CN110104646A - 一种活性炭制备的资源利用***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种活性炭制备的资源利用***和方法。所述***包括：炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料；活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭；焚烧炉，所述焚烧炉包括二燃室，所述炭化炉在炭化过程中和所述活化炉在活化过程中产生的气体进入所述二燃室进行进一步燃烧以生成高温烟气；以及污泥干燥机，所述污泥干燥机利用所述高温烟气干化污泥。根据本发明的活性炭制备的资源利用***和方法，将活性炭生产过程和污泥干化过程协同处理，将活性炭生产过程产生的气体的热量用于污泥的干化，实现污泥减量化、稳定化的同时实现了热能的高效、综合利用，最大限度的实现了生物质和污泥的无害化、资源化利用。

Description

一种活性炭制备的资源利用***和方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理领域，具体而言涉及一种活性炭制备的资源利用***和方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石燃料日益匮乏，人们对能源的需求不断扩大，生物质能作为一种理想的可再生能源，越来越受到世界各国的关注。同时随着国家对环保问题的日益重视以及环境保护要求的日益提高，活性炭需求量剧增，供不应求。因此利用生物质原料制备活性炭成为生物质能非常有前景的利用方式。目前活性炭生产过程中普遍存在热量过剩，活性炭制备过程中产生的大量高温可燃气体，往往直接排放掉，没有回收利用烟气所含热量，致使大量热能浪费，而且还污染环境。

为此，有必要提出一种新的活性炭制备的资源利用***和方法，用以解决现有技术中的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供了一种活性炭制备的资源利用***，包括：

炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料；

活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭；

焚烧炉，所述焚烧炉包括二燃室，所述炭化炉在炭化过程中和所述活化炉在活化过程中产生的气体进入所述二燃室进行进一步燃烧以生成高温烟气；以及

污泥干燥机，所述污泥干燥机利用所述高温烟气干化污泥。

示例性地，还包括烘干炉，用以在所述生物质原料输入所述炭化炉进行炭化之前烘干所述生物质原料。

示例性地，还包括所述烘干炉利用所述高温烟气对所述生物质原料进行烘干。

示例性地，还包括锅炉，所述锅炉利用所述高温烟气产生过热蒸汽。

示例性地，所述活化炉利用所述过热蒸汽对所述炭化料进行活化。

示例性地，还包括干化污泥输送装置，用以将所述污泥干燥机干化后的所述污泥输入所述焚烧炉以进行焚烧。

示例性地，所述干化污泥输送装置还将所述污泥干燥机干化后的所述污泥输入炭化炉进行炭化以制备活性炭。

示例性地，所述炭化炉利用所述高温烟气的热量进行炭化。

示例性地，还包括烟气净化***，所述烟气净化***与所述锅炉、所述污泥干燥机、所述烘干炉相连，用以净化经过所述锅炉利用后的所述高温烟气、所述污泥干燥机干化所述污泥之后排放的废气和所述烘干炉烘干所述生物质原料之后产生的废气。

示例性地，还包括破碎筛分机，用以对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的生物质原料。

本发明还提供了一种活性炭制备的资源利用方法，包括：

步骤S1：获取生物质原料；

步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放第一气体；

步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放第二气体；

步骤S4：燃烧所述第一气体和所述第二气体以获得高温烟气；

步骤S5：利用所述高温烟气干化污泥。

示例性地，在步骤S1中还包括：

步骤S11：对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的所述生物质原料。

示例性地，在步骤S1中还包括：

步骤S12：对所述生物质原料进行烘干。

示例性地，在所述步骤S12中，采用所述高温烟气对所述生物质原料进行烘干。

示例性地，还包括步骤S6：利用所述高温烟气产生过热蒸汽，其中，所述步骤S3中，采用所述过热蒸汽对所述炭化料执行活化工艺。

根据本发明的活性炭制备的资源利用***和方法，将活性炭生产过程和污泥干化过程协同处理，将活性炭生产过程产生的气体的热量用于污泥的干化，实现污泥减量化、稳定化的同时实现了热能的高效、综合利用，干化后的污泥既可以用于焚烧发电，也可用作活性炭制备原料，最大限度的实现了生物质和污泥的无害化、资源化利用。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明的一个实施例的活性炭制备的资源利用***的结构框图；

