活性炭製備中零排放和自供熱的炭化工藝的製作方法

2023-08-08 16:54:26

專利名稱：活性炭製備中零排放和自供熱的炭化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及活性炭的炭化，更具體地講，本發明涉及一種活性炭製備中零排放和自供熱的炭化工藝。
背景技術：
炭化工序是氣體活化法生產活性炭過程中的重要工序之一，該過程把原料隔絕空氣加熱，使非碳元素減少，以生產出適合活化工序所需要的碳質材料，是活化前的主要準備與基礎。物料炭化分解時產生可然性氣體，例如CO、H2、CH4、烷烴、烯烴、煤焦油等揮發物組分，這些氣體直接排入大氣中將給環境造成汙染。另外，物料炭化時需要耗費大量的能量。中國專利20102023 . 0公開了一種自供能汙泥熱解炭化處理系統，其包括汙泥幹化裝置、汙泥熱解焚燒裝置、汙泥連續炭化裝置；汙泥幹化裝置的出料口分別與汙泥熱解焚燒裝置和汙泥連續炭化裝置連接，汙泥熱解焚燒裝置的出氣口連接至汙泥連續炭化裝置。中國專利93227406. 4公開了一種井式活性炭纖維材料活化炭化爐，其由爐體固定設置部分和爐體可移位部分組成，爐體固定設置部分的爐體為立式，在地坑內井式設置， 原料由爐體上部開口進出，電熱元件在井內分布，電控系統與此連結以對爐溫進行自動控制。中國專利200710068892. 9公開了一種炭化爐，包括爐體、燃燒室，爐體外圍整體包覆有包溫材料，爐體上設有進料口和出料口，所述的炭化爐設有餘熱回收管，餘熱回收管分別連接爐體和燃燒室，餘熱回收管出口處設有點火裝置。中國專利201010233150. 9公開了一種生產生物質炭的炭化爐，包括煙筒，旋轉爐體，進料鬥、出料鬥、油氣排出管，旋轉爐體由旋轉託輪支承，進料鬥、出料鬥、油氣排出管裝置在旋轉爐體上，煙筒設置在旋轉爐體內，煙筒與旋轉爐體同軸，旋轉爐體內壁上設置有螺旋葉片或煙筒與旋轉爐體的同軸線與水平面有一角度5° <&<30°。中國專利201010197974. 5公開了一種多管外熱式煙氣回抽旋轉炭化爐，它有一個斜臥式迴轉爐體，爐體高端一側裝有進料鬥，低端一側有出料口和燃燒室，爐體內有沿截面環形分布的管束，炭化料與煙氣道分隔，炭化料走管程，煙氣走殼程。炭化過程中產生可燃性有機物煙氣，現有技術沒有對其進行合理解決。其排入大氣中既引起環境汙染，又造成資源浪費。

發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種既節約資源、又減少環境汙染的炭化工藝。為了實現上述目的，本發明提供了一種活性炭製備中零排放和自供熱的炭化工藝，其包括如下步驟①利用加熱裝置，對炭化爐之轉筒中的炭粉原料進行加熱，該炭粉原料在熱作用下產生可燃的燃氣；②關閉①中的加熱裝置；③將步驟①所產生的燃氣通入燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；④將所產生的高溫煙氣通入轉筒，對炭粉原料進行加熱，產生可燃的燃氣；⑤將步驟④所產生的燃氣通入燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；⑥重複執行步驟④及步驟⑤。本發明中所稱的「炭粉原料」特指在炭化爐內炭化的原料，其可為顆粒狀含碳物料，例如由粉煤灰浮選製得的含碳顆粒。本發明中所稱的「燃氣」特指炭粉原料在熱作用下產生的可燃性氣體，其可包括 CO、H2、CH4、烷烴、烯烴、煤焦油等各種揮發物組分；所稱的「煙氣」為燃氣在燃燒裝置中燃燒後所產生的氣體。本發明的方法即通過燃燒這些可燃性氣體，提供炭粉原料炭化所需要的熱量。