[發(fā)明專利]生物質(zhì)兩段式制備活性炭的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811415732.1
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109485043B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃亞繼;曹健華;劉凌沁;陳浩;秦文慧;夏志鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: C01B32/336
• 分類號: C01B32/336;C01B32/39;C01B32/324
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

本發(fā)明公開一種生物質(zhì)兩段式制備活性炭的系統(tǒng)及方法，包括用于對生物質(zhì)原料進行熱解炭化的熱解爐、用于對生物炭進行活化的活化爐、用于對出活化爐的攜帶固體顆粒的煙氣進行氣固分離的旋風(fēng)分離器以及燃燒爐，還包括用于為熱解爐和燃燒爐提供空氣的送風(fēng)機；熱解爐為鏈條爐，其上層區(qū)域布置有高溫輻射管，旋風(fēng)分離器的固體出口連接出料斗；燃燒爐用于對熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣和焦油以及出旋風(fēng)分離器的氣體進行燃燒、并將燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔夤┙o高溫輻射管和活化爐。該系統(tǒng)采用低溫慢速熱解及高溫活化耦合的生產(chǎn)工藝，即時利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱解氣和焦油為整個系統(tǒng)提供能量，系統(tǒng)熱效率高且無二次污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)兩段式制備活性炭的系統(tǒng)和方法，屬于生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為一個農(nóng)業(yè)大國，我國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量已達9億t，但隨著我國農(nóng)村生產(chǎn)條件的改善，秸稈在傳統(tǒng)燃料及飼料等領(lǐng)域的應(yīng)用比例大幅降低。為緩解農(nóng)業(yè)廢棄物對環(huán)境造成的巨大壓力，生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)受到國家大力推行，但目前我國發(fā)電產(chǎn)業(yè)年處理量為9000萬t，僅占農(nóng)業(yè)廢棄物年產(chǎn)量的10％，剩余絕大部分仍被直接焚燒或丟棄，導(dǎo)致生物質(zhì)資源的浪費及生態(tài)環(huán)境的污染。因此，從工業(yè)生產(chǎn)角度出發(fā)，將農(nóng)作物秸稈作為生產(chǎn)原料，生產(chǎn)生物質(zhì)活性炭是有效解決農(nóng)村秸稈問題的另一有效出路。

此外，我國土壤污染問題日益加劇，全國土壤點位超標(biāo)率為16.1％，其中耕地點位超標(biāo)率已達19.4％，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成重大威脅。土壤污染一般可分為有機型和無機型，其中無機型污染占比高達82.8％，主要是砷、鎘、汞、鉻、鉛等無機污染物，土壤修復(fù)將是今后我國環(huán)境治理的重要環(huán)節(jié)。而生物質(zhì)活性炭含有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、豐富的含氧官能團以及較好的吸附性能，在土壤修復(fù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

生物質(zhì)活性炭制備過程主要由炭化及活化兩個步驟組成，其中炭化過程是指生物質(zhì)原料在無氧或厭氧條件下進行脫水、裂解及炭化反應(yīng)。炭化設(shè)備一般可分為固定床和移動床，其中移動床因其能夠滿足生產(chǎn)連續(xù)性而得到較大關(guān)注，主要有回轉(zhuǎn)窯、隧道窯、豎流式炭化爐等。生物質(zhì)活性炭的活化方法主要有物理活化及化學(xué)活化法，其中物理活化法一般采用高溫水蒸氣、二氧化碳、空氣或其混合氣體作為活化劑，與化學(xué)活化法相比，物理活化法在改善生物炭孔隙結(jié)構(gòu)的同時能夠避免化學(xué)試劑帶來的二次污染。作為生物質(zhì)活性炭生產(chǎn)的核心設(shè)備，活化爐爐型主要有機械耙動爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐、斯列普爐、流化床等。

目前，生物質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝仍存在很多問題，例如：生產(chǎn)過程難以控制，爐內(nèi)溫度場不均勻，導(dǎo)致生物質(zhì)活性炭產(chǎn)品存在夾生現(xiàn)象，生產(chǎn)品質(zhì)難以得到保證；過度依賴外部熱源，資源消耗大，生產(chǎn)成本高；系統(tǒng)副產(chǎn)物利用不當(dāng)或直接廢棄，造成巨大的能源浪費，系統(tǒng)熱效率低；生產(chǎn)過程中存在化學(xué)試劑污染，焦油問題難以解決，存在設(shè)備堵塞問題，且容易引發(fā)二次污染。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有的生物質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝存在的產(chǎn)品夾生、資源消耗大、熱效率低、二次污染等問題，本發(fā)明采用低溫慢速熱解及高溫活化耦合的生產(chǎn)工藝，提供一種生物質(zhì)兩段式制備活性炭的系統(tǒng)，并提供一種基于該系統(tǒng)制備生物質(zhì)活性炭的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的生物質(zhì)兩段式制備活性炭的系統(tǒng)，包括用于對生物質(zhì)原料進行熱解炭化的熱解爐、用于對生物炭進行活化的活化爐、用于對出活化爐的攜帶固體顆粒的煙氣進行氣固分離的旋風(fēng)分離器以及燃燒爐，還包括用于為熱解爐和燃燒爐提供空氣的送風(fēng)機；熱解爐為鏈條爐，熱解爐上層區(qū)域布置有高溫輻射管，旋風(fēng)分離器的固體出口連接出料斗；燃燒爐用于對熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣和焦油以及出旋風(fēng)分離器的氣體進行燃燒、并將燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔夤┙o高溫輻射管和活化爐、分別作為熱源和活化劑。

本發(fā)明的系統(tǒng)將熱解過程與活化過程分開進行，采用低溫慢速熱解及高溫活化耦合，其中，熱解爐采用鏈條爐，并采用輻射換熱和自燃供熱協(xié)同加熱方式調(diào)節(jié)并控制熱解爐內(nèi)熱解炭化反應(yīng)溫度，使?fàn)t內(nèi)生物質(zhì)原料能夠均勻反應(yīng)，避免夾生現(xiàn)象，同時，熱解過程產(chǎn)生的熱解氣和焦油通入燃燒爐燃燒，為整個系統(tǒng)提供能量，系統(tǒng)熱效率高且無二次污染。