图2为根据本发明的一个实施例的活性炭制备的资源利用方法的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明活性炭制备的资源利用***。显然，本发明的施行并不限于垃圾处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

随着煤、石油、天然气等化石燃料日益匮乏，人们对能源的需求不断扩大，生物质能作为一种理想的可再生能源，越来越受到世界各国的关注。同时随着国家对环保问题的日益重视以及环境保护要求的日益提高，活性炭需求量剧增，供不应求。因此利用生物质原料制备活性炭成为生物质能非常有前景的利用方式。目前活性炭生产过程中普遍存在热量过剩，活性炭制备过程中产生的大量高温可燃气体，往往直接排放掉，没有回收利用烟气所含热量，致使大量热能浪费，而且还污染环境。

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种活性炭制备的资源利用***，包括：

炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料；

活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭；

焚烧炉，所述焚烧炉包括二燃室，所述炭化炉在炭化过程中和所述活化炉在活化过程中产生的气体进入所述二燃室进行进一步燃烧以生成高温烟气；以及

污泥干燥机，所述污泥干燥机利用所述高温烟气干化污泥。

下面参考图1对本发明的活性炭制备的资源利用***进行示意性说明，其中图1为根据本发明的一个实施例的活性炭制备的资源利用***的结构框图。

首先参看图1，根据本发明的一个实施例的活性炭制备的资源利用***包括炭化炉1、活化炉2、焚烧炉3和污泥干燥机4。

炭化炉1用以将含碳原料隔绝空气干馏得到炭化产物，制得活性炭半成品，即炭化料。含碳原料可分为两大类：植物类和矿物类。植物类有木材、锯屑、椰壳等；矿物类有煤、石油加工产品的等。植物类原料资源丰富，制得的活性炭品质较高，因此，利用各种工农业废弃物制备活性炭得到了广泛重视。本发明中，采用生物质原料进行活性炭的制备，生物质原料包括生物质垃圾，其一方面可以直接通过焚烧炉焚烧，另一方面可以通过本发明的活性炭制备的资源利用***制备成活性炭，有效提升了生物质垃圾的处理效率，同时利用生物质垃圾制备活性炭，增加了生物质垃圾的利用率，节省了资源。

活化炉2，用以对上述炭化炉1炭化后的炭化料进行活化，以制备活性炭。示例性地，活化炉将炭化料在800～1000℃的高温下与活化气体接触，进行活化反应制得活性炭。

焚烧炉3，用以对生物质垃圾进行焚烧；其中，包括二燃室，上述炭化炉1对生物质原料进行炭化的过程中产生的焦油和可燃气以及活化炉2对炭化料进行活化的过程中产生的可燃气进一步输入所述二燃室进行燃烧，燃烧后产生高温烟气。这一过程使得活性炭生产过程中的可燃气得到有效处理，避免了其对环境的污染，实现了资源无害化处理。

污泥干燥机4用以干化污泥，其中，利用二燃室燃烧上述活化炉和炭化炉制备活性炭过程中生成的气体产生的高温烟气进行干化。污泥干燥机4利用二燃室燃烧活性炭制备过程中产生的气体产生的高温烟气进行干化实现了对活性炭生产过程产生的气体的热量的利用，从而实现了污泥减量化、稳定化的同时实现了热能的高效、综合利用，干化后的污泥既可以用于焚烧发电，也可用作活性炭制备原料，最大限度的实现了生物质和污泥的无害化、资源化利用。

继续参看图1，根据本发明的污泥干燥机还包括烘干炉5，用以在所述生物质原料输入所述炭化炉1进行炭化之前烘干所述生物质原料。生物质原料通常具有较高的含水率，在将生物质原料输入炭化炉1进行炭化之前烘干所述生物质原料，有效提升了生物质原料的炭化效率。

示例性地，所述烘干炉5利用二燃室燃烧上述活化炉和炭化炉制备活性炭过程中生成的气体产生的高温烟气进行烘干。烘干炉利用二燃室燃烧上述活化炉和炭化炉制备活性炭过程中生成的气体产生的高温烟气烘干生物质原料，使将活性炭生产过程产生的气体的热量用于生物质原料的烘干步骤，进一步实现了热能的高效、综合利用，提高了能量的利用率。

