本發(fā)明屬于熱解氣化技術(shù)生產(chǎn)活性炭的技術(shù)領(lǐng)域范圍，具體而言，本發(fā)明涉及一種制備活性炭的系統(tǒng)和方法，特別是一種適合以生物質(zhì)為原料，通過熱解氣化制備活性炭的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)廣義指所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產(chǎn)的廢棄物。有代表性的生物質(zhì)如農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。狹義指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質(zhì)纖維素(簡稱木質(zhì)素)、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。

我國的生物質(zhì)資源非常豐富，每年產(chǎn)生大約6.5億噸農(nóng)業(yè)秸稈，加上薪柴及林業(yè)廢棄物等，折合能量4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，預(yù)計到2050年將增加到9.04億噸，相當(dāng)于6億多噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國每年的森林耗材達到2.1億立方米，折合1.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。另外，全國城市物料年產(chǎn)量已超過1.5億噸，到2020年年產(chǎn)量將達2.1億噸，垃圾中的有機質(zhì)含量平均約為40％，年產(chǎn)1.5億噸的“城市垃圾”中，被丟棄的“可再生資源”價值高達250億元。這些資源若未經(jīng)治理直接焚燒、排放入水體、堆積必將造成資源浪費，以及空氣、土壤、地表水和地下水等環(huán)境污染和人類生存環(huán)境的惡化。

然而，含碳的物質(zhì)在幾百攝氏度的溫度下經(jīng)過炭化，再活化可制備活性炭。但是目前活性炭的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備還很落后，目前國內(nèi)大部分煤質(zhì)活性炭企業(yè)的生產(chǎn)工藝比較落后，主要通過單種煤來進行生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量對原料煤依靠嚴(yán)重。生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力普遍較小，自動化程度較低，不利于大規(guī)模、連續(xù)化生產(chǎn)。同時，由于活性炭生產(chǎn)對原料要求比較高，目前只有少數(shù)煤種能完全滿足生產(chǎn)要求。

因此，有必要對活性炭的生產(chǎn)工藝進行研究，解決其對原料要求高、生產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本高的問題，尤其是適合以生物質(zhì)為原料制備活性炭。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述活性炭的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備落后的問題，同時提高活性炭的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明提供一種適合以生物質(zhì)為原料，通過熱解氣化制備活性炭的系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明提供了一種利用生物質(zhì)制備活性炭的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

熱解爐，其包括進料口、多個熱解油氣出口、固料出口、反應(yīng)室和設(shè)在所述反應(yīng)室底部的可旋轉(zhuǎn)盛放盤，所述熱解爐用于熱解原料生物質(zhì)，生成熱解油氣和殘?zhí)浚?/p>

燃燒器，其位于所述反應(yīng)腔室的上部和/或下部，所述燃燒器具有燃氣入口，所述燃燒器用于對所述原料生物質(zhì)進行加熱，使其熱解；

蒸汽鍋爐，其具有水入口與水蒸氣出口，所述蒸汽鍋爐用于對水進行加熱，得到水蒸氣；

流化床，其具有固料入口、活化劑入口、廢氣出口和活性炭出口，所述固料入口與所述熱解爐的固料出口連接，所述活化劑入口與所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口相連，所述流化床用于對所述殘?zhí)窟M行活化，生成活性炭。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括加熱器，其具有水蒸氣入口和活化劑出口，所述水蒸氣入口與所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口相連，所述活化劑出口與所述流化床的活化劑的入口連接；

所述加熱器用于對所述水蒸氣進行二次加熱。

更進一步地，所述加熱器為蓄熱式加熱器。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括油氣分離器，其具有熱解油氣入口、熱解氣出口和熱解油水出口，所述熱解油氣入口與所述熱解爐的熱解油氣出口相連，所述熱解氣出口與所述燃燒器的燃氣入口相連；

所述油氣分離器用于對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣，并將熱解氣通入所述燃燒器內(nèi)進行燃燒。

更進一步地，所述系統(tǒng)還包括油水分離器，其具有熱解油水入口以及熱解水出口，所述熱解油水入口與所述油氣分離器的熱解油水出口相連，所述熱解水出口與所述蒸汽鍋爐的水入口相連；

