CN105439142A - 一种活性炭制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机物热解及活性炭技术领域，尤其涉及一种活性炭制备装置，包括炉墙、炉顶和炉底围成的一个封闭的炉膛，炉底沿炉墙的水平延伸方向运动；炉底上方固定有一层架空的布料板；炉膛包括沿炉墙的水平延伸方向依次设置的干燥区、炭化区和活化区，干燥区、炭化区和活化区之间由隔板隔开，隔板与布料板之间留有空隙，用于物料的通过；干燥区、炭化区和活化区内均设有多个辐射加热管；活化区内设有与外界连通的氧化性气体通道；干燥区、炭化区和活化区的布料板上方均设有多个翻料装置，用于翻动物料。本发明的活性炭制备装置实现了连续化生产提高了活化效率。
Description
技术领域
本发明涉及有机物热解及活性炭技术领域，尤其涉及一种活性炭制备装置。
背景技术
活性炭作为一种多孔性含碳物质，具有高度发达的孔隙结构和特殊的表面特性，是一种优良的吸附剂，广泛应用于环保、化学工业、食品加工、湿法冶金、药物精制以及军事化学防护等领域。含碳有机物在几百摄氏度下炭化，再经活化后即可制备活性炭。
现在制备活性炭的工艺中，炭化、活化过程都是在外加热式装置中进行的，在制备过程中，气体产物和大量的热能资源不能充分的利用，形成资源极大的浪费。目前物理活化法是原料适应性最广的方法，但现有物理活化法制备活性炭存在以下几个问题：(1)能耗高，由于活性炭在炭化过程中全靠优质煤燃烧提供能量，受不完全燃烧、排渣排气等因素的影响，煤燃烧提供的能量只有30-35％用于反应过程的能量吸收。(2)炭化过程中由于受热不均，升温过程复杂等因素的制约，大量产生焦油、木醋酸等液体产物，导致固体炭的回收率低，一般不足60％。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有技术中制备活性炭的的装置无法实现连续化生产、能耗大以及活化效果差的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种活性炭制备装置，包括炉墙、炉顶和炉底，所述炉墙、炉顶和炉底围成一个封闭的炉膛，所述炉底沿所述炉墙的水平延伸方向运动；所述炉底上方固定有一层架空的布料板，用于放置物料；所述炉膛包括沿炉墙的水平延伸方向依次设置的干燥区、炭化区和活化区，所述干燥区、炭化区和活化区之间由隔板隔开，所述隔板与所述布料板之间留有空隙，用于物料的通过；所述干燥区、炭化区和活化区内均设有多个辐射加热管，用于加热物料；所述活化区内设有与外界连通的氧化性气体通道；所述干燥区、炭化区和活化区的布料板上方均设有多个翻料装置；所述翻料装置包括连接杆和多个翻料刀，所述连接杆的一端固定于所述炉墙、其另一端与所述翻料刀连接，用于翻动物料；所述干燥区、炭化区和活化区分别设有气体管道，用于物料处理过程中产生气体的排出。
其中，所述炉墙上设有上下方向设置的支架，所述翻料装置的连接杆固定于所述支架的设定位置。
其中，所述翻料刀与所述连接杆之间可转动连接，且所述炉膛内每个翻料装置均对应的设有贯穿所述炉墙上的控制杆，用于翻转该翻料装置上每个翻料刀。
其中，所述布料板的上方和/或下方均设有多个辐射加热管，每个所述辐射加热管均设有独立温度控制***。
其中，所述布料板上设有多个通孔，用于通入氧化性气体。
其中，所述活化区内间隔设有多根蒸汽管，且所述蒸汽管上设有多个通气孔。
其中，所述蒸汽管设于所述布料板的下方。
其中，所述炉底与布料板之间固定有由布料板中部向炉底边缘倾斜的积渣滑板，炉墙上设有刮渣板，用于清除所述积渣滑板上的物料。
其中，所述干燥区、炭化区和活化区均连接有氧分析仪，用于控制干燥区、炭化区和活化区的氧含量。
其中，所述炉膛为环形炉膛。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明的活性炭制备装置包括干燥区、炭化区和活化区，将活性炭的热解活化制备过程集成于同一装置内完成，可以实现连续化生产。设有翻料装置实现对物料的翻动，加快了物料的反应进度，提高了活化效果以及生产效率。各个分区之间设有隔板可以隔绝各个区域内的气氛，以保证干燥区和炭化区的无氧或低氧环境。各个区域内排出的气体可以经处理后作为辐射加热管的燃料，提高能量利用率。