炭化過程中產生的可燃性氣體通入燃燒裝置中燃燒，燃燒產生的高溫煙氣通入炭化爐，對炭化爐內的炭粉原料進行加熱進而炭化。這樣，既節省了能源，又避免了大量可燃性氣體排入大氣中，減少了環境汙染。根據本發明的一實施方式，在炭粉原料被加熱的同時，使轉筒轉動，從而使炭粉原料發生翻滾，從而使炭粉原料均勻受熱。根據本發明的另一實施方式，轉筒中設置有帶動炭粉原料運動的裝置，如揚板、葉片、突起物等。這樣設置的目的是在加熱的過程中，推送炭粉原料在轉筒內前行，以實現連續性生產。為了達到更好的推送效果，該多個揚板、葉片、突起物在轉筒的內壁上呈螺旋線狀排布。根據本發明的另一實施方式，炭化爐包括第一轉筒和同軸的位於第一轉筒之外的第二轉筒，高溫煙氣首先進入第一轉筒，然後進入第二轉筒。燃氣是從第二轉筒引入到燃燒裝置中。根據本發明的另一實施方式，高溫煙氣是與炭粉原料逆流接觸的，即高溫煙氣的流動方向與炭粉原料的平動運動方向是相反的。根據本發明的另一實施方式，高溫煙氣是與炭粉原料順流接觸的，即高溫煙氣的流動方向與炭粉原料的平動運動方向是相同的。根據本發明的另一實施方式，加熱裝置為位於炭化爐中心軸線處的電加熱管。根據本發明的另一實施方式，第一轉筒和第二轉筒的側邊與中軸線的夾角為 8° -12°，在此基礎上進一步優選為10° -11°。實現上述的工藝方法的裝置或系統有多種多樣，例如，一種實現本發明方法的系統，可包括燃燒裝置，其具有進氣口及出氣口 ；雙筒旋轉炭化爐，其包括第一轉筒及第二轉筒、位於第一轉筒內的加熱裝置、驅動第一轉筒及第二轉筒旋轉的驅動裝置，第二轉筒套在第一轉筒之外；燃氣-煙氣迴路結構，該迴路結構將炭化爐之炭粉原料受熱所產生的燃氣送入燃燒裝置進行燃燒，並將燃氣所產生的煙氣進一步用於加熱炭粉原料，其包括位於炭化爐的多個開口及連接於炭化爐和燃燒裝置之間的氣體管道。在上述系統中，炭化爐的第一轉筒及第二轉筒的旋轉方向可相同，也可相反。優選地，第二轉筒的軸線與第一轉筒的軸線重合。第二轉筒和第一轉筒的軸線可水平，也可與水平面有微小的夾角，例如5° -8°。 第二轉筒和第一轉筒在驅動裝置的驅動下旋轉，使位於其內的炭粉原料加熱得更均勻更充分。燃燒裝置(例如燃燒爐)位於炭化爐之外，其通過氣體管道與炭化爐相連通。氣體管道中間可設置有氣體泵。這樣，在氣體泵的抽送下，炭化爐內的炭粉原料炭化分解時產生的燃氣通過氣體管道進入燃燒裝置的進氣口，在燃燒裝置內進行燃燒。燃燒後產生的高溫煙氣通過氣體管道通入炭化爐內。此時關閉加熱裝置，依靠炭化爐內的高溫煙氣對炭化爐內的炭粉原料進行加熱並炭化。炭化產生的燃氣又被泵回燃燒裝置內燃燒並產生高溫煙氣，如此循環。由於設置了燃氣-煙氣迴路結構，炭化過程中產生的可燃性氣體從該迴路結構進入燃燒裝置中燃燒，燃燒產生的高溫煙氣從該迴路結構中進入炭化爐，對炭化爐內的炭粉原料進行加熱進而炭化。這樣，既節省了能源，又避免了大量可燃性氣體排入大氣中，減少了環境汙染。在上述系統中，燃氣-煙氣迴路結構包括位於第一轉筒首部的第一開口、位於第一轉筒尾部的第二開口、位於第二轉筒尾部的第三開口 ；第二開口套在第二轉筒之內。第二開口的數目可以有多個，例如位於與第一轉筒的尾端距離相等的同一縱截面上，第二轉筒將所有第二開口均套於其內。炭粉原料從第一轉筒的第一開口處進入，在第一轉筒旋轉的作用下，流向第二開口，並經第二開口進入第二轉筒，同樣在第二轉筒的旋轉作用下，流向第三開口。燃氣-煙氣與炭粉原料可為順流接觸，也可為逆流接觸。當順流接觸，炭粉原料在熱作用下產生的可燃性氣體從第三開口流出炭化爐，進入燃燒裝置進行燃燒；可燃性氣體燃燒產生的高溫煙氣從第一開口進入炭化爐，並經第二開口流向第三開口。