CN105036127B - 煤热解和活性炭生产的一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤热解和活性炭生产的一体化装置，包括隔热夹套、预热炉体、用于对预热后的煤进行热解的热解炉体、用于对热解产生的半焦进行活化的活化炉体和用于向活化炉体内输入气体活化剂的活化剂输送管，预热炉体、热解炉体和活化炉体由上向下依次连通，活化炉体与隔热夹套之间构成活化炉体加热腔，隔热夹套与热解炉体之间构成气体输送通道，活化炉体上开设用于使半焦活化产生的伴生气进入气体输送通道的伴生气出口，热解炉体侧壁开设供伴生气从气体输送通道进入热解炉体的气体热载体进口。该一体化装置能有效提高热解和活化效率，并有效提高了焦油产率，可同时生产出高品质煤气、焦油和活性炭，提高了煤炭分质加工利用的附加值。
Description
技术领域
本发明属于煤热解技术领域和活性炭生产技术领域，具体是涉及一种煤热解和活性炭生产的一体化装置。
背景技术
煤炭加工利用过程中，热解工艺与活化工艺通常是分开进行的不同工艺过程。现有的热解工艺是在氮气等惰性气氛条件下热解，又叫干馏，如煤热解、生物质热解等，热解装置为固定床，热解所需热载体全部是外部提供，催化热解中催化剂没办法分离。热解所得半焦经冷却之后，再采用固定床技术进行活化制备活性炭。热解高温半焦需要冷却，而活化工艺又要求将半焦高温加热，因此造成能量浪费。
近年来，有关在热解活化制备活性炭方面的研究的报道不多。公开号为CN102786050A发明专利公开了一种热解活化制备微孔椰壳活性炭的方法，将椰壳原料放入反应器内室温密闭活化，采用电加热升温至活化温度700～900℃，后经1wt％盐酸酸洗、水洗至中性，干燥得样品。公开号为CN102627276B的发明专利提供了一种热解活化法制备果壳活性炭的方法及活性炭。以破碎后的干燥果壳为原料在热解温度下进行热解，热解后经酸洗、水洗、干燥后得到活性炭。上述热解活化制备出的活性炭均经酸洗、水洗、干燥后得到产品，酸用量大，对设备腐蚀度高。
另外，本申请人之前提交的公开号为CN 202039028U的发明专利中首次实现以半焦活化所得煤气为热载体，并能完成连续化催化热解-活化耦合多联产移动床操作，具有直接利用高温半焦进行活化处理、催化剂易于分离等优点。将煤催化热解与半焦催化活化工艺融为一体，提高焦油产率和煤气的热值。其中活化上升的气体与热解下降的半焦共用一个通道，容易使气路堵塞，不易扩散至热解区；而且其活化热源采用半焦部分燃烧供热，既减弱了活性炭生产能力，又增加产品灰分，降低活性炭质量；另外其产品降温采用低温冷却，热量利用低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种煤热解和活性炭生产的一体化装置。该一体化装置能够有效提高热解和活化效率，并有效提高了焦油产率，可同时生产出高品质煤气、焦油和活性炭，提高了煤炭分质加工利用的附加值。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：包括隔热夹套、用于对煤进行预热的预热炉体、用于对预热后的煤进行热解的热解炉体、用于对热解产生的半焦进行活化的活化炉体和用于向活化炉体内输入气体活化剂的活化剂输送管，所述预热炉体、热解炉体和活化炉体由上向下依次连通，所述预热炉体、热解炉体和活化炉体均设置在所述隔热夹套内，所述活化炉体与隔热夹套之间构成用于容纳活化加热气体的活化炉体加热腔，所述隔热夹套与热解炉体之间构成气体输送通道，所述活化炉体上开设有用于使半焦活化产生的伴生气进入气体输送通道的伴生气出口，所述热解炉体的侧壁开设有供所述伴生气从气体输送通道进入热解炉体的气体热载体进口。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述活化炉体的下端连接有用于冷却活性炭的冷却装置。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述冷却装置包括初级冷却机构和与所述初级冷却机构连接的次级冷却机构。