示例性地，如图1所示，根据本发明的污泥干燥机还包括锅炉6，二燃室燃烧上述活化炉和炭化炉制备活性炭过程中生成的气体产生的高温烟气通入所述锅炉6，锅炉6利用高温烟气的热量产生过热蒸汽。其中过热蒸汽一方面可以用作焚烧发电中的汽轮机的热源，另一方面可以用于本发明中的活化炉进行炭化料的活化工艺。示例性地，根据本发明的一个实施例，将锅炉产生的过热蒸汽用于活化炉进行炭化料的活化工艺以制备活性炭，活化炉采用水蒸气对炭化料进行活化，高温下水蒸气与炭化料发生反应，使炭化料中无序炭部分氧化刻蚀成孔，在炭化料内部形成发达的微孔结构，从而生产出比表面积巨大、孔隙发达的活性炭产品。这一过程中，一方面使活性炭制备过程中产生的气体燃烧后的能量得到充分利用，节约了资源和能源，避免了环境污染；同时，另一方面，采用水蒸气进行炭化料的活化，提高了制备的活性炭的品质。

示例性地，如图1所示，根据本发明的污泥干燥机还包括烟气净化***7。烟气净化***7对二燃室燃烧活化炉和炭化炉制备活性炭过程中生成的气体产生的高温烟气中，经过锅炉6利用后剩余的高温烟气进行净化处理，以形成可排放的烟气，有效避免了环境污染。

进一步，根据本发明的一个实施例，二燃室燃烧产生的高温烟气进入污泥干燥机干燥污泥，干燥污泥过程中形成的废气也通过烟气净化***净化成可排放的气体。

在上述设置中，二燃室燃烧后的高温烟气和污泥干燥机干燥污泥后形成的废气通过同一烟气净化***进行净化处理成可排放的气体，节省了净化***的投资，也进一步省去了对活性炭制备工艺中产生的气体的净化的装置，节省了占地面积。

示例性地，所述烟气净化***7利用上述炭化炉1和活化炉2制备的活性炭净化气体。制备的活性炭可以用于生物质焚烧发电中产生的烟气的净化处理，也可用于售卖。

示例性地，经过所述污泥干燥机4干化后的污泥进一步输入焚烧炉3进行焚烧和/或输入炭化炉1进行炭化处理以制备活性炭。从而实现干化、焚烧一体化流程，进一步实现资源的充分利用。在示例性地，在这一过程中采用污泥输送装置将污泥输入焚烧炉和/或炭化炉，以便污泥在输送过程中污染环境。示例性地，污泥输送装置可以采用螺旋输送机。

示例性地，如图1所示，根据本发明的污泥干燥机还包括破碎筛分机8，用以对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的生物质原料。生物质垃圾之后产生的炉渣往往具有不同的尺寸，其中，尺寸较小的炉渣往往难以经过活性炭制备的资源利用***制备的高品质的活性炭。为此，在将生物质原料输入炭化炉进行炭化之前对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的生物质原料，使具有较大尺寸的生物质原料制备成活性炭，较小尺寸的生物质原料直接输入焚烧炉进行焚烧，使生物质原料得到充分处理的同时提升了所制备的活性炭的品质。

本发明还提供了一种活性炭制备的资源利用方法，包括：

步骤S1：获取生物质原料；

步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放第一气体；

步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放第二气体；

步骤S4：燃烧所述第一气体和所述第二气体以获得高温烟气；

步骤S5：利用所述高温烟气干化污泥。

下面参看图2对根据本发明的一个实施例的活性炭制备的资源利用方法进行示例性描述，其中图2为根据本发明的一个实施例的活性炭制备的资源利用方法的流程图。

示例性地，在如实施例一中所述的活性炭制备的资源利用***中执行上述方法。

首先，参看图2，执行步骤S1：获取生物质原料。

示例性地，所述生物质原料包括木材、锯屑、椰壳等各种工农业废弃物；本发明中，采用生物质原料进行活性炭的制备，生物质原料包括生物质垃圾，其一方面可以直接通过焚烧炉焚烧，另一方面可以通过本发明的活性炭制备的资源利用***制备成活性炭，有效提升了生物质垃圾的处理效率，同时利用生物质垃圾制备活性炭，增加了生物质垃圾的利用率，节省了资源。

