CN116812929A - 生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***和方法 - Google Patents
生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***和方法，所述***包括预处理装置、混合进料装置、流化床炭化炉、旋风分离器、炭粉收集装置、锅炉装置、分段活化炉及净化处理装置，所述混合进料装置连接所述预处理装置，所述流化床炭化炉连接所述混合进料装置，所述旋风分离器连接所述流化床炭化炉，所述旋风分离器向所述炭粉收集装置输送分离后的混合气，所述炭粉收集装置向所述锅炉装置输入混合气，所述锅炉装置向所述分段活化炉输送产生的第二蒸汽和第二烟气，所述分段活化炉分段输入不同粒径的炭物质进行活化，输出多形态活性炭。本发明能实现对不同粒径物料处理获得多形态活性炭，同时保持***稳定，节约成本，节能环保。
Description
技术领域
本发明属于生物质资源化利用的技术领域，涉及生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***和方法。
背景技术
活性炭是一种重要的基础化工产品，是新材料和碳素原材料的一个重要分支，应用十分广泛。生物质作为可再生资源，来源丰富，并具有高的含碳量和低的灰分及硫含量，因此成为制备炭材料的优质原料；利用生物质制备活性炭能将生物质资源化，获得活性炭，还解决了生物质环境污染问题。而活性炭本身由于所得成品粒径不同价值也不同，大颗粒活性炭的碘吸附值较低、价格也较低。
由于生物质原料来源复杂，一般含水率较高，而且粒径大小差异较大。如果不加区分输入同一个常规制备***中，不仅粒径不同会影响***运行的稳定性，而且所得活性炭粒径不一，即粉状活性炭、小颗粒活性炭和大颗粒活性炭的混合物，相比单一的粉状活性炭或小颗粒活性炭，受低价值大颗粒活性炭影响，产品吸附效果较差、也不能满足客户对于多形态活性炭产品的要求。
一些现有的活性炭制备***通过对粒径进行预先筛选，针对不同粒径选择相应处理***进行处理炭化，再制备成活性炭。这种方式需要多套处理***用于不同粒径，成本大且占地多；如果只采用一套设备则浪费了其他生物质资源，并只能得到单一形态活性炭产品，不能满足客户对于多形态活性炭产品的需求。而且处理后的生物质在炭化后仍会产生不同大小粒径的炭物质，其中少量的小颗粒炭和粉状炭会混入炭化产生的气体中，不仅难以处理造成炭物质损耗，还会影响***运行的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，用于解决现有技术中对于复杂来源的生物质，难以在实现对不同粒径物料处理获得多形态活性炭的同时节能环保、降低成本的问题。
所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，包括预处理装置、混合进料装置、流化床炭化炉、旋风分离器、炭粉收集装置、锅炉装置、分段活化炉及净化处理装置，所述预处理装置输入未处理的第一生物质，所述混合进料装置连接所述预处理装置输入第二生物质并通过添加剂入口输入化学活化的添加剂，所述流化床炭化炉连接所述混合进料装置输入第三生物质，所述旋风分离器连接所述流化床炭化炉的第一混合气出口，所述旋风分离器向所述炭粉收集装置输送分离后的混合气，所述锅炉装置的气体入口连接所述炭粉收集装置输入混合气，所述锅炉装置还通过软水入口和助燃空气入口输入软水和助燃空气，所述锅炉装置向所述流化床炭化炉输入第一烟气用于加热，所述锅炉装置向所述分段活化炉输送产生的第二蒸汽和第二烟气，所述分段活化炉分为大颗粒炭活化段、小