所述油水分離器用于對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水，并將熱解水通入所述蒸汽鍋爐；

進一步地，所述系統(tǒng)還包括預(yù)處理裝置，其與所述熱解爐的進料口相連，所述預(yù)處理裝置用于對所述原料生物質(zhì)進行破碎預(yù)處理。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)制備活性炭的方法，該方法具有以下步驟：

將原料生物質(zhì)送入所述熱解爐，所述燃燒器對所述原料生物質(zhì)進行加熱，產(chǎn)生燃燒煙氣，原料生物質(zhì)熱解，生成熱解油氣和殘?zhí)浚?/p>

用所述蒸汽鍋爐對水進行加熱，得到水蒸氣；

將所述殘?zhí)亢退魵夥謩e送入所述流化床，利用所述水蒸氣對所述殘?zhí)窟M行活化，生成活性炭。

進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將所述水蒸氣通入所述加熱器，所述加熱器對所述水蒸氣進行二次加熱，然后再通入所述流化床。

更進一步地，所述方法還包括以下步驟：

用所述油氣分離器對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣；

將熱解氣通入所述燃燒器內(nèi)進行燃燒，將所述熱解油水通入所述油水分離器；

用所述油水分離器對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水；

將熱解水通入所述蒸汽鍋爐，得到水蒸氣；

此外，所述方法還包括以下步驟：

對所述原料生物質(zhì)進行預(yù)處理，得到片狀和/或塊狀的原料生物質(zhì)。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明所述的制備活性炭的系統(tǒng)及方法，無需對現(xiàn)有的流化床進行改造，能夠解決制備活性炭前段熱解過程中出現(xiàn)的管道堵塞、粉塵重、熱解效果差等問題，并且解決了熱解裝置與制備活性炭裝置同時連用時，能耗高、熱量損失嚴(yán)重、制備活性炭品質(zhì)差的問題。

本發(fā)明采用顆粒熱載體時，能夠解決熱解時在顆粒表面易結(jié)焦、顆粒分離困難、顆粒在床層間傳遞困難等問題。

本發(fā)明利用物料制備活性炭的方法，減少熱解過程中無機物帶走大量熱量，減少熱損失和降低能耗，且提高熱解爐產(chǎn)能，實現(xiàn)原料的充分熱解，整個工藝簡單，易操作，能夠確保操作的穩(wěn)定性。

本發(fā)明實現(xiàn)了物料的減量化、無害化和資源化利用。

本發(fā)明還可以有效降低熱解炭中焦油含量，從而有利于后續(xù)流化床制備活性炭的操作，同時可以有效回收系統(tǒng)中的余熱，從而實現(xiàn)余熱的最大化利用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述系統(tǒng)的示意簡圖。

圖2是本發(fā)明所述系統(tǒng)的整體示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明所述的系統(tǒng)包括熱解爐100，其包括進料口101、熱解油氣出口102、固料出口105，同時熱解爐100還具有反應(yīng)室和設(shè)在所述反應(yīng)室底部的可旋轉(zhuǎn)盛放盤，所述熱解爐100用于熱解生物質(zhì)，生成熱解油氣和殘?zhí)俊１景l(fā)明所述的熱解爐100還要具有水封裝置，尤其是所述熱解爐100的進料口101具有兩級閥門或螺旋密封裝置。這樣設(shè)置可使得所述熱解爐處于絕氧的環(huán)境，可以抑制原料熱解時產(chǎn)生二噁英等有害氣體。

如圖1所示，燃燒器500，其設(shè)置于位于熱解爐100內(nèi)，在所述的反應(yīng)室的上部和/或下部，所述燃燒器具有燃氣入口501，所述燃燒器500用于對所述生物質(zhì)進行加熱，使生物質(zhì)熱解。

燃燒器500對熱解爐100的內(nèi)部進行加熱，使其達到生物質(zhì)熱解的溫度，從而對生物質(zhì)進行熱解，生成殘?zhí)?。燃燒?00在燃燒過程中，會產(chǎn)生大量的燃燒煙氣，而生物質(zhì)熱解時會產(chǎn)生大量的熱解油氣。另外，優(yōu)選地，將熱解爐100反應(yīng)室的氣氛與燃燒器500的氣氛隔離，使二者互不影響，從而實現(xiàn)物料熱解在絕氧氣氛下進行，確保了熱解氣具有較高的熱值，同時有效抑制了二噁英的產(chǎn)生。

