利用煤制備活性炭的系統和方法與流程

本發明屬于熱解氣化技術生產活性炭的技術領域范圍，具體而言，本發明涉及一種制備活性炭的系統和方法，特別是一種適合以煤為原料，通過熱解氣化制備活性炭的系統和方法。

背景技術：

活性炭是一種在水質處理、空氣凈化、溶劑回收及其它工業部門用途十分廣泛的孔性碳吸附劑，特別是在廢水處理中的應用加速了它的發展,估計世界年總產量已達50-60萬噸，1983年我國活性炭的產量已達到3.5萬噸，80多個品種。

但是目前活性炭的生產工藝、生產設備還很落后，目前國內大部分煤質活性炭企業的生產工藝比較落后，主要通過單種煤來進行生產，產品質量對原料煤依靠嚴重。生產設備的生產能力普遍較小，自動化程度較低，不利于大規模、連續化生產。同時，由于活性炭生產對原料要求比較高，目前只有少數煤種能完全滿足生產要求，因此，隨著我國煤炭行業的整頓，煤炭資源集中化程度的提高，活性炭生產將會逐漸轉移到少數大型活性炭生產企業，活性炭企業規模擴大，但生產企業將大幅度減少，從而改變目前這種市場競爭無序的狀況。

目前，國內外研究采用新的研磨技術結合化學洗滌法，可獲得灰分為1％的精煤，但是成本相對較高，得不償失。

因此，有必要對活性炭的生產工藝進行研究，解決其對原料要求高、生產率低，生產成本高的問題。

技術實現要素：

為解決上述活性炭的生產工藝、生產設備落后的問題，同時提高活性炭的生產效率，降低生產成本，本發明提供一種適合以煤為原料，通過熱解氣化制備活性炭的系統和方法。

本發明提供了一種利用煤制備活性炭的系統，所述系統包括：

熱解爐，其包括進料口、多個熱解油氣出口、固料出口、反應室和設在所述反應室底部的可旋轉盛放盤，所述熱解爐用于熱解原料煤，生成殘炭；

燃燒器，其位于所述反應室的上部和/或下部，所述燃燒器具有燃氣入口和燃燒煙氣出口，所述燃燒器用于對所述原料煤進行加熱，產生燃燒煙氣；

凈化分離裝置，其具有燃燒煙氣入口和二氧化碳出口，所述燃燒煙氣入口與所述燃燒器的燃燒煙氣出口連接，所述凈化分離裝置用于對所述燃燒煙氣進行凈化、分離處理，得到二氧化碳；

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凈化分離裝置的二氧化碳出口相連，所述流化床用于對所述殘炭進行活化，生成活性炭。

進一步地，所述系統還包括熱解油氣接收裝置，其具有熱解油氣入口和熱解氣出口，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，所述熱解油氣接收裝置用于將保溫后的熱解氣通入所述燃燒器內進行燃燒。

更進一步地，所述系統還包括加熱器，其具有二氧化碳入口和活化劑出口，所述二氧化碳入口與所述凈化分離裝置的二氧化碳出口相連，所述活化劑出口與所述流化床的活化劑入口連接，所述加熱器用于對所述二氧化碳進行加熱。

具體地，所述加熱器為蓄熱式加熱器。

更具體地，所述熱解爐具有水封裝置，所述熱解爐的進料口具有兩級閥門或螺旋密封裝置。

進一步地，所述系統還包括預處理裝置，其與所述熱解爐的進料口相連，所述預處理裝置用于對所述原料煤進行破碎預處理。

本發明還提供了一種利用上述系統制備活性炭的方法，該方法具有以下步驟：

將原料煤送入所述熱解爐，所述燃燒器對所述原料煤進行加熱，產生燃燒煙氣，原料煤熱解，生成熱解油氣和殘炭；

用所述凈化分離裝置對所述燃燒煙氣進行凈化分離處理，得到二氧化碳；

將所述殘炭和二氧化碳分別送入所述流化床，利用所述二氧化碳對所述殘炭進行活化，生成活性炭。

進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將所述熱解油氣通入所述熱解油氣接收裝置，所述熱解油氣接收裝置對所述熱解氣進行保溫，再將所述熱解氣通入所述燃燒器內進行燃燒。

