阅读说明：本技术 一种内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置与方法 (internal and external heating self-heating biomass carbonization-activation device and method ) 是由 张会岩 彭勃 肖睿 余加俊 葛仕福 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置与方法,该装置包括内外燃烧供热炉体、传动系统、微负压油气循环及尾气系统。该方法包括将烘干后的生物质原料或将炭化料和水蒸气加入回转的内外燃烧供热炉体,在炭化/活化腔体中沿筒体斜度向前输送并进行热解炭化或活化反应,炭化料与可燃油气或活性炭和活化气在炉尾高温分离；高温油气或活化气在微负压作用下分别进入内燃烧供热腔以及多腔外燃烧供热腔中燃烧,产生热量为后续反应供热。本发明装置使用内外加热自热式供热,无需单独设置燃烧室,结构紧凑,热利用效率高,余热可回收,解决生物质活性炭生产过程中炭化工艺能耗高的问题。(The invention discloses a carbonization-activation device and a method for kinds of internally and externally heated self-heating integrated biomass, wherein the device comprises an internal and external combustion heat supply furnace body, a transmission system, a micro-negative pressure oil gas circulation and a tail gas system.)

一种内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置与方法

技术领域

本发明属于生物质资源利用技术领域，具体涉及一种内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置与方法。

背景技术

活性炭具有物理吸附和化学吸附的双重特性，是一种性能优良、适用广泛的吸附剂，在处理废气、污水，制备催化剂载体、浸渍液，净化气体、水质，回收溶剂等各个方面均有着十分重要的应用。目前，用于制备活性炭的原料一般包括生物质和优质煤。相比于煤，使用生物质制备活性炭原料具有来源广泛、价格低廉、工艺简单、污染物少等诸多优点，因而受到越来越多的关注。

活性炭的制备方法包括物理法和化学法，由于环境要求和经济性要求的日益提高，物理法制备活性炭越来越具有优势。以生物质作为原料，使用法物理法两步制备活性炭包括炭化和活化两个步骤，分别需要在炭化炉和活化炉中进行。相比于煤来说，使用生物质作为原料制备活性炭对于装置的要求更高。

目前通过生物质制备活性炭技术已得到一定的发展，但用于生物质物理法制取活性炭的炭化、活化的设备和工艺仍存在许多不足。内热式的炭化炉会带来炭化料发生氧化、质量不佳的问题，因此，炭化过程以及活化过程一般采用外加热式的炉型。而现有生产生物质活性的外热式回转炉一般需要单独设置燃烧室，占地空间大，换热效率不高，能耗较大；此外，其转筒一般为单一的圆筒，圆筒内除物料占用少量空间外，大部分空间没有得到有效利用。研发一种紧凑、高效的外热式生物质炭化/活化设备尤为重要。

发明内容

发明目的：为克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置与方法，该装置使用微负压内外加热自热式一体化供热，无需单独设置燃烧室，结构紧凑，热利用效率高，余热可回收，可解决生物质活性炭生产过程中炭化工艺能源消耗大、生产效率低等问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置，包括内外燃烧供热炉体、传动系统和微负压油气循环及尾气系统；

所述的内外燃烧供热炉体包括：依次连接的进料口、筒体、炉尾、出料口；其中，所述筒体为三层多腔结构，包括由内至外同心同轴分布的内燃烧供热腔、炭化-活化腔、多腔外燃烧供热腔，多腔外燃烧供热腔由若干个外燃烧供热腔沿周向环绕组成，分散布置于炭化-活化腔外部；炭化-活化腔与进、出料口相连，内燃烧供热腔、多腔外燃烧供热腔两个燃烧供热腔通过气路通道与炭化-活化腔、通过尾气出口与回收输送管道、引风机相连，该气路通道是让热解产生的油气以及活化气压入两个燃烧腔体的管路通道；进料口与炭化-活化腔前端相连、出料口与炭化-活化腔后端相连，在进料口、出料口处开设有空气孔，用于漏进空气；