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述初级冷却机构包括与活化炉体下端相连通的冷却仓和设置在所述冷却仓内的换热盘管，所述换热盘管的一端设置有冷却水进口，所述换热盘管的另一端设置有蒸汽出口；所述次级冷却机构包括冷却回转炉和出料箱，所述冷却回转炉的左端与冷却仓的下端相连通，所述出料箱与冷却回转炉的右端相连通，所述出料箱上设置有活性炭出口和用于向出料箱内通入水蒸气和二氧化碳混合气体的冷却气体入口，所述冷却气体入口与所述蒸汽出口相连通，所述活化剂输送管的下端与冷却回转炉的左端相连通，所述活化剂输送管的上端伸入冷却仓的上端，伸入所述冷却仓的活化剂输送管端部向下弯并朝向换热盘管。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述冷却回转炉的外侧壁设置有散热板。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述冷却回转炉的内壁设置有用于在其转动时翻搅活性炭的翻搅板。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述活化炉体内设置有竖直布设的多个活性炭引导板，相邻两个活性炭引导板之间构成活性炭下料通道。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述活化炉体内设置有用于开启或关闭所述活性炭下料通道的下料控制机构，所述下料控制机构包括用于穿过多个活性炭引导板和活化炉体炉壁的下料控制板，所述下料控制板上开设有多个下料孔，所述下料控制板的一端连接有用于带动其左右往复移动以使下料孔与所述活性炭下料通道相对应或相错开的驱动装置。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述热解炉体内设置有多个竖直布设的半焦引导板，相邻两个半焦引导板之间构成用于引导半焦进入所述活化炉体的半焦下料通道。
上述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述隔热夹套的上端与预热炉体之间设置有上隔板，所述隔热夹套的下端与活化炉体之间设置有下隔板，所述隔热夹套与活化炉体的上端之间设置有中间隔板，所述活化炉体、下隔板、隔热夹套和中间隔板围成所述活化炉体加热腔，所述隔热夹套、上隔板、预热炉体、热解炉体和中间隔板围成所述气体输送通道，所述隔热夹套上开设有活化加热气入口和活化加热气出口，所述活化加热气入口和活化加热气出口均与活化炉体加热腔相通。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的结构简单，设计新颖合理。
2、本发明的伴生气分纵向和横向两路进入热解炉体内，进入热解炉体内的伴生气能有效加热热解炉体内的块煤，并能够充分和更加均匀的加热块煤，使块煤的热解进行的更加充分，也避免下降的半焦对纵向上升的伴生气造成的堵塞，提高了热解效率。另外，由于在煤热解时，伴生气在给煤加热的同时，伴生气中所含的H2进而实现加氢热解，大大的提高了焦油的产率和煤气的品质。
3、本发明通过设置活化炉体加热腔，通过向所述活化炉体加热腔通入烟道气等加热气体进而为活化炉体进行间接加热，避免采用燃烧半焦提供活化热源，从而增加了活性炭生产能力，又提高了活性炭的品质。
4、本发明通过利用伴生气作为热解时的气体热载体，有效、充分的利用了活化时的热量，节约了能源。同时，由于在煤热解时，伴生气在给煤加热的同时，伴生气中所含的H2进而实现加氢热解，大大的提高了焦油的产率和煤气的品质。
5、本发明通过利用次级冷却机构内的冷却气体作为气体活化剂，并且所述冷却气体在冷却回转炉内与活性炭进行换热时被预热，进一步节约了热源。
6、本发明的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1中的A-A断面图。
图3为本发明下料控制板与驱动装置的连接关系示意图。
附图标记说明:
1—煤进料装置； 1-1—炭化室； 2—上隔板；
3—预热炉体； 4—气体输送通道； 5—热解炉体；
5-1—气体热载体进口； 6—隔热夹套； 7—活化炉体；
7-1—伴生气出口； 8—活化炉体加热腔； 9—活化加热气入口；
10—下隔板； 11—活化剂输送管； 12—热解气排气管；
13—半焦引导板； 14—中间隔板； 15—活化加热气出口；
16—活性炭引导板； 17—下料控制机构； 17-1—下料控制板；