根据本发明的一个示例，在步骤S1中包括对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的所述生物质原料的步骤。生物质垃圾破碎之后往往具有不同的尺寸，其中，尺寸较小的生物质垃圾往往难以经过活性炭制备的资源利用***制备高品质的活性炭。为此，在将生物质原料输入炭化炉进行炭化之前对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的生物质原料，使具有较大尺寸的生物质原料制备成活性炭，较小尺寸的生物质原料直接输入焚烧炉进行焚烧，使生物质原料得到充分处理的同时提升了所制备的活性炭的品质。

根据本发明的一个示例，在步骤S1中还包括对所述生物质原料进行烘干的步骤，生物质原料通常具有较高的含水率，在对生物质原料进行炭化之前烘干所述生物质原料，有效提升了生物质原料的炭化效率。

接着，继续参看图2，执行步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放第一气体。

根据本发明的一个示例，在步骤S2中将生物质原料隔绝空气干馏得到炭化产物，制得活性炭半成品，即炭化料。

其中，第一气体包括焦油等可燃气体。

接着，继续参看图2，执行步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放第二气体。

示例性地，将炭化料在800～1000℃的高温下与作为活化气体的过热蒸汽接触，进行活化反应制得活性炭。其中，第二气体包括一氧化碳等可燃气体。

接着，继续参看图2，执行步骤S4：燃烧所述第一气体和所述第二气体以获得高温烟气。

将活性炭制备过程中产生的气体(包括第一气体和第二气体)进行燃烧，产生的高温烟气可以进行污泥的干化和/或发电，实现了活性炭生产过程产生的气体的热量的高效综合利用，最大限度的实现了生物质和污泥的无害化、资源化利用。

示例性地，采用步骤S3中产生的高温烟气进行上述烘干步骤。用燃烧上述制备活性炭过程中生成的气体产生的高温烟气烘干生物质原料，使将活性炭生产过程产生的气体的热量用于生物质原料的烘干步骤，进一步实现了热能的高效、综合利用，提高了能量的利用率。

接着，继续参看图2，执行步骤S5：利用所述高温烟气干化污泥。

根据本发明的方法，将活性炭生产过程和污泥干化过程协同处理，燃烧活性炭制备过程中产生的气体产生的高温烟气进行污泥的干化，将活性炭生产过程产生的气体的热量用于污泥的干化，实现了污泥减量化、稳定化的同时实现了热能的高效、综合利用，干化后的污泥既可以用于焚烧发电，也可用作活性炭制备原料，最大限度的实现了生物质和污泥的无害化、资源化利用。

根据本发明的一个示例，还包括步骤S6，利用所述高温烟气产生过热蒸汽的步骤，其中步骤S3中利用所述过热蒸汽进行所述活化工艺。示例性地，活化炉采用水蒸气对炭化料进行活化，高温下水蒸气与炭化料发生反应，使炭化料中无序炭部分氧化刻蚀成孔，在炭化料内部形成发达的微孔结构，从而生产出比表面积巨大、孔隙发达的活性炭产品。这一过程中，一方面使活性炭制备过程中产生的气体燃烧后的能量得到充分利用，节约了资源和能源，避免了环境污染；同时，另一方面，采用水蒸气进行炭化料的活化，提高了制备的活性炭的品质。

根据本发明的一个示例，还包括对所述高温烟气、烘干生物质原料的步骤中得到的废气和干化污泥的步骤中得到的废气进行净化处理以得到可排放的气体的步骤，将三个步骤中产生的废气同时进行净化处理，可以节省净化处理的步骤和装置，节省投资和占地面积。

根据本发明的一个示例，制备的活性炭可以用于上述净化处理的步骤，也可以用于售卖。

下面参看图1对根据本发明的一个实施例的活性炭制备的资源利用***和方法中物质的流动传输过程进行示例性说明，其中，实线箭头描述了处理过程中固体物质在各个设备或装置中的传输路径，虚线箭头描述了处理过程中气体物质在各个设备或装置中的传输路径。