所述的传动系统包括内外燃烧供热炉体外壁上的齿圈与若干滚圈，所述齿圈固定于炭化-活化腔前端外壁上，与其相连接的减速机与电机供能使其带动炭化-活化腔转动；所述炭化-活化腔外壁上间隔设置若干滚圈，滚圈底部配有用于支撑的托轮；滚圈的作用是将筒体的全部重力传递给拖轮，使筒体在托伦上平稳旋转，其与筒体外壁中间有垫板，存在一定的间隙，随筒体一起转动；

所述的微负压油气循环及尾气系统包括筒体内的三个油气循环腔体及尾气回收输送管道与引风机；其中，炉尾上的尾气出口与内燃烧供热腔尾部、多腔外燃烧供热腔尾部的出气口相连，尾气回收输送管道前端接入炉尾上的尾气出口，后端与引风机相连。

进一步的，内外燃烧供热炉体为三层多腔结构，将燃烧室合并到内外燃烧供热炉体内部，热解油气或活化气在内外供热腔燃烧供热，炭化-活化腔外径、内燃烧供热腔直径、多腔外燃烧供热腔直径的比例为5：3：1。

进一步的，进出料口上端各开设5至10个空气孔，孔直径为40毫米，空气孔处由内外燃烧供热炉体内外压差自然漏进空气，漏进空气量由微负压油气循环及尾气系统中的引风机调节。

进一步的，可燃油气或活化气在内燃烧供热腔、多腔外燃烧供热腔中燃烧产生高温烟气，在筒体内腔体间流动过程中，引风机串联起来的气路使其携带的热量得到循环利用，最后尾气由炉尾的出口通入尾气回收输送管道中，最终通过引风机排出。

进一步的，本发明的内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置实现的内外加热自热式一体化生物质炭化-活化方法，包括以下步骤：

(1)内外燃烧供热炉体通过传动系统中的齿圈、减速机、电机部件带动不断旋转；经破碎与烘干后的生物质原料或者炭化料和水蒸气从进料口加入炭化-活化腔中，并沿筒体斜度向前输送；

(2)通过微负压油气循环及尾气系统中引风机调节炉内形成微负压(通过尾气回收输送管道实现微负压)，使空气在空气孔处自然漏进内燃烧供热腔以及多腔外燃烧供热腔内，与热解油气或活化气燃烧，所放出热量为炭化-活化腔中后续热解反应或活化供热，产生的高温烟气通过微负压油气循环及尾气系统余热回收；

(3)内外燃烧供热炉体中，生物质热解产生的高温油气或活化过程产生的活化气在微负压下，由炉尾(11)分别通入内燃烧供热腔(4)以及多腔外燃烧供热腔(5)中燃烧，燃烧产生的热量为后续热解炭化或活化反应供热；热解或活化反应结束后，在炉尾内由负压分布实现炭化料与可燃油气的高温分离或活性炭与活化气的高温分离；最终生物质经炭化得到炭化料或炭化料经活化得到活性炭。

进一步的，所述步骤(2)与步骤(3)中，所述内燃烧供热腔以及多腔外燃烧供热腔内可燃油气和活化气燃烧所需空气量由引风机进行调节。

进一步的，所述步骤(2)与步骤(3)中，所述内燃烧供热腔以及多腔外燃烧供热腔中产生的热量分别从内外两个方向为炭化-活化腔中后续反应供热。

进一步的，热解温度为500℃～700℃，活化温度为800℃～950℃，热解-活化压力为微负压。

有益效果：本发明提供的内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置与方法与现有发明相比，具有以下有益效果：

1、本发明装置结构简单紧凑，无需另外单独设置燃烧室，将燃烧室合并到内外燃烧供热炉体内部，节省了大量空间与材料；

2、本发明装置采用外热式加热，高温烟气不直接与物料接触，保证了炭化的质量。

3、本发明装置中采用微负压环境，通过热解气气压在热解炭化炉中实现产物炭、油气高温分离，利用热解气返回燃烧室燃烧，提供热量，节约能源；

4、本发明装置采用内外两个方向供热，可显著增强换热效率，保证炭化反应的热量供给，并有效节约内外燃烧供热炉体长度。

附图说明

图1为本发明的内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置结构示意图；

图2为图1中筒体的截面图；

图中：1.进料口；2.筒体；3.炭化-活化腔；4.内燃烧供热腔；5.多腔外燃烧供热腔；6.齿圈；7.减速机；8.电机；9.滚圈；10.托轮；11.炉尾；12.出料口；13.引风机。