颗粒炭活化段和粉状炭活化段，第二蒸汽和第二烟气通过所述粉状炭活化段、所述小颗粒炭活化段和所述大颗粒炭活化段后，废气从所述分段活化炉的废气出口输出到所述净化处理装置，所述大颗粒炭活化段连接流化床炭化炉输入大颗粒炭，所述小颗粒炭活化段连接所述旋风分离器输入小颗粒炭，所述粉状炭活化段连接所述炭粉收集装置输入粉状炭，所述大颗粒炭活化段、小颗粒炭活化段和粉状炭活化段分别输出大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭。
优选的，所述***还包括导热油换热***，所述导热油换热***包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器和所述第二换热器通过导热油管路连接输送导热油，所述第一换热器连接在所述旋风分离器和所述炭粉收集装置之间，所述第一换热器输入第二混合气并让第二混合气与导热油换热，所述第二换热器连接在锅炉装置和分段活化炉之间，所述第二换热器输入锅炉装置排出的第一蒸汽并让第一蒸汽与导热油换热。
优选的，所述第一换热器具有第二混合气入口、第二导热油入口、第三混合气出口及第一导热油出口，所述第一换热器的第二混合气入口与所述旋风分离器的第二混合气出口相连，所述第一换热器为管式换热器，所述第二混合气走所述第一换热器的管程，所述第二导热油走所述第一换热器的壳程。
优选的，所述第二换热器具有第一导热油入口、第一蒸汽入口、第二导热油出口、第二蒸汽出口。所述第二换热器的第一导热油入口与所述第一换热器的第一导热油出口相连，所述第二换热器的第二导热油出口与所述第一换热器的第二导热油入口相连，所述第二换热器的第一蒸汽入口与所述锅炉装置的第一蒸汽出口相连；所述第二换热器为管式换热器，所述第一蒸汽走所述第二换热器的壳程，所述第一导热油走所述第二换热器的管程。
优选的，所述分段活化炉采用回转式活化炉，具有第二蒸汽入口、第二烟气入口和废气出口，所述第二蒸汽入口和所述第二烟气入口设于所述分段活化炉一端，而废气出口设于所述分段活化炉另一端，所述分段活化炉沿长度方向依次分为大颗粒炭活化段、小颗粒炭活化段和粉状炭活化段，所述大颗粒炭活化段设有大颗粒炭入口和大颗粒活性炭出口，所述小颗粒炭活化段设有小颗粒炭入口和小颗粒活性炭出口，所述粉状炭活化段设有粉状炭入口和粉状活性炭出口。
优选的，所述分段活化炉中，以大颗粒炭活化段、小颗粒炭活化段和粉状炭活化段三段的总长度为100％，则大颗粒炭活化段的长度在总长度中占比为50～70％，小颗粒炭活化段的长度在总长度中占比为20～30％，粉状炭活化段的长度在总长度中占比为10～20％。
优选的，所述流化床炭化炉采用鼓泡流化床，鼓泡流化床包括炉膛、浇注料和布风装置，所述浇注料设置在炉膛的内侧，所述浇注料分为耐磨浇注料和保温浇注料，耐磨浇注料设置在内层，厚度范围为140～260mm，所述保温浇注料设置在外层，厚度范围为80～180mm，所述布风装置上设置有风帽。
本发明还公布了生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的方法，应用上述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，并包括下列步骤：
一、基于输入的第一生物质的含水率和粒径对第一生物质进行预处理，得到含水率≤30％且粒径范围控制在5～50mm的第二生物质；
二、将第二生物质与有化学活化作用的添加剂混合为第三生物质输送到流化床炭化炉；
三、通过流化床炭化炉对第三生物质进行炭化，并输出大颗粒炭和第一混合气，所述流化床炭化炉以锅炉装置产生的第一烟气作为热源；