首先参看图1，对固体物质的传输路径进行描述。生物质原料由运输车运送至原料仓9后，从原料仓9输入破碎筛分机8进行破碎筛分处理，经过破碎筛分处理的生物质原料进入烘干炉5烘干，再输入炭化炉1进行炭化形成炭化料，炭化料进一步输送至活化炉2进行活化生成活性炭。制备的活性炭经过磨粉打包***10打包后存入活性炭储仓11以待销售或利用。

再继续参看图1，对气体物质的传输路径进行描述。在炭化炉1对生物质原料进行炭化后和活化炉2对炭化料进行活化后往往生成焦油等可燃气体。这些可燃气体输送至焚烧炉3的二燃室进行进一步燃烧，燃烧后形成高温烟气，高温烟气一部分输入烘干炉5对生物质原料进行烘干，一部分输入污泥干燥机4以进行污泥的干化，剩余的高温烟气进入锅炉6以产生过热蒸汽，过热蒸汽输入活化炉2以进行对炭化料的活化。经锅炉6利用后的高温烟气、污泥干燥机4进行干化处理后排出的废气以及烘干炉5烘干生物质原料产生的气体进一步输入烟气净化***7以进行净化处理形成可排放的气体。

综上所述，根据本发明的活性炭制备的资源利用***，将活性炭生产过程和污泥干化过程协同处理，将活性炭生产过程产生的气体的热量用于污泥的干化，实现污泥减量化、稳定化的同时实现了热能的高效、综合利用，干化后的污泥既可以用于焚烧发电，也可用作活性炭制备原料，最大限度的实现了生物质和污泥的无害化、资源化利用。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (15)

1.一种活性炭制备的资源利用***，其特征在于，包括：

炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料；

活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭；

焚烧炉，所述焚烧炉包括二燃室，所述炭化炉在炭化过程中和所述活化炉在活化过程中产生的气体进入所述二燃室进行进一步燃烧以生成高温烟气；以及污泥干燥机，所述污泥干燥机利用所述高温烟气干化污泥。

2.如权利要求1所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，还包括烘干炉，用以在所述生物质原料输入所述炭化炉进行炭化之前烘干所述生物质原料。

3.如权利要求2所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，还包括所述烘干炉利用所述高温烟气对所述生物质原料进行烘干。

4.如权利要求3所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，还包括锅炉，所述锅炉利用所述高温烟气产生过热蒸汽。

5.如权利要求4所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，所述活化炉利用所述过热蒸汽对所述炭化料进行活化。

6.如权利要求1所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，还包括干化污泥输送装置，用以将所述污泥干燥机干化后的所述污泥输入所述焚烧炉以进行焚烧。

7.如权利要求6所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，所述干化污泥输送装置还将所述污泥干燥机干化后的所述污泥输入炭化炉进行炭化以制备活性炭。

8.如权利要求5所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，所述炭化炉利用所述高温烟气的热量进行炭化。

9.如权利要求5所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，还包括烟气净化***，所述烟气净化***与所述锅炉、所述污泥干燥机、所述烘干炉相连，用以净化经过所述锅炉利用后的所述高温烟气、所述污泥干燥机干化所述污泥之后排放的废气和所述烘干炉烘干所述生物质原料之后产生的废气。

10.如权利要求1所述的活性炭制备的资源利用***，其特征在于，还包括破碎筛分机，用以对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的生物质原料。

11.一种活性炭制备的资源利用方法，其特征在于，包括：

步骤S1：获取生物质原料；

步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放第一气体；

步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放第二气体；

步骤S4：燃烧所述第一气体和所述第二气体以获得高温烟气；

步骤S5：利用所述高温烟气干化污泥。

12.如权利要求11所述的活性炭制备的资源利用方法，其特征在于，在步骤S1中还包括：

步骤S11：对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的所述生物质原料。

13.如权利要求11所述的活性炭制备的资源利用方法，其特征在于，在步骤S1中还包括：

步骤S12：对所述生物质原料进行烘干。

14.如权利要求13所述的活性炭制备的资源利用方法，其特征在于，在所述步骤S12中，采用所述高温烟气对所述生物质原料进行烘干。

15.如权利要求11所述的活性炭制备的资源利用方法，其特征在于，还包括步骤S6：利用所述高温烟气产生过热蒸汽，其中，所述步骤S3中，采用所述过热蒸汽对所述炭化料执行活化工艺。