燃燒器500在熱解爐100中沿水平方向間隔分布，并且每組燃燒器500可采用蓄熱式輻射管，可獨立控制操作，這樣設(shè)置的好處在于可以通過調(diào)整通入蓄熱式輻射管的燃氣的流量來實現(xiàn)對熱解過程的精確控溫，并且蓄熱式輻射管可以通過在兩端實現(xiàn)快速換向和蓄熱式燃燒，可以保證熱解爐100中溫度場的均勻性，從而可以顯著提高物料熱解效率，同時較傳統(tǒng)的使用氣體熱載體或固體熱載體作為熱解熱源的熱解反應(yīng)裝置相比，本發(fā)明的熱解爐100不需要設(shè)置預(yù)熱單元和載體分離單元，可以極大簡化熱解和活化反應(yīng)工藝流程，從而顯著降低裝置的故障率。

如圖1所示，蒸汽鍋爐600，其具有水入口601與水蒸氣出口602，所述蒸汽鍋爐600用于對水進行加熱，得到水蒸氣，使水蒸氣溫度達到500℃左右。

值得注意的是，因為水資源比較豐富，且容易獲得，所以本發(fā)明使用水蒸氣作為作制備活性炭的活化劑。另外，利用水蒸氣作為活化劑，不會生成有害氣體，因此對環(huán)境產(chǎn)生影響較小。

流化床200，其具有固料入口202、活化劑入口201、廢氣出口203和活性炭出口204，所述固料入口202與所述熱解爐100的固料出口105連接，所述活化劑入口201與所述蒸汽鍋爐600的水蒸氣出口602相連，所述流化床200用于對所述殘?zhí)窟M行活化，生成活性炭。其中，殘?zhí)吭诹骰?00內(nèi)與活化劑逆向接觸反應(yīng)，制得活性炭?；钚蕴靠蓮幕钚蕴砍隹?04導(dǎo)出，活化過程產(chǎn)生的廢氣從廢氣出口203排出。

如圖2所示，所述系統(tǒng)還包括加熱器700，其具有水蒸氣入口和活化劑出口，所述水蒸氣入口與所述蒸汽鍋爐600的水蒸氣出口602相連，所述活化劑出口與所述流化床200的活化劑入口201連接，所述加熱器700用于對所述水蒸氣進行二次加熱，以達到較好的活化效果。所述加熱器700可采用蓄熱式加熱器，其運行成本低，節(jié)約能源。

通過對水蒸氣的二次加熱，一方面可提高其活化性能，另一方面將水蒸氣溫度提高到600-950℃，達到流化床200活化所需反應(yīng)溫度，進而提高流化床200制備活性炭制備的效率。

如圖2所示，本發(fā)明所述系統(tǒng)還包括油氣分離器400，其具有熱解油氣入口401、熱解氣出口402和熱解油水出口403，所述熱解油氣入口401與所述熱解爐100的熱解油氣出口102相連，所述熱解氣出口102與所述燃燒器500的燃氣入口501相連。所述油氣分離器400用于對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣，并將熱解氣通入所述燃燒器500內(nèi)進行燃燒。

如圖2所示，所述系統(tǒng)還包括油水分離器800，其具有熱解油水入口801和熱解水出口802，所述熱解油水入口801與所述油氣分離器400的熱解油水出口403相連，所述熱解水出口802與所述蒸汽鍋爐600的水入口601相連；所述油水分離器800用于對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水，并將熱解水通入所述蒸汽鍋爐600。油水分離器600還可具有熱解油出口，蒸汽鍋爐600還可具有熱解油入口，與熱解油出口相連。將熱解油導(dǎo)入蒸汽鍋爐，作為蒸汽鍋爐燃料，為加熱水蒸氣提供能量。