當逆流接觸，炭粉原料在熱作用下產生的可燃性氣體從第一開口流出炭化爐，進入燃燒裝置進行燃燒；可燃性氣體燃燒產生的高溫煙氣從第三開口進入炭化爐，並經第二開口流向第一開口。本裝置優選為順流接觸。在上述系統中，氣體管道包括與第一開口連通的第一氣體管道、與第三開口連通的第二氣體管道，第一氣體管道的另一端通向燃燒裝置的進氣口或出氣口，第二氣體管道的另一端通向燃燒裝置的出氣口或進氣口。在上述系統中，第一開口位於第一轉筒首部的端面上。炭粉原料也從該第一開口進入第一轉筒。在上述系統中，第二轉筒的尾部鄰近第一轉筒的首部，第二轉筒的首部鄰近第一轉筒的尾部。在上述系統中，第一轉筒和/或第二轉筒為首部細、尾部粗的圓臺狀。還可為首部細、尾部粗的半球狀、半橢球狀或其它形狀。這樣，在第一轉筒和/或第二轉筒旋轉的過程中，在自身重力的作用下，位於其內的炭粉原料自筒的首部流向筒的尾部。當第一轉筒和/ 或第二轉筒為圓臺狀，第一轉筒和/或第二轉筒的側邊與中軸線的夾角優選為5° -15°， 在此基礎上進一步優選為8° -12°，在此基礎上進一步優選為10° -11°。在上述系統中，第一轉筒可為圓柱形。而第二轉筒可為圓柱形，也可為圓臺狀。在上述系統中，炭化爐還包括收集裝置，該收集裝置套在第二轉筒之外，並將第三開口套於其內。該第三開口的數目可以有多個，例如位於與第二轉筒的尾端距離相等的同一縱截面上，該收集裝置可為將所有第三開口均套於其內的內空環套。在該實施方式中，收集裝置的外壁上設有第四開口，用於連接通向燃燒裝置的氣體管道，該第四開口設於收集裝置的上部或頂端。在上述系統中，炭化爐還包括推送裝置；該推送裝置為設置在第一轉筒和/或第二轉筒的內壁上的多個揚板。這裡的揚板又稱揚料板或抄板，用於把筒內的物料抄起又灑下，使物料與氣流的接觸表面增大，以提高幹燥、加熱的速率並促進物料前行。炭化爐的第一轉筒及第二轉筒旋轉時，位於其內的顆粒狀的炭粉原料在揚板的作用下被向前推送。為了達到更好的推送效果，該多個揚板在第一轉筒和/或第二轉筒的內壁上呈螺旋線狀排布。在上述系統中，加熱裝置可為位於第一轉筒的軸線處的軸狀電加熱管；或者為多個分散在第一轉筒內以及內第二轉筒之間的體積較小的電加熱管；或者在第一轉筒內設置軸狀電加熱管，在內第二轉筒之間設置多個分散的體積較小的電加熱管。在上述系統中，炭化爐還包括進料裝置；該進料裝置為與第一開口連通的進料管道；進料管道設有進料口 ；進料管道內設有傾斜設置的、指向第一開口的擋板。炭粉原料從進料口進入，落到擋板上，並沿著擋板滑進第一開口，進入第一轉筒。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果本發明通過燃燒炭粉原料炭化過程中產生的可燃性氣體，提供炭粉原料炭化所需要的熱量。炭化過程中產生的可燃性氣體通入燃燒裝置中燃燒，燃燒產生的高溫煙氣通入炭化爐，對炭化爐內的炭粉原料進行加熱進而炭化。這樣，既節省了能源，又避免了大量可燃性氣體排入大氣中，減少了環境汙染。下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。


圖1是本發明炭化工藝的流程圖；圖2是實現本發明方法的炭化系統的第一實施例沿著其中軸線的縱向截面的結構示意圖；圖3是實現本發明方法的炭化系統的第二實施例沿著其中軸線的縱向截面的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的活性炭製備中零排放和自供熱的炭化工藝，包括如下步驟①利用加熱裝置，對炭化爐之轉筒中的炭粉原料進行加熱，該炭粉原料在熱作用下產生可燃的燃氣；②關閉加熱裝置；③將步驟①所產生的燃氣通入燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；④將所產生的高溫煙氣通入轉筒，對炭粉原料進行加熱，產生可燃的燃氣；⑤將步驟④所產生的燃氣通入燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；⑥重複執行步驟④及步驟⑤。