附图说明
图1是本发明实施例活性炭制备装置的俯视图；
图2是图1中A-A向的剖视图；
图3是本发明实施例中翻料装置的主视图；
图4是本发明实施例中控制杆的主视图；
图5是本发明实施例中控制杆与翻料装置组合状态的右视图。
图中：100：干燥区；200：炭化区；300：活化区；1：炉顶；2：炉底；3：炉墙；4：布料板；5：翻料装置；501：连接杆；502：翻料刀；503：支架；504：翻料刀转动口槽；505：控制杆；506：卡扣环套；507：翻料刀卡口；508：固定螺栓；6：辐射加热管；7：蒸汽管；8：积渣滑板；9：刮渣板；10：密封槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种活性炭制备装置，包括炉墙3、炉顶1和炉底2，炉墙3、炉顶1和炉底2围成一个封闭的炉膛，炉底2沿炉墙3的水平延伸方向运动。具体地，炉膛优选为环形炉膛，采用环形炉膛既能满足物料的连续化生产，又能减少炉体占地面积。炉底2上方固定有一层架空的布料板4，用于放置物料；炉膛包括沿炉墙3的水平延伸方向依次设置的干燥区100、炭化区200和活化区300，干燥区100、炭化区200和活化区300之间由隔板隔开，隔板与布料板4之间留有空隙，用于物料的通过。干燥区100、炭化区200和活化区300内均设有多个辐射加热管6，用于加热物料；具体地，炭化区200内设有的辐射加热管6的数量为干燥区100内设有的辐射加热管6数量的2～3倍，活化区300内设有的辐射加热管6的数量为干燥区辐射加热管6数量的1.5～2倍。活化区300内设有与外界连通的氧化性气体通道。干燥区100、炭化区200和活化区300的布料板4上方均设有多个翻料装置5；具体地，干燥区100、炭化区200和活化区300内分别设有2～5个翻料装置。翻料装置5包括连接杆501和多个翻料刀502，连接杆501的一端固定于炉墙3、其另一端与翻料刀502连接，用于翻动物料；干燥区100、炭化区200和活化区300分别设有气体管道，用于物料处理过程中产生气体的排出。使用时驱动物料板使物料依次通过干燥区100、炭化区200和活化区300分别进行处理，各个区内的处理时间可根据实际需要来设定。干燥区100的辐射加热管6温度控制在80～180℃；炭化区200的辐射加热管6温度控制在120～800℃，炭化区200内沿布料板4运动方向依次设置的辐射加热管6的温度依次升高，炭化区200前端的辐射加热管6的温度为120℃，炭化区200末端的辐射加热管6的温度为800℃，相邻辐射加热管6的温度依次增加幅度为70±20℃。使炭化料进入活化区300的温度不低于600℃；活化区300的辐射加热管6温度控制在650～1100℃。物料处理过程中采用翻料装置5翻动物料，并在活化区300内通入氧化性气体使炭化后的物料完成活化。
本发明实施例提供的活性炭制备装置包括干燥区100、炭化区200和活化区300，将活性炭的热解活化制备过程集成于同一装置内完成，可以实现连续化生产，设有翻料装置5实现对物料的翻动，加快了物料的反应进度，提高了活化效果以及生产效率。各个分区之间设有隔板可以隔绝各个区域内的气氛，以保证干燥区100和炭化区200的无氧或低氧环境。各个区域内排出的气体可以经处理后作为辐射加热管6的燃料，提高能量利用率。
进一步地，如图3所示，炉墙3上设有上下方向设置的支架503，翻料装置5的连接杆501固定于支架503的设定位置。具体地，可以采用固定螺栓508将连接杆501固定于支架503上，当需要抬起整个翻料装置5时，先松开固定螺栓508后移动翻料装置5的连接杆501，使其连接杆501沿支架503向上滑动，到达设定位置为，再紧固固定螺栓508。设有上下方向设置的支架503，调节翻料装置5固定于支架503的位置可以实现控制翻料装置5与物料的接触距离，既可以用于突发情况下抬起整个翻料装置5进行维修，也有利于物料反应完毕后的顺利出料。