所述油氣分離器400與油水分離800一方面起到分離熱解油氣的作用，得到熱解氣和熱解水，另一方面熱解氣可用于燃燒，將其通入燃燒器500。燃燒器500利用熱解反應(yīng)產(chǎn)物中的熱解氣進行燃燒，循環(huán)利用能源，顯著提高能量利用率。熱解水既可以用作后續(xù)步驟的水來源，節(jié)約能源，減少浪費，也可以用作用戶用水，循環(huán)利用。

如圖2所示，所述系統(tǒng)還包括預(yù)處理裝置300，其原料出口303與所述熱解爐100的進料口101相連，所述預(yù)處理裝置300用于對所述生物質(zhì)進行破碎預(yù)處理。預(yù)處理裝置300可包括滾筒篩301和/或破碎機302等，通過對送入的原料進行預(yù)處理，可降低其中無機物中渣土、玻璃和金屬等的含量，從而減少熱解過程中無機物帶走的熱量和提供殘?zhí)康钠焚|(zhì)。

本發(fā)明通過預(yù)處理裝置300對所述生物質(zhì)進行預(yù)處理，得到片狀和/或塊狀的生物質(zhì)。一般可將生物質(zhì)破碎為小于30mm的片狀和/或塊狀，有助于充分熱解。

將破碎后的生物質(zhì)送入所述熱解爐100，所述燃燒器500對所述生物質(zhì)進行加熱，產(chǎn)生燃燒煙氣，生物質(zhì)熱解，生成熱解油氣和殘?zhí)?。生物質(zhì)需均勻布料在熱解爐100內(nèi)，原料厚度不大于150mm，通常熱解的溫度為580℃-620℃。

用所述油氣分離器400對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣；將熱解氣通入所述燃燒器500內(nèi)進行燃燒，將所述熱解油水通入所述油水分離器800。將熱解爐100反應(yīng)室的氣氛與燃燒器500的氣氛隔離，使二者互不影響，從而實現(xiàn)物料熱解在絕氧氣氛下進行，確保了熱解氣具有較高的熱值。

用所述油水分離器800對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水。

將熱解水通入所述蒸汽鍋爐600，得到水蒸氣。

用所述蒸汽鍋爐600對水進行加熱，得到水蒸氣。將所述水蒸氣通入所述加熱器700，所述加熱器700對所述水蒸氣進行二次加熱，然后再通入所述流化床200。

將所述殘?zhí)亢退魵夥謩e送入所述流化床200，流化床反應(yīng)溫度控制在880℃左右，利用所述水蒸氣對所述殘?zhí)窟M行活化，生成活性炭。其中，殘?zhí)吭诹骰?00內(nèi)與活化劑逆向接觸反應(yīng)，制得活性炭。

實施例1

以生物質(zhì)為原料，利用生物質(zhì)(蘆竹)制備活性炭系統(tǒng)進行制備活性炭的方法如下：

將10噸蘆竹進行破碎處理，獲得粒徑30mm以下破碎料；

將破碎的蘆竹送入熱解爐進行熱解，物料均勻布料在布料板上，料層厚度為150mm。該熱解爐中設(shè)置了燃燒器，熱解得到殘?zhí)亢蜔峤庥蜌?，產(chǎn)生的熱解殘?zhí)克腿肓骰玻?/p>

將熱解產(chǎn)生的熱解油氣和送入油氣分離器中進行分離，油氣分離器從而獲得清潔的熱解氣和熱解油水；

將分離得到的熱解氣送入燃燒器中進行燃燒，燃燒器采用蓄熱式燃燒器，可將常溫空氣溫度提高到350-400℃，同時燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度可降至110℃左右；將熱解油水送入油水分離器中進行分離，分別獲得熱解油和水。

熱解水送入蒸氣鍋爐裝置中，對水蒸氣進行加熱，水蒸氣溫度為500℃左右；再將水蒸氣通入加熱器中，對水蒸氣進行二次加熱，水蒸氣溫度提高到600-950℃，再送入流化床中。

將水蒸氣與殘?zhí)吭诹骰材嫦蚪佑|反應(yīng)，制得活性炭，流化床反應(yīng)溫度控制在880℃左右；

本發(fā)明所述工藝方法可長期平穩(wěn)操作，所得到的上述生物質(zhì)制得活性炭產(chǎn)物的產(chǎn)率和主要性質(zhì)見表1。

表1數(shù)據(jù)結(jié)果

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。