17-2—下料孔； 17-3—驱动装置； 18—初级冷却机构；
18-1—冷却仓； 18-2—换热盘管； 18-3—冷却水进口；
18-4—蒸汽出口； 19—次级冷却机构； 19-1—冷却回转炉；
19-1-1—大齿轮； 19-1-2—动力装置； 19-1-3—托轮座；
19-1-4—滚圈； 19-1-5—散热板； 19-1-6—支座；
19-1-7—翻搅板； 19-2—出料箱； 19-2-1—活性炭出口；
19-2-2—冷却气体入口； 20—蒸汽输送管； 21—二氧化碳输送管；
22—二氧化碳气源。
具体实施方式
如图1所示的一种煤热解和活性炭生产的一体化装置，包括隔热夹套6、用于对煤进行预热的预热炉体3、用于对预热后的煤进行热解的热解炉体5、用于对热解产生的半焦进行活化处理的活化炉体7和用于向活化炉体7内输入气体活化剂的活化剂输送管11，所述预热炉体3、热解炉体5和活化炉体7由上向下依次连通，所述预热炉体3、热解炉体5和活化炉体7均设置在所述隔热6内，所述活化炉体7与隔热夹套6之间构成用于容纳活化加热气体的活化炉体加热腔8，所述隔热夹套6与热解炉体5之间构成气体输送通道4，所述活化炉体7上开设有用于使半焦活化产生的伴生气进入气体输送通道4的伴生气出口7-1，所述热解炉体5的侧壁开设有供所述伴生气从气体输送通道4进入热解炉体5的气体热载体进口5-1。
本实施例中，该一体化装置在使用时，通过煤进料装置1向预热炉体3内输入块煤，预热后的块煤下落进入热解炉体5并在热解炉体5内进行热解，煤热解后产生焦油、热解气和半焦，其中，焦油混合在热解气中由热解气排气管12排出，半焦则下落至活化炉体7内进行活化并生成活性炭，半焦在活化炉体7内活化时所需要的热量是由通入活化炉体加热腔8内的活化加热气体提供的，并且所述活化加热气体为活化炉体7进行间接加热。本实施例中，由于通入的气体活化剂为水蒸气和二氧化碳的混合气体，在半焦活化的过程中，产生了伴生气即CO和H2的混合气体，所述伴生气分两路进入热解炉体5内，其中，一路伴生气通过伴生气出口7-1进入气体输送通道4内，再由气体输入通道4经气体热载体进口5-1横向进入热解炉体5内，另一路伴生气向上由热解炉体5的下端进入热解炉体5内，即伴生气纵向进入热解炉体5，进入热解炉体5内的伴生气能有效加热热解炉体5内的块煤，为热解提供热量，并且由于纵向和横向两路进入热解炉体5的伴生气，其能够充分和更加均匀的加热块煤，使块煤的热解进行的更加充分，伴生气在热解炉体5内加热煤以后继续上升至预热炉体3，从而为预热炉体3内煤的预热提供热量。同时，也避免下降的半焦对纵向上升的伴生气造成的堵塞，提高了热解效率。另外，由于在煤热解时，伴生气在给煤加热的同时，伴生气中所含的H2进而实现加氢热解，大大的提高了焦油的产率和煤气的品质。
本实施例中，所述煤进料装置1包括煤储料仓、加煤车和炭化室1-1构成。原料煤经破碎、筛分后送入煤储料仓中，颗粒粒径为≥6mm的块煤，经加煤车送入炭化室1-1，同时满足连续化运行时物料供给，所述炭化室1-1与预热炉体3直接相连接。
如图1所示，所述活化炉体7的下端连接有用于冷却活性炭的冷却装置。通过设置冷却装置，能够对活化炉体7输出的活性炭进行有效的冷却。
本实施例中，所述冷却装置包括初级冷却机构18和与所述初级冷却机构18连接的次级冷却机构19。通过设置初级冷却机构18和次级冷却机构19，能够对活化炉体7输出的活性炭进行两级充分冷却，提高了活性炭的品质。
如图1所示，所述初级冷却机构18包括与活化炉体7下端相连通的冷却仓18-1和设置在所述冷却仓18-1内的换热盘管18-2，所述换热盘管18-2的一端设置有冷却水进口18-3，所述换热盘管18-2的另一端设置有蒸汽出口18-4；所述次级冷却机构19包括冷却回转炉19-1和出料箱19-2，所述冷却回转炉19-1的左端与冷却仓18-1的下端相连通，所述出料箱19-2与冷却回转炉19-1的右端相连通，所述出料箱19-2上设置有活性炭出口19-2-1和用于向出料箱19-2内通入水蒸气和二氧化碳混合气体的冷却气体入口19-2-2，所述冷却气体入口19-2-2与所述蒸汽出口18-4相连通，所述活化剂输送管11的下端与冷却回转炉19-1的左端相连通，所述活化剂输送管11的上端伸入冷却仓18-1的上端，伸入所述冷却仓18-1的活化剂输送管11端部向下弯并朝向换热盘管18-2。