四、将流化床炭化炉产生的第一混合气，依次通过旋风分离器、导热油换热***和炭粉收集装置进行分离处理，产生的第四混合气输入锅炉装置进行燃烧；
五、锅炉装置输入第四混合气进行燃烧输出第一蒸汽、第一烟气和第二烟气，第一烟气输出到流化床炭化炉用于加热，第一蒸汽经导热油换热***换热回收第二混合气的热量后形成第二蒸汽；
六、第二蒸汽和第二烟气输入到分段活化炉中作为活化剂，所述分段活化炉中的大颗粒炭活化段、小颗粒炭活化段和粉状炭活化段分别从所述流化床炭化炉、所述旋风分离器和所述炭粉收集装置分别输入对应的大颗粒炭、小颗粒炭和粉状炭进行活化，并分别输出相应的大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭；
七、分段活化炉产生的废气输入净化处理装置处理后排出。
优选的，所述流化床炭化炉炭化处理的温度范围为500～700℃，所述流化床炭化炉炭化处理的流化速度范围为1～5m/s，所述锅炉燃烧处理得到总烟气，以所述总烟气体积百分比100％计，将第一烟气的体积百分比控制在30～60％，将第二烟气的体积百分比控制在40～70％，将第一烟气和第二烟气的温度范围控制在800～1000℃；所述分段活化炉中的打散装置的转速范围在60～300r/min，大颗粒炭的粒径范围为10～50mm，小颗粒炭的粒径范围为1～10mm，粉状炭的粒径小于1mm。
优选的，第一混合气经旋风分离器处理后得到第二混合气，第二混合气经导热油换热***换热后输出第三混合气，第三混合气经炭粉收集装置收集粉状炭后输出第四混合气到所述锅炉装置；所述第一换热器在第二混合气和所述第二导热油之间换热，所述第一混合气的温度范围为500～700℃，所述第二混合气的温度范围为490～690℃，所述第三混合气的温度范围为450～500℃，所述第四混合气的温度范围为400～450℃。所述第一导热油的温度范围为450～500℃，所述第二导热油的温度范围为400～450℃；所述第二换热器在所述第一蒸汽和所述第一导热油之间换热，将第一蒸汽的温度范围控制在150～250℃，将第二蒸汽的温度范围控制在250℃～400℃。
本发明具有以下优点：
1、本发明不仅能从流化床炭化炉收集大颗粒炭，还能从炭化产生的混合气中回收小颗粒炭和粉状炭，同时又能利用分段活化炉同时对不同粒径大小的炭物质同时进行活化，根据相应粒径炭物质的数量大小控制各段长度，从而能以较高效率对不同粒径的活性炭进行制备，减少炭物质的浪费损耗，避免混入混合器中炭物质影响***运行的稳定性，同时满足客户对于多形态活性炭产品的需求，保证小颗粒活性炭和粉状活性炭的吸附功效，同时应用的设备较少，设备成本和生产成本较低。
2、本发明中，由于第二混合气中含有少量焦油，所述焦油在温度<400℃时会发生冷凝，从而堵塞管道、腐蚀设备、影响***运行。本发明通过导热油换热***对第二混合气降温，避免换热介质温度较低导致换热壁面出现焦油冷凝现象，造成堵塞；也避免蒸汽换热造成的***的受压等级提高和需要持续补充冷水和加热的问题。导热油是液相强制循环传递热量，在第二混合气和第一蒸汽之间持续换热，在压力较低情况下，加热温度可达400℃及以上。同时，导热油换热***是闭式循环***，热散失少，节能能源，降低能耗，具有诸多优点。
3、本发明中，流化床炭化炉采用鼓泡流化床，具有流程简单、环保指标好、***能效好、炭化均匀、炭化效率高、负荷调节范围大，开停炉方便、自动化程度高、安全可靠等特点。流化床炭化炉的具体结构能保证流化床炭化炉具有较好的流化效果和较高的炭化效率，并避免设备成本过高，占地面积大等问题