进一步地，如图4和图5所示，翻料刀502与连接杆501之间可转动连接，且炉膛内每个翻料装置5均对应的设有贯穿炉墙3上的控制杆505，用于翻转该翻料装置5上每个翻料刀502。可以通过控制杆505在炉膛外直接控制翻料刀502的旋转，在不需要使用某个翻料刀502时，可以将翻料刀502旋转90°收起翻料刀502，不需要停止整个装置的运转，加快生产效率。具体地，翻料刀502与连接杆501连接的一端为活动内置滚球，所述连接杆501上翻料刀502固定位置设有翻料刀转动口槽504，控制杆505位于炉膛内的一端设有卡扣环套506和翻料刀卡口507。在不需要翻转翻料刀502时，控制杆505可直接通过其端部的卡扣环套506固定在连接杆501上，当某一翻料刀502需要收起时，将卡扣环套506上的翻料刀卡口507卡住翻料刀502，在炉膛外将控制杆505沿着布料板4运转相反方向转动，此时翻料刀卡口507卡住翻料刀502并带动翻料刀502一起转动，直到翻料刀502收起。
具体地，布料板4的上方和/或下方均设有多个辐射加热管6，每个辐射加热管6均设有独立温度控制***。具体地，当布料板4宽度小于2.4m时，布料板4的上方同一垂直截面上设置单根辐射加热管6，当布料板4宽度大于或等于2.4m时，布料板4的上方同一垂直截面上设置两根辐射加热管。布料板4的上下均设有多个辐射加热管6可以提高物料的反应效率，辐射加热管6的数量可以根据反应所需温度来设置。每个辐射加热管6设有独立温度控制***可以使各个区内物料处理温度设置更加精确，实现最佳的处理效果。
进一步地，布料板4上设有多个通孔，用于通入氧化性气体。具体地，布料板4为带有孔径为1.5～2mm的圆孔的不锈钢板。布料板4上设有通孔可以实现氧化性气体与物料均匀接触，增大活化过程中物料与氧化性气体的接触面积，提高生产效率，增强活化效果。
进一步地，活化区300内间隔设有多根蒸汽管7，且蒸汽管7上设有多个通气孔。具体地，活化区300内设有16～20根蒸汽管7，每个蒸汽管7上设有8～15个通气孔，而且通气孔处设有锥形帽，防止通气孔被杂质堵塞。可以通过蒸汽管7向装置内通入氧化性气体，而蒸汽管7上设有多个通气孔可以使活化区300内的氧化性气体气氛较为均匀。具体地，蒸汽管7设于布料板4的下方。蒸汽管7设于布料板4的下方有利于氧化性气体从布料板4下方的圆孔中进入，与物料相接触，增大蒸汽与物料的接触面积。使用时通过调节各个蒸汽管7的阀开度控制通入氧化性气体量，使活化前段氧化性气体的给入量为30～200Kg/h，使后段通入氧化性气体的给入量不超过400Kg/h。
进一步地，炉底2与布料板4之间固定有由布料板4中部向炉底2边缘倾斜的积渣滑板8，炉墙3上设有刮渣板9，用于清除积渣滑板8上的物料。布料板4上由于通孔或振动等原因掉落的细小物料可以由积渣滑板8累积到一起，当积渣滑板8运动到刮渣板9时，物料由刮渣板9清除。
进一步地，干燥区100、炭化区200和活化区300均连接有氧分析仪，用于控制干燥区100、炭化区200和活化区300的氧含量。保证***的氧含量低于0.2vol％，一旦发现氧含量超标，可以向对应区域内通入惰性气体置换，氧含量达标为止。进一步地，炉底2与炉墙3的接触位置可以设有密封槽10，以保证装置内部与外界隔绝。
进一步地，本发明实施例提供的活性炭制备装置还可以包括活性炭喷雾冷却装置，用于冷却活性炭。活化区300产生的活化炭温度较高，可以采用喷雾冷却的方式对其进行冷却，同时冷却过程中产生的蒸汽还可以再次通入活化区300内用于下一次活性炭的活化，提高了活性炭制备装置的能量利用率。
为清楚地体现本发明实施例的活性炭制备装置的有益效果，还提供了一个具体的实施例：