更進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將所述二氧化碳通入所述加熱器，所述加熱器對所述二氧化碳進行加熱，然后再通入所述流化床。

再進一步地，所述方法還包括以下步驟：

對所述原料煤進行預處理，得到片狀、塊狀和/或粉狀的原料煤。

本發明的有益效果在于：

本發明所述的制備活性炭的系統及方法，無需對現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、熱量損失嚴重、制備活性炭品質差的問題。

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

本發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，且提高熱解爐產能，實現原料的充分熱解，整個工藝簡單，易操作，能夠確保操作的穩定性。

本發明實現了物料的減量化、無害化和資源化利用。

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

附圖說明

圖1是本發明所述系統的示意簡圖。

圖2是本發明所述系統的整體示意圖。

圖3是本發明所述方法的流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發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明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

如圖1所示，本發明所述的系統包括熱解爐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還具有反應室和設在所述反應室底部的可旋轉盛放盤，所述熱解爐100用于熱解原料煤，生成殘炭。本發明所述的熱解爐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。這樣設置可使得所述熱解爐處于絕氧的環境，可以抑制原料熱解時產生二噁英等有害氣體。

如圖1所示，燃燒器500，其設置于位于熱解爐100內，在所述的反應室的上部和/或下部，所述燃燒器具有燃氣入口501和燃燒煙氣出口502，所述燃燒器500用于對所述原料煤進行加熱，產生燃燒煙氣。

燃燒器500對熱解爐100的內部進行加熱，使其達到原料煤熱解的溫度，從而對原料煤進行熱解，生成殘炭。燃燒器500在燃燒過程中，會產生大量的燃燒煙氣，而原料煤熱解時會產生大量的熱解油氣。另外，優選地，將熱解爐100反應室的氣氛與燃燒器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，這樣設置的好處在于可以通過調整通入蓄熱式輻射管的燃氣的流量來實現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裝置相比，本發明的熱解爐100不需要設置預熱單元和載體分離單元，可以極大簡化熱解和活化反應工藝流程，從而顯著降低裝置的故障率。

如圖1所示，凈化分離裝置600，其具有燃燒煙氣入口601和二氧化碳出口602，所述燃燒煙氣入口601與所述燃燒器500的燃燒煙氣出口502連接，所述凈化分離裝置600用于對所述燃燒煙氣進行凈化、分離處理，得到二氧化碳。凈化分離裝置600先對燃燒煙氣進行凈化，凈化后的煙氣再進行二氧化碳和其他氣體(主要含氮氣)的分離，得到純度在95％以上的二氧化碳氣體。

將燃燒煙氣通入凈化分離裝置600進行凈化分離的原因在于，二氧化碳可用作制備活性炭的活化劑，凈化分離的二氧化碳對于后續生成活性炭至關重要。雖然二氧化碳可由其他的方式獲得，但本發明通過凈化分離燃燒煙氣，可以實現資源的再次利用，提高能源利用率，也減少二氧化碳的排放，起到保護環境的作用。

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與所述凈化分離裝置600的二氧化碳出口602相連，所述流化床200用于對所述殘炭進行活化，生成活性炭。其中，殘炭在流化床200內與活化劑逆向接觸反應，制得活性炭。活性炭可從活性炭出口204導出，活化過程產生的廢氣從廢氣出口203排出。

如圖2所示，本發明所述系統還包括熱解油氣接收裝置400，其具有熱解油氣入口401和熱解氣出口402，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402與所述燃燒器500的燃氣入口501相連，所述熱解油氣接收裝置400用于將保溫后的熱解氣通入所述燃燒器500內進行燃燒。

本發明還可包括儲氣罐，設置于熱解油氣接收裝置400與燃燒器500之間，用于儲存熱解氣，同時達到緩沖的目的。

所述熱解油氣接收裝置400一方面起到分離熱解油氣的作用，得到熱解氣，另一方面熱解油氣還可對熱解氣進行保溫，并通入燃燒器500。燃燒器500利用熱解反應產物中的熱解氣進行燃燒，循環利用能源，顯著提高能量利用率。