4、本发明中，利用炭化产生的混合气作为锅炉装置的燃料，产生的烟气余热一方面用于对生物质的高温炭化，另一方面同锅炉产生的蒸汽一同作为活化剂在活化炉中对炭物质进行活化，而对于活化所需对蒸汽升温则利用换热***回收混合气的热量来实现，回收混合气的热量，本***有效节约燃料，充分利用生物质所具有的热值，节能环保。
附图说明
图1为本发明生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***的示意图。
图2为本发明生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的方法的流程图。
图3、图4为图1所示结构中分段活化炉的结构示意图。
附图中的标记包括：1、预处理装置，2、混合进料装置，3、流化床炭化炉，4、旋风分离器，5、第一换热器，6、炭粉收集装置，7、锅炉装置，8、第二换热器，9、分段活化炉，91、大颗粒炭活化段，92、小颗粒炭活化段，93、粉状炭活化段，94、打散装置，95、废气出口，96、第二蒸汽入口，97、第二烟气入口，98、扬料板，10、净化处理装置。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-4所示，本发明公开了生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，包括预处理装置1、混合进料装置2、流化床炭化炉3、旋风分离器4、炭粉收集装置6、锅炉装置7、分段活化炉9及净化处理装置10，所述预处理装置1输入未处理的第一生物质，所述混合进料装置2连接所述预处理装置l输入第二生物质并通过添加剂入口输入化学活化的添加剂，所述流化床炭化炉3连接所述混合进料装置2输入第三生物质，所述旋风分离器4连接所述流化床炭化炉3的第一混合气出口，所述旋风分离器4向所述炭粉收集装置6输入分离后的混合气，所述锅炉装置7的气体入口连接所述炭粉收集装置6输入混合气，所述锅炉装置7还通过软水入口和助燃空气入口输入软水和助燃空气，所述锅炉装置7向所述流化床炭化炉3输入第一烟气用于加热，所述锅炉装置7向所述分段活化炉9输送产生的第二蒸汽和第二烟气，所述分段活化炉9分为大颗粒炭活化段91、小颗粒炭活化段92和粉状炭活化段93，第二蒸汽和第二烟气通过所述粉状炭活化段93、所述小颗粒炭活化段92和所述大颗粒炭活化段91后，废气从所述分段活化炉9的废气出口95输出到所述净化处理装置10，所述大颗粒炭活化段91连接流化床炭化炉3的大颗粒炭出口输入大颗粒炭，所述小颗粒炭活化段92连接所述旋风分离器4的小颗粒炭出口输入小颗粒炭，所述粉状炭活化段93连接所述炭粉收集装置6的粉状炭出口输入粉状炭，所述大颗粒炭活化段91、小颗粒炭活化段92和粉状炭活化段93分别输出大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭。
所述***还包括导热油换热***，所述导热油换热***包括第一换热器5和第二换热器8，所述第一换热器5和所述第二换热器8通过导热油管路连接输送作为换热介质的导热油，所述第一换热器5连接在所述旋风分离器4和所述炭粉收集装置6之间，所述第一换热器5输入第二混合气并让第二混合气与导热油换热，所述第二换热器8连接在锅炉装置7和分段活化炉9之间，所述第二换热器8输入锅炉装置7排出的第一蒸汽并让第一蒸汽与导热油换热。
所述预处理装置1包括干化装置、破碎装置或压块成型装置中的一种或几种组合，对于含水率较大的生物质要先通过干化装置干燥处理，如当所述第一生物质的含水率＞30％时，***需设置干化装置，这样能降低***能耗，实现流化床炭化炉3的稳定运行。破碎装置用于处理粒径较大的生物质，如当所述第一生物质的粒径＞50mm时，***需设置所述破碎装置，如不设置破碎装置，会导致物料炭化反应不完全，直接掉入炉底，不能在流化床炭化炉3内实现湍流状态。压块成型装置用于处理粒径很小的生物质，当所述第一生物质的粒径<5mm时，本***需设置所述压块成型装置，如不设置压块成型装置，由于物料粒径小、质量轻、呈粉末状，同样会导致物料进入炉内后炭化反应不完全，并会随着第一混合气一并带入后端。同时，由于生物质的熔点较低，粉末状物料容易在炉内发生爆燃，从而导致结焦，影响***正常运行。