对粒度为3～6mm的某地煤样处理，其主要成分包括3.12％的全水、2.04％的水、11.9％的灰分、33.42％的挥发分和52.64％的固定碳，在氮气气氛下以每小时2吨的速度连续送入活性炭制备装置中。首先煤样进入干燥区100，干燥区100的温度设定为150±30℃，煤样干燥时间1小时；干燥完成后煤样进入炭化区200，炭化区200辐射加热管6的温度沿布料板4的运动方向依次设为240℃、320℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃和850℃，炭化区200处理时间为45～60min，在炭化区200内煤样逐渐被热解，产生温度为350～650℃的油气由气体出口排出装置外；炭化后的炭化料进入活化区300，在温度为850℃辐射加热管6的加热下，炭化料温度为780℃，活化区300的处理时间为120min，炭化料跟炭化区200内蒸汽作用，制得活性炭，经进一步冷却和分选后得到活性炭。所得活性炭的产率为19.7wt％，比表面积为803m2/g，碘吸附值为622mg/g。
综上所述，本发明实施例提供的活性炭制备装置包括干燥区100、炭化区200和活化区300，将活性炭的制备集成于同一装置内，可以实现连续化生产。设有翻料装置5实现对物料的翻动，加快了物料的反应进度，提高了活化效果以及生产效率。各个分区之间设有隔板可以隔绝各个区域内的气氛，以保证干燥区100和炭化区200的无氧或低氧环境。各个区域内排出的气体可以经处理后作为辐射加热管6的燃料，提高能量利用率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种活性炭制备装置，其特征在于：
包括炉墙、炉顶和炉底，所述炉墙、炉顶和炉底围成一个封闭的炉膛，所述炉底沿所述炉墙的水平延伸方向运动；
所述炉底上方固定有一层架空的布料板，用于放置物料；
所述炉膛包括沿炉墙的水平延伸方向依次设置的干燥区、炭化区和活化区，所述干燥区、炭化区和活化区之间由隔板隔开，所述隔板与所述布料板之间留有空隙，用于物料的通过；
所述干燥区、炭化区和活化区内均设有多个辐射加热管，用于加热物料；所述活化区内设有与外界连通的氧化性气体通道；
所述干燥区、炭化区和活化区的布料板上方均设有多个翻料装置；所述翻料装置包括连接杆和多个翻料刀，所述连接杆的一端固定于所述炉墙、其另一端与所述翻料刀连接，用于翻动物料；
所述干燥区、炭化区和活化区分别设有气体管道，用于物料处理过程中产生气体的排出。
2.根据权利要求1所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述炉墙上设有上下方向设置的支架，所述翻料装置的连接杆固定于所述支架的设定位置。
3.根据权利要求1所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述翻料刀与所述连接杆之间可转动连接，且所述炉膛内每个翻料装置均对应的设有贯穿所述炉墙上的控制杆，用于翻转该翻料装置上每个翻料刀。
4.根据权利要求1所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述布料板的上方和/或下方均设有多个辐射加热管，每个所述辐射加热管均设有独立温度控制***。
5.根据权利要求1所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述布料板上设有多个通孔，用于通入氧化性气体。
6.根据权利要求5所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述活化区内间隔设有多根蒸汽管，且所述蒸汽管上设有多个通气孔。
7.根据权利要求6所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述蒸汽管设于所述布料板的下方。
8.根据权利要求1所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述炉底与布料板之间固定有由布料板中部向炉底边缘倾斜的积渣滑板，炉墙上设有刮渣板，用于清除所述积渣滑板上的物料。
9.根据权利要求1所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述干燥区、炭化区和活化区均连接有氧分析仪，用于控制干燥区、炭化区和活化区的氧含量。
10.根据权利要求1所述的活性炭制备装置，其特征在于：所述炉膛为环形炉膛。
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