本实施例中，所述初级冷却机构18在工作时，液体的冷却水从冷却水进口18-3输入至换热盘管18-2内，通过换热盘管18-2使冷却水与冷却仓18-1内的活性炭进行换热，从而实现活性炭的初步降温。经换热后的冷却水转换为水蒸气并从蒸汽出口18-4经蒸汽输送管20输送至出料箱19-2的冷却气体入口19-2-2，由二氧化碳输送管21将二氧化碳气体从二氧化碳气源22输送至所述冷却气体入口19-2-2，水蒸气和二氧化碳混合形成冷却气体，当冷却回转炉19-1在转动时，活性炭由左向右朝向出料箱19-2移动，此时所述冷却气体由右向左移动，也就是说，在冷却回转炉19-1内活性炭与所述冷却气体相向运动，从而通过所述冷却气体与活性炭的换热，对活性炭实现冷却降温，同时也能够对所述冷却气体进行预热，预热后的冷却气体即做为气体活化剂使用，并且所述冷却气体经活化剂输送管11输送至冷却仓18-1内，由于活化剂输送管11伸入所述冷却仓18-1的一端向下弯并朝向换热盘管18-2，避免气化活化剂直接向上吹。
如图2所示，所述冷却回转炉19-1包括用于带动冷却回转炉19-1的炉体转动的大齿轮19-1-1、用于驱动所述大齿轮19-1-1的动力装置19-1-2、套在冷却回转炉19-1的炉体上的滚圈19-1-4、设置在冷却回转炉19-1的炉体下方且用于支撑所述滚圈19-1-4的托轮座19-1-3和用于支撑冷却回转炉19-1的炉体的支座19-1-6。其中，所述动力装置19-1-2包括电机和与电机传动连接的减速机，所述减速机的输出轴上安装有与所述大齿轮19-1-1相啮合的小齿轮。
如图1和图2所示，所述冷却回转炉19-1的外侧壁设置有散热板19-1-5。通过设置散热板19-1-5，能够提高冷却回转炉19-1的散热效率，进而也提高了冷却回转炉19-1对活性炭的冷却效率。所述散热板19-1-5可以沿冷却回转炉19-1的长度方向布设，此时所述散热板19-1-5为条形板(如图1所示)。另外，所述散热板19-1-5也可以绕冷却回转炉19-1呈圆环形布设。
如图2所示，所述冷却回转炉19-1的内壁设置有用于在冷却回转炉19-1转动时翻搅活性炭的翻搅板19-1-7。通过设置翻搅板19-1-7，能够在冷却回转炉19-1转动时，翻搅板19-1-7对活性炭不断的翻搅，使得活性炭与所述冷却气体能够充分的接触，从而对活性炭实现全面、充分的冷却降温。
如图2所示，所述活化炉体7内设置有竖直布设的多个活性炭引导板16，相邻两个活性炭引导板16之间构成活性炭下料通道。通过设置活性炭下料通道，能够引导活性炭有序的下落至冷却仓18-1。
如图1和图3所示，所述活化炉体7内设置有用于开启或关闭所述活性炭下料通道的下料控制机构17，所述下料控制机构17包括用于穿过多个活性炭引导板16和活化炉体7炉壁的下料控制板17-1，所述下料控制板17-1上开设有多个下料孔17-2，所述下料控制板17-1的一端连接有用于带动其左右往复移动以使下料孔17-2与所述活性炭下料通道相对应或相错开的驱动装置17-3。通过设置下料控制机构17，能够有效的控制活性炭进入冷却仓18-1的下料量。本实施例中，所述驱动装置17-3采用气缸，通过气缸活塞杆的伸出或缩回，从而带动下料控制板17-1左右往复移动，以实现下料孔17-2与所述活性炭下料通道相对应开启下料，或下料孔17-2与所述活性炭下料通道相错开关闭下料。
如图1所示，所述热解炉体5内设置有多个竖直布设的半焦引导板13，相邻两个半焦引导板13之间构成用于引导半焦进入所述活化炉体7的半焦下料通道。通过设置所述半焦下料通道，能够引导半焦有序的下落至活化炉体7内。
如图1所示，所述隔热夹套6的上端与预热炉体3之间设置有上隔板2，所述隔热夹套6的下端与活化炉体7之间设置有下隔板10，所述隔热夹套6与活化炉体7的上端之间设置有中间隔板14，所述活化炉体7、下隔板10、隔热夹套6和中间隔板14围成所述活化炉体加热腔8，所述隔热夹套6、上隔板2、预热炉体3、热解炉体5和中间隔板14围成所述气体输送通道4，所述隔热夹套6上开设有活化加热气入口9和活化加热气出口15，所述活化加热气入口9和活化加热气出口15均与活化炉体加热腔8相通。通过设置上隔板2、下隔板10和中间隔板14，能够巧妙的在隔热夹套6与热解炉体5之间形成气体输送通道4，以及在隔热夹套6与活化炉体7之间形成活化炉体加热腔8。