如圖2所示，實現本發明方法的炭化系統的第一實施例，包括炭化爐和燃燒裝置例如燃燒爐7。其中炭化爐包括進料裝置1、第一轉筒2、第二轉筒3、收集裝置4、燃氣-煙氣迴路結構5、加熱裝置6、驅動第一轉筒及第二轉筒旋轉的驅動裝置(圖中未示)。其中，第一轉筒2為封閉的圓柱，其軸線水平，其內壁上設有多個揚板(圖中未示)；第一轉筒2首部的端面上設有第一開口 503 ；第一轉筒2尾部的側面設有多個第二開口 504，其均位於與第一轉筒2的尾端距離相等的同一縱截面上。進料裝置1為與第一開口 503連通的進料管道101 ；進料管道101的底端封閉，頂端設有進料口 102 ；進料管道101內設有傾斜設置的、指向第一開口 503的擋板103 ；進料管道101的側壁、第一開口 503的下方設有第五開口 502，該第五開口 502連接通向燃燒裝置的第一氣體管道501。第二轉筒3為封閉的圓臺狀，其軸線與第一轉筒2的軸線重合，第二轉筒3的側邊與中軸線的夾角為10° ；第二轉筒3套在第一轉筒2之外，第一轉筒2的多個第二開口 504 被套在第二轉筒3之內；第二轉筒3較細的首部靠近第一轉筒2的尾部，第二轉筒3較粗的尾部靠近第一轉筒2的首部；第二轉筒3的內壁上設有多個揚板(圖中未示)。第二轉筒 3尾部的側面設有多個第三開口 505，其均位於與第二轉筒3的尾端距離相等的同一縱截面上。收集裝置4套在第二轉筒3之外，並將所有第三開口 505均套於其內，收集裝置4 的頂端設有第四開口 506，該第四開口 506連接通向燃燒裝置的第二氣體管道507。出料裝置4的底端設有出料管道401。燃氣-煙氣迴路結構5包括第一氣體管道501、第五開口 502、第一開口 503、第二開口 504、第三開口 505、第四開口 506、第二氣體管道507。加熱裝置6為位於第一轉筒2的軸線處的軸狀電加熱管。燃燒爐7包括位於燃燒爐內的蓄熱磚701、位於燃燒爐7下方的進氣口 702、位於燃燒爐7上方的出氣口 703。燃燒爐7的進氣口 702與第二氣體管道507的另一端連接， 第二氣體管道507中間設有氣體泵8。第一氣體管道501的另一端連接到燃燒爐的出氣口 703。上述實施方式的工作流程如下1、炭粉原料。炭粉原料例如由粉煤灰浮選出的碳顆粒從進料口 102進入進料管道 101，被擋板103阻擋後，從第一開口 503進入第一轉筒2，在驅動裝置的驅動下，第一轉筒 2及第二轉筒3旋轉，帶動位於第一轉筒及第二轉筒內壁上的揚板旋轉，將炭粉原料向第二開口 504的方向推送。炭粉原料前行的過程中，與位於第一轉筒2的加熱裝置6或高溫煙氣接觸，並被加熱。炭粉原料從第二開口 504落入第二轉筒3，並被旋轉的揚板向第三開口 505的方向推送。在整個移動過程中，炭粉原料被加熱、乾燥、熱解，最終被炭化。炭化後的炭粉原料從第三開口 505落到套在第二轉筒3之外的收集裝置4內，並經出料管道401離開炭化爐。2、燃氣/煙氣。本實施例中燃氣/煙氣與炭粉原料為順流接觸。在加熱裝置6 的加熱作用下，第一轉筒2內的炭粉原料產生可燃性氣體，該可燃性氣體順著炭粉原料的流動方向經第二開口 504進入第二轉筒3，並經第三開口 505、第四開口 506、第二氣體管道 507進入燃燒爐，在燃燒爐7中燃燒後產生高溫的煙氣。高溫煙氣經第一氣體管道501、第五開口 502、第一開口 503進入第一轉筒2。第一轉筒2內的炭粉原料在高溫煙氣的加熱作用下，產生可燃性氣體，該可燃性氣體重複上述流程。