如果同时设置干化装置、破碎装置和压块成型装置，则破碎装置和压块成型装置并联，二者均连接到所述干化装置，根据输入的第一生物质粒径情况选择破碎装置或压块成型装置，在破碎或压块成型之前或者之后通过干化装置干燥。第一生物质经预处理装置1预处理后输出第二生物质，所述第二生物质含水率不大于30％，且粒径范围控制在5～50mm。
所述混合进料装置2通过第二生物质入口输入第二生物质，通过添加剂入口输入添加剂，所述添加剂为化学活化所需的活化剂，活化剂为KOH或NaOH的中的一种或几种的组合。所述混合进料装置2中还设有被驱动的搅拌机构，所述搅拌机构在搅拌轴的驱动下将第二生物质和所述添加剂搅拌混合得到第三生物质。
所述流化床炭化炉3采用鼓泡流化床，流化床炭化炉3具有第三生物质入口、第一烟气入口、大颗粒炭出口和第一混合气出口。第三生物质入口输入混合了添加剂的第三生物质，第一烟气入口从所述锅炉装置7输入第一烟气用于加热，第三生物质在鼓泡流化床被加热炭化。鼓泡流化床具有流程简单、环保指标好、***能效好、炭化均匀、炭化效率高、负荷调节范围大，开停炉方便、自动化程度高、安全可靠等特点，并且可以生产多形态活性炭。炭化后大颗粒炭直接由大颗粒活性炭出口输出，而混合有小颗粒炭和粉状炭的第一混合气从第一混合气出口输出。
鼓泡流化床由炉膛、浇注料和布风装置构成。如果只设置一层浇注料，会导致炭化效率低、保温效果差、炉膛磨损严重等问题；如果设置三层及以上浇注料，会导致投资大幅增加、流化床炭化炉3内径增大、设备占地面积大、安装困难等问题。因此本发明所提供的***将浇注料设置在炉膛的内侧，所述浇注料共分为两层。如果耐磨浇注料的厚度<140mm，容易造成磨损严重、检修频繁等问题；如果耐磨浇注料厚度＞260mm，会导致耐磨浇注料成本提高、重量增大、施工复杂等。因此本发明所提供的***将耐磨浇注料设置在浇注料的内层，厚度范围为140～260mm。如果保温浇注料的厚度<80mm，会造成保温效果差、流化床炭化炉3外壁温度过高、热损失严重等问题；如果保温浇注料的厚度＞180mm，会导致炉膛内经增大、设备占地面积大、保温富余等。因此本发明所提供的***将保温浇注料设置在浇注料的外层，厚度范围为80～180mm。
为保证生物质在流化床炭化炉3内具有较好的流化效果、较高的炭化效率，本发明提供的***在布风装置上设置有风帽，所述第一烟气通过所述风帽通入流化床炭化炉3内，作为炭化热源使用。本发明提供的***根据所述第三生物质的形态、热值、含水率、灰分含量等不同，灵活选择风帽类型，如筒形、伞形或锥形中的一种。
所述旋风分离器4具有第一混合气入口、第二混合气出口以及小颗粒炭出口，第一混合气输入后经过旋风分离器4分离，分离后的第二混合气继续输出，而分离出来的小颗粒炭由所述小颗粒炭出口输出。该结构能将非粉末状但粒径较小的小颗粒炭分离出来。
为了提高设备的耐磨性能、降低***热损失、降低投资成本、减小占地面积、保证***连续稳定运行等，本发明所提供的***在所述旋风分离器4的内部设置有两层浇注料，其中耐磨耐火浇注料设置在所述浇注料的内层，厚度范围为100～150mm，保温浇注料设置在所述浇注料的外层，厚度范围为130～200mm。
