一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统及方法
阅读说明：本技术 一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统及方法 (Continuous low-energy-consumption biomass activated carbon preparation system and method ) 是由 陆鹏 叶绿萌 闫显辉 方平 陈雄波 陈定盛 陈冬瑶 唐志雄 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统,包括热解室、燃烧室、活化室和给料机；热解室内设有第一往复炉排,活化室内设有第二往复炉排,活化室包括活性炭出口和第一烟气入口,燃烧室包括氧气入口和烟气出口,燃烧室内设有燃烧器；给料机的出口连接热解室,第一往复炉排的上方区域和第二往复炉排的上方区域均连通燃烧室的内部,燃烧室位于活化室的上方；第一烟气入口通过第一旁通管路连接烟气出口。一种连续式低能耗的生物质活性炭制备方法,采用上述生物质活性炭制备系统,生物质经热解、活化过程产生活性炭,产生的可燃性气体燃烧得到烟气,烟气为热解室供热并参与活化过程,本发明生产效率高、能耗低、污染少,属于活性炭制备领域。(A continuous low-energy-consumption biomass activated carbon preparation system comprises a pyrolysis chamber, a combustion chamber, an activation chamber and a feeder; a first reciprocating grate is arranged in the pyrolysis chamber, a second reciprocating grate is arranged in the activation chamber, the activation chamber comprises an activated carbon outlet and a first flue gas inlet, the combustion chamber comprises an oxygen inlet and a flue gas outlet, and a combustor is arranged in the combustion chamber; the outlet of the feeder is connected with a pyrolysis chamber, the upper area of the first reciprocating grate and the upper area of the second reciprocating grate are both communicated with the inside of a combustion chamber, and the combustion chamber is positioned above the activation chamber; the first flue gas inlet is connected with the flue gas outlet through a first bypass pipeline. The invention discloses a continuous low-energy-consumption biomass activated carbon preparation method, which adopts the biomass activated carbon preparation system, biomass generates activated carbon through pyrolysis and activation processes, the generated combustible gas is combusted to obtain flue gas, and the flue gas supplies heat to a pyrolysis chamber and participates in the activation process.)
技术领域
本发明涉及活性炭制备领域，具体涉及一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统及方法。
背景技术
生物质活性炭来源广泛、价格低廉，可以用于水质净化、烟气净化、还田、催化剂、催化剂载体、电极材料、储能等，具有广阔的应用前景和经济价值。
生物质活性炭最主要的制备方法是先热解、后活化。热解是在惰性气氛下，生物质脱挥发分生成生物炭、焦油和可燃气的过程。活化是生物炭在活化剂的作用下，比表面积和孔容积显著提升的过程。物理活化以氧化性气体(如CO2、H2O等)为活化剂对生物炭进行活化，使闭塞孔打开、已打开的孔扩大、创造新孔，但反应温度高，能耗大。化学活化法将活化剂(如H3PO4、KOH等)与原料混合浸渍，同步炭化和活化，但会残留药品，产生二次污染。
目前生物质活性炭制备还存在若干问题。第一，热解产生的副产物焦油和可燃气难以有效利用，其比重占原料的80％左右，若不加以利用，则极大的浪费了资源，但受限于规模通常较小，可燃气用于燃烧发电或者生产化学品的经济性和实用性不高，且副产物焦油会对设备造成腐蚀；第二，副产物焦油虽可通过冷凝水洗去除，但会产生废水二次污染，且冷凝下来的焦油仍然难以处理；第三，活化若采用化学法，化学试剂消耗量大，且会产生废水污染，若采用CO2/H2O活化法，需要加热至800℃以上，能耗高，且炭化和活化过程分开进行，难以连续运行，生产效率不高。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种炭化和活化过程连续进行且能耗较低的连续式低能耗的生物质活性炭制备系统及方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统，包括热解室、燃烧室、活化室和给料机；热解室内设有第一往复炉排，活化室内设有第二往复炉排，活化室包括活性炭出口和第一烟气入口，燃烧室包括氧气入口和烟气出口，燃烧室内设有燃烧器；给料机的出口连接热解室，第一往复炉排的上方区域和第二往复炉排的上方区域均连通燃烧室的内部，燃烧室位于活化室的上方；第一烟气入口通过第一旁通管路连接烟气出口。
作为一种优选，一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统还包括换热器，换热器安装于热解室的外侧并对热解室进行加热，换热器上设有第二烟气入口，第二烟气入口通过第二旁通管路连接烟气出口。
作为一种优选，第一旁通管路上设有第一流量控制阀，第二旁通管路上设有第二流量控制阀。
作为一种优选，给料机为螺旋给料机。
作为一种优选，第一往复炉排和第二往复炉排的倾角均在5-10°范围内。
作为一种优选，第一烟气入口位于第二往复炉排的下方。