如圖2所示，所述系統還包括加熱器700，其具有二氧化碳入口和活化劑出口，所述二氧化碳入口與所述凈化分離裝置600的二氧化碳出口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用于對所述二氧化碳進行加熱。加熱器700可采用蓄熱式加熱器，其運行成本低，節約能源。

通過對二氧化碳的加熱，一方面可提高其活化性能，另一方面將二氧化碳氣體溫度提高到600-950℃，達到流化床200活化所需反應溫度，進而提高流化床200制備活性炭制備的效率。

如圖2所示，所述系統還包括預處理裝置300，其原料出口303與所述熱解爐100的進料口101相連，所述預處理裝置300用于對所述原料煤進行破碎預處理。預處理裝置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炭的品質。

如圖3所示，本發明通過預處理裝置300對所述原料煤進行預處理，得到片狀、塊狀和/或粉狀的原料煤。一般可將原料煤破碎為粒徑小于20mm的煤粒，有助于充分熱解。

將破碎后的原料煤送入所述熱解爐100，所述燃燒器500對所述原料煤進行加熱，產生燃燒煙氣，原料煤熱解，生成熱解油氣和殘炭。原料煤需均勻布料在熱解爐100內，原料厚度不大于100mm，通常熱解的溫度為580℃-620℃，

將所述熱解油氣通入所述熱解油氣接收裝置400，所述熱解油氣接收裝置400對所述熱解氣進行保溫，再將所述熱解氣通入所述燃燒器500內進行燃燒。將熱解爐100反應室的氣氛與燃燒器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。

用所述凈化分離裝置600對所述燃燒煙氣進行凈化分離處理，得到二氧化碳。凈化分離裝置600先對燃燒煙氣進行凈化，凈化后的煙氣再進行二氧化碳和其他氣體(主要含氮氣)的分離，得到純度在95％以上的二氧化碳氣體。

將所述二氧化碳通入所述加熱器700，所述加熱器700對所述二氧化碳進行加熱，然后再通入所述流化床200。通過對二氧化碳的加熱，一方面可提高其活化性能，另一方面將二氧化碳氣體溫度提高到600-950℃，達到流化床200活化所需反應溫度，進而提高流化床200制備活性炭制備的效率。

將所述殘炭和二氧化碳分別送入所述流化床200，流化床反應溫度控制在850℃左右，利用所述二氧化碳對所述殘炭進行活化，生成活性炭。殘炭在流化床200內與活化劑逆向接觸反應，制得活性炭。

實施例1

以內蒙港元地區煤為原料，利用本發明所述的制備活性炭系統和方法進行活性炭制備：

將約50噸原料煤進行破碎處理，獲得粒徑20mm以下的煤粒；

將破碎的煤粒送入熱解爐進行熱解，煤粒均勻布料在布料板上，料層厚度為80mm。該熱解爐中設置了燃燒器，熱解得到殘炭和熱解氣，產生的熱解殘炭送入流化床；

將熱解產生的中高溫熱解氣送入燃燒器中進行燃燒，可將常溫空氣溫度提高到350-400℃，同時燃燒產生的煙氣溫度可降至110℃左右；

將燃燒器燃燒的煙氣送入凈化分離裝置中，對煙氣進行凈化、再進行二氧化碳和其他氣體(主要含氮氣)的分離，得到純度在95％左右的二氧化碳氣體。將分離得到的二氧化碳氣體通入加熱器中進行加熱，加熱后的二氧化碳氣體溫度為830℃左右，送入流化床中；

流化床反應溫度控制在850℃左右，將上述二氧化碳與殘炭在流化床逆向接觸反應，制得活性炭。

本發明所述工藝方法可長期平穩操作，所得到的上述物料制得活性炭產物的產率和主要性質見表1。

表1數據結果

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明而非限制本發明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的范圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括復數形式，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合任何其它實施例的全部或一部分來使用。