炭的方法，以碘吸附值1000点的煤基水处理活性炭为例，生产1000kg活性炭，碳化料的加入量为1800-2200kg，消耗水2000kg，反应时间为3h左右。

由上可知，本发明实施例的活性炭的制备方法，其反应时间短，用水量少。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。