作为一种优选，一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统还包括鼓风机，鼓风机的输出端连接氧气入口。
作为一种优选，一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统还包括液压驱动装置，液压驱动装置分别连接第一往复炉排和第二往复炉排。
一种连续式低能耗的生物质活性炭制备方法，采用上述一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统，通过给料机将生物质送入热解室中热解，热解后得到的生物炭进入活化室中活化，热解和活化过程中产生的气体上升进入燃烧室中燃烧产生烟气；
通过第二旁通管路将烟气送入换热器中，使烟气经换热器与热解室进行换热，并通过第二流量控制阀控制进入换热器中的烟气流量；
通过第一旁通管路将烟气送入活化室内，作为活化剂的同时提供热量，并通过第一流量控制阀控制进入活化室中的烟气流量。
作为一种优选，控制热解室内的温度在500-700℃范围内，控制燃烧室内的温度在900-1100℃范围内。
上述一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统的工作过程及工作原理如下。
(1)从进料口进入的生物质经由螺旋给料机输送入热解室；
(2)进入热解室的生物质落在第一往复炉排上，燃烧室出来的高温烟气在外置换热器中给热解室供热，生物质在热解室内发生热解，挥发的焦油和可燃气进入燃烧室，产生的生物炭掉入活化室；
(3)进入燃烧室的焦油和可燃气在纯氧作用下，充分燃烧放热，产生主要成分为CO2和H2O的高温烟气；
(4)从燃烧室出来的部分高温烟气进入换热器，为热解室供热，部分高温烟气进入活化室，由第一流量控制阀控制烟气流量；
(5)烟气在活化室内充分活化生物炭，产生的CO和H2等可燃气往上进入燃烧室燃烧生成CO2和H2O，活化后的生物炭则落到活性炭收集装置。
步骤(2)中，热解室温度为500-700℃，可燃气成分主要为H2、CO、CxHy等，热解所得生物炭的比表面积在80-150m2/g，热解过程所需热量来自于油、气在燃烧室燃烧所释放的热量，热解油、气的质量占原料的80％左右，其燃烧产生的热量足够用于供热，不需要额外热源。
步骤(3)中，燃烧室温度为900-1100℃，纯氧燃烧理论火焰温度高，可保证油、气的充分燃烧，尤其是焦油，避免了焦油不完全燃烧对后续设备的腐蚀问题，且相比于空气燃烧，不会生成NOx，因此不会产生焦油、NOx及含焦废水污染问题。燃烧过程发生的主要反应如下。
CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2→xCO2+y/2H2O
2H2+O2→2H2O
2CO+O2→2CO2
CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O
步骤(4)中，活化生物炭用的活化剂CO2和H2O为燃烧室的产物，来自于燃烧产生的烟气，不需要额外提供，且温度很高，活化室温度在800℃以上，发生如下反应，生物炭的比表面积将大大提升，达到500m2/g以上。
C+CO2→2CO
C+H2O→CO+H2
步骤(5)中，活化反应产生的CO和H2继续往上进入燃烧室，发生燃烧提供热量并产生活化剂CO2和H2O。
总的说来，本发明具有如下优点：
(1)本发明将热解、燃烧和活化过程有机结合，充分利用了热解副产物焦油和可燃气，其燃烧后的热量为热解和活化过程供热，燃烧产物CO2和H2O则作为生物炭活化的活化剂，实现了能量、物质循环使用，因此不需要额外提供热源及活化剂，能耗低。
(2)本发明中生物质炭化和活化分别在两个相连布置的往复炉排上同时进行，在具有一定倾角的往复炉排带动下，生物炭、活性炭逐渐向后方移动，最后落入活性炭收集装置，因此可连续不间断生产，效率高。
(3)本发明中燃烧室内采用纯氧燃烧，理论火焰温度高，焦油燃烧更彻底，解决了焦油冷凝带来的设备腐蚀、含焦废水二次污染等问题。与空气燃烧相比，不产生NOx，尾气成分主要是CO2、H2O。因此整个生产过程无废水、废渣、废气产生，污染少。
附图说明
图1为一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统的结构示意图。
其中，1为热解室，2为第一往复炉排，3为活化室，4为第二往复炉排，5为燃烧室，6为燃烧器，7为鼓风机，8为第一旁通管路，9为第二旁通管路，10为第一流量控制阀，11为第二流量控制阀，12为液压驱动装置，13为活性炭收集装置，14为换热器，15为给料机。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统，包括热解室1、燃烧室3、活化室5和给料机15；热解室内设有第一往复炉排2，活化室内设有第二往复炉排4，活化室包括活性炭出口和第一烟气入口，燃烧室包括氧气入口和烟气出口，燃烧室内设有燃烧器6；给料机的出口连接热解室，第一往复炉排的上方区域和第二往复炉排的上方区域均连通燃烧室的内部，燃烧室位于活化室的上方；第一烟气入口通过第一旁通管路8连接烟气出口。
一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统还包括换热器14，换热器安装于热解室的外侧并对热解室进行加热，换热器上设有第二烟气入口，第二烟气入口通过第二旁通管路9连接烟气出口。
第一旁通管路上设有第一流量控制阀10，第二旁通管路上设有第二流量控制阀11。
给料机为螺旋给料机。
第一往复炉排和第二往复炉排的倾角均在5-10°范围内。
第一烟气入口位于第二往复炉排的下方。
一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统还包括鼓风机7，鼓风机的输出端连接氧气入口。系统工作时，启动鼓风机往燃烧室内送入纯氧。
一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统还包括液压驱动装置12，液压驱动装置分别连接第一往复炉排和第二往复炉排。
活性炭出口的下方设有活性炭收集装置13，活性炭在第二往复炉排的推动下往活性炭出口处运动，并掉落至活性炭收集装置中。
一种连续式低能耗的生物质活性炭制备方法，采用上述一种连续式低能耗的生物质活性炭制备系统，通过给料机将生物质送入热解室中热解，热解后得到的生物炭进入活化室中活化，热解和活化过程中产生的气体上升进入燃烧室中燃烧产生烟气；
通过第二旁通管路将烟气送入换热器中，使烟气经换热器与热解室进行换热，并通过第二流量控制阀控制进入换热器中的烟气流量；
通过第一旁通管路将烟气送入活化室内，作为活化剂的同时提供热量，并通过第一流量控制阀控制进入活化室中的烟气流量。
控制热解室内的温度在500-700℃范围内，控制燃烧室内的温度在900-1100℃范围内。热解室的温度可通过调节通入换热器的烟气量来控制，燃烧室的温度可通过调节氧气的通入量来控制。
上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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