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：包括隔热夹套(6)、用于对煤进行预热的预热炉体(3)、用于对预热后的煤进行热解的热解炉体(5)、用于对热解产生的半焦进行活化的活化炉体(7)和用于向活化炉体(7)内输入气体活化剂的活化剂输送管(11)，所述预热炉体(3)、热解炉体(5)和活化炉体(7)由上向下依次连通，所述预热炉体(3)、热解炉体(5)和活化炉体(7)均设置在所述隔热夹套(6)内，所述活化炉体(7)与隔热夹套(6)之间构成用于容纳活化加热气体的活化炉体加热腔(8)，所述隔热夹套(6)与热解炉体(5)之间构成气体输送通道(4)，所述活化炉体(7)上开设有用于使半焦活化产生的伴生气进入气体输送通道(4)的伴生气出口(7-1)，所述热解炉体(5)的侧壁开设有供所述伴生气从气体输送通道(4)进入热解炉体(5)的气体热载体进口(5-1)；
所述活化炉体(7)的下端连接有用于冷却活性炭的冷却装置；
所述冷却装置包括初级冷却机构(18)和与所述初级冷却机构(18)连接的次级冷却机构(19)；
所述初级冷却机构(18)包括与活化炉体(7)下端相连通的冷却仓(18-1)和设置在所述冷却仓(18-1)内的换热盘管(18-2)，所述换热盘管(18-2)的一端设置有冷却水进口(18-3)，所述换热盘管(18-2)的另一端设置有蒸汽出口(18-4)；所述次级冷却机构(19)包括冷却回转炉(19-1)和出料箱(19-2)，所述冷却回转炉(19-1)的左端与冷却仓(18-1)的下端相连通，所述出料箱(19-2)与冷却回转炉(19-1)的右端相连通，所述出料箱(19-2)上设置有活性炭出口(19-2-1)和用于向出料箱(19-2)内通入水蒸气和二氧化碳混合气体的冷却气体入口(19-2-2)，所述冷却气体入口(19-2-2)与所述蒸汽出口(18-4)相连通，所述活化剂输送管(11)的下端与冷却回转炉(19-1)的左端相连通，所述活化剂输送管(11)的上端伸入冷却仓(18-1)的上端，伸入所述冷却仓(18-1)的活化剂输送管(11)端部向下弯并朝向换热盘管(18-2)；
所述冷却回转炉(19-1)的外侧壁设置有散热板(19-1-5)；
所述热解炉体(5)内设置有多个竖直布设的半焦引导板(13)，相邻两个半焦引导板(13)之间构成用于引导半焦进入所述活化炉体(7)的半焦下料通道。
2.根据权利要求1所述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述冷却回转炉(19-1)的内壁设置有用于在其转动时翻搅活性炭的翻搅板(19-1-7)。
3.根据权利要求1所述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述活化炉体(7)内设置有竖直布设的多个活性炭引导板(16)，相邻两个活性炭引导板(16)之间构成活性炭下料通道。
4.根据权利要求3所述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述活化炉体(7)内设置有用于开启或关闭所述活性炭下料通道的下料控制机构(17)，所述下料控制机构(17)包括用于穿过多个活性炭引导板(16)和活化炉体(7)炉壁的下料控制板(17-1)，所述下料控制板(17-1)上开设有多个下料孔(17-2)，所述下料控制板(17-1)的一端连接有用于带动其左右往复移动以使下料孔(17-2)与所述活性炭下料通道相对应或相错开的驱动装置(17-3)。
5.根据权利要求1所述的煤热解和活性炭生产的一体化装置，其特征在于：所述隔热夹套(6)的上端与预热炉体(3)之间设置有上隔板(2)，所述隔热夹套(6)的下端与活化炉体(7)之间设置有下隔板(10)，所述隔热夹套(6)与活化炉体(7)的上端之间设置有中间隔板(14)，所述活化炉体(7)、下隔板(10)、隔热夹套(6)和中间隔板(14)围成所述活化炉体加热腔(8)，所述隔热夹套(6)、上隔板(2)、预热炉体(3)、热解炉体(5)和中间隔板(14)围成所述气体输送通道(4)，所述隔热夹套(6)上开设有活化加热气入口(9)和活化加热气出口(15)，所述活化加热气入口(9)和活化加热气出口(15)均与活化炉体加热腔(8)相通。
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