圖3所示為實現本發明方法的炭化系統的第二實施例，其與第一實施例的區別在於燃氣/煙氣與炭粉原料為逆流接觸，即第一轉筒2內的炭粉原料在熱作用下產生的可燃性氣體逆著炭粉原料的流動方向經第一開口 503、第五開口 502、第一氣體管道501進入燃燒爐7，在燃燒爐7中燃燒後產生高溫的煙氣。高溫煙氣經第二氣體管道507、第四開口 506、第三開口 505進入第二轉筒3，並經第二開口 504進入第一轉筒2。雖然本發明以較佳實施例揭露如上，但並非用以限定本發明實施的範圍。任何本領域的普通技術人員，在不脫離本發明的發明範圍內，當可作些許的改進，即凡是依照本發明所做的同等改進，應為本發明的發明範圍所涵蓋。
權利要求
1.一種活性炭製備中零排放和自供熱的炭化工藝，其包括如下步驟①利用加熱裝置，對炭化爐之轉筒中的炭粉原料進行加熱，該炭粉原料在熱作用下產生可燃的燃氣；②關閉所述的加熱裝置；③將步驟①所產生的燃氣通入燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；④將所產生的高溫煙氣通入所述轉筒，對所述炭粉原料進行加熱，產生可燃的燃氣；⑤將步驟④所產生的燃氣通入所述燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；⑥重複執行步驟④及步驟⑤。
2.如權利要求1所述的炭化工藝，其中，在所述的炭粉原料被加熱的同時，使所述轉筒轉動，從而使所述的炭粉原料發生翻滾。
3.如權利要求1所述的炭化工藝，其中，所述的轉筒中設置有帶動所述的炭粉原料運動的裝置。
4.如權利要求1所述的炭化工藝，其中，所述炭化爐包括第一轉筒和同軸的位於第一轉筒之外的第二轉筒，所述的高溫煙氣首先進入第一轉筒，然後進入第二轉筒。
5.如權利要求4所述的炭化工藝，其中，所述的燃氣是從所述第二轉筒引入到所述的燃燒裝置中。
6.如權利要求1所述的炭化工藝，其中，所述高溫煙氣是與所述的炭粉原料逆流接觸的，即所述高溫煙氣的流動方向與所述炭粉原料的平動運動方向是相反的。
7.如權利要求1所述的炭化工藝，其中，所述高溫煙氣是與所述的炭粉原料順流接觸的，即所述高溫煙氣的流動方向與所述炭粉原料的平動運動方向是相同的。
8.如權利要求1所述的炭化工藝，其中，所述的加熱裝置為位於所述炭化爐中心軸線處的電加熱管。
9.如權利要求4所述的炭化爐，其中，所述第一轉筒和所述第二轉筒的側邊與中軸線的夾角為8° -12°。
10.如權利要求9所述的炭化爐，其中，所述第一轉筒和所述第二轉筒的側邊與中軸線的夾角為10° -11°。
全文摘要
本發明公開了一種活性炭製備中零排放和自供熱的炭化工藝，其包括如下步驟①利用加熱裝置，對炭化爐之轉筒中的炭粉原料進行加熱，該炭粉原料在熱作用下產生可燃的燃氣；②關閉加熱裝置；③將步驟①所產生的燃氣通入燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；④將所產生的高溫煙氣通入所述轉筒，對炭粉原料進行加熱，產生可燃的燃氣；⑤將步驟④所產生的燃氣通入所述燃燒裝置中進行燃燒，產生高溫煙氣；⑥重複執行步驟④及步驟⑤。炭化過程中產生的可燃性氣體通入燃燒裝置中燃燒，燃燒產生的高溫煙氣通入炭化爐，對炭化爐內的炭粉原料進行加熱進而炭化。這樣，既節省了能源，又避免了大量可燃性氣體排入大氣中，減少了環境汙染。
文檔編號C10B53/00GK102249226SQ20111015873
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者許閩清 申請人:福建省龍巖龍能粉煤灰綜合利用有限公司