具体实施方式

下面将参照附图，对本发明实施例中的技术方案进行说明。

如图所示，一种内外加热自热式一体化生物质炭化-活化装置，包括内外燃烧供热炉体(Ⅰ)，为装置的主体部分，是生物质原料热解炭化和炭化料活化的主要结构；传动系统(Ⅱ)，用于支撑上述内外燃烧供热炉体(Ⅰ)，并通过传动装置，维持上述内外燃烧供热炉体(Ⅰ)的持续转动；使得热解油气和活化气持续燃烧，为热解反应和活化反应供热；微负压油气循环及尾气系统(Ⅲ)，用于提供上述内外燃烧供热炉体(Ⅰ)中的微负压环境，调节燃烧所需空气量，并回收其产生的尾气余热；

具体的，所述内外燃烧供热炉体(Ⅰ)包括依次连接的进料口1、筒体2、炉尾11、出料口12；其中，进料口1与炭化-活化腔3前端相连、出料口11与炭化-活化腔3后端相连；

所述的传动系统(Ⅱ)包括内外燃烧供热炉体(Ⅰ)外壁上的齿圈6与滚圈9、与齿圈6相连接的减速机7与电机8、支撑滚圈9的托轮10；

所述的内外燃烧供热炉体(Ⅰ)包括同心分布的炭化-活化腔3、内燃烧供热腔4、多腔外燃烧供热腔5；其中，内燃烧供热腔4位于炭化-活化腔3内部，多腔外燃烧供热腔5分散布置于炭化-活化腔3外部，炭化-活化腔3通过炉尾11与内燃烧供热腔4以及多腔外燃烧供热腔5相连；

所述的微负压油气循环及尾气系统(Ⅲ)包括尾气回收输送管道与引风机13；其中，炉尾11上的尾气进口与内燃烧供热腔4、多腔外燃烧供热腔5相连，尾气回收输送管道前端接入炉尾11上的尾气出口，后端与引风机13相连；

内外燃烧供热炉体Ⅰ中只有炭化-活化腔3与进出料口相连，内燃烧供热腔4、多腔外燃烧供热腔5两个燃烧供热腔只通过气路通道与炭化-活化腔3，以及通过尾气出口与回收输送管道14与引风机13相连。其中，炭化-活化腔3中由于不断产生热解油气或活化气，压力较大，引风机13通过回收输送管道14让燃烧腔内形成负压，使得热解油气或活化气通过气路通道压入燃烧腔体内燃烧；尾气通道通过管路的形式集成在炉尾处，并从尾气出口经回收输送管道14与引风机13排出，并不与外界直接连通。

本发明利用所述装置进行内外加热自热式一体化生物质炭化-活化的方法，具体包括如下步骤：

(1)内外燃烧供热炉体通过支撑传动系统中的齿轮5、减速机7、电机8等部件带动不断旋转；经破碎与烘干后的生物质原料，或者炭化料和水蒸气从进料口1加入炭化-活化腔3中，并沿筒体斜度向前输送。

(2)通过微负压油气循环系统中引风机13调节炉内形成微负压，使空气孔处自然漏进内燃烧供热腔4以及多腔外燃烧供热腔5内，与热解油气或活化气燃烧，所放出热量为炭化-活化腔3中后续热解反应或活化供热，产生的高温烟气通过微负压油气循环系统余热回收。

(3)回转内外燃烧供热炉体中，生物质热解产生的高温油气或活化过程产生的活化气在微负压下，由炉尾11分别通入内燃烧供热腔4以及多腔外燃烧供热腔5中燃烧，燃烧产生的热量为后续热解炭化或活化反应供热；热解或活化反应结束后，在炉尾11内由负压分布实现炭化料与可燃油气的高温分离或活性炭与活化气的高温分离；最终生物质经炭化得到炭化料或炭化料经活化得到活性炭。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。