所述第一换热器5具有第二混合气入口、第二导热油入口、第三混合气出口及第一导热油出口，所述第一换热器5的第二混合气入口与所述旋风分离器4的第二混合气出口相连，所述第一换热器5用于回收所述第二混合气的部分热量，以便得到第三混合气。同时导热油之前在第二换热器8处经过初步换热后温度仍控制在400～450℃的温度范围中，从而保证所述第三混合气中的焦油组份不发生冷凝，通过第一换热器5能将所述第三混合气的温度降至所述粉收集装置所要求的400～450℃的温度范围，即变为降温后的第四混合气。所述第一换热器5为管式换热器，所述第二混合气走所述第一换热器5的管程，所述第二导热油走所述第一换热器5的壳程。
如果所述第二混合气走所述第一换热器5的壳程，由于壳程外壁温度较低，容易造成第二混合气中的焦油冷凝析出，造成粘结堵塞，影响换热。因此本发明所提供的***设定第二混合气走所述第一换热器5的管程，设定第二导热油走所述第一换热器5的壳程，有效避免了焦油冷凝、堵塞等问题。
所述炭粉收集装置6具有第三混合气入口、第四混合气出口及粉状炭出口。所述炭粉收集装置6的第三混合气入口与所述第一换热器5的第三混合气出口相连，输入降温到一定温度的第三混合气。所述炭粉收集装置6再次收集了所述第三混合气中的粉状炭并从粉状炭出口输出，同时得到第四混合气。所述炭粉收集装置6为陶瓷过滤器或金属过滤器。
由于第三混合气中含有较多粉状炭、少量焦油，其中焦油温度＞400℃，呈气态。如果采用常规旋风分离器4来收集粉状炭，由于粉状炭的粒径小，分离捕集效率低；如果采用布袋除尘器来收集粉状炭，由于所述第三混合气的温度范围为450～500℃，布袋除尘器耐热温度一般在150～220℃，并不适用。因此本发明所提供的***采用陶瓷过滤器或金属过滤器作为炭粉收集装置6，可以保证在中高温情况下具有较高的收集效率，同时可以实现连续稳定运行。由于陶瓷过滤器的耐热温度可以达到500℃以上，金属过滤器的耐热温度一般在500℃以下，因此当所述第三混合气的温度≥500℃，本发明所提供的***中炭粉收集装置6采用陶瓷过滤器；当所述第三混合气的温度<500℃，本发明所提供的***中炭粉收集装置6采用金属过滤器。
所述锅炉装置7具有第四混合气入口、软水入口、助燃空气入口、第一蒸汽出口、第一烟气出口及第二烟气出口。所述锅炉装置7的第四混合气入口与所述炭粉收集装置6的第四混合气出口相连，输入的第四混合气与助燃空气混合后点燃加热锅炉，将锅炉装置7中的水转化为水蒸气，即第一蒸汽，由第一蒸汽出口排出；而燃烧产生的烟气被分为第一烟气和第二烟气，第一烟气经第一烟气出口输入到流化床炭化炉3用于加热实现炭化，第二烟气由第二烟气出口排出。所述锅炉装置7设置有对流管束，所述对流管束用于将所述软水换热得到所述第一蒸汽。
所述第二换热器8具有第一导热油入口、第一蒸汽入口、第二导热油出口、第二蒸汽出口。所述第二换热器8的第一导热油入口与所述第一换热器5的第一导热油出口相连，所述第二换热器8的第二导热油出口与所述第一换热器5的第二导热油入口相连，所述第二换热器8的第一蒸汽入口与所述锅炉装置7的第一蒸汽出口相连。所述第二换热器8用于对所述第一导热油进行换热处理，换热后的第二导热油再输出到第一换热器5。
为了回收所述第一换热器5中第一导热油的热量，本发明所提供的***设置了第二换热器8，用于对第一导热油及第一蒸汽进行第二换热处理，并将所述第二导热油的温度范围控制在400～450℃，第一蒸汽则被加热到250℃～400℃转化为第二蒸汽。为了保证第一导热油及第一蒸汽具有较高的换热效率，本发明所提供的***采用管式换热器作为第二换热器8。由于蒸汽在换热过程中会产生冷凝水，为了方便冷凝水的排出，本发明所提供的***设定第一蒸汽走所述第二换热器8的壳程，设定第一导热油走所述第二换热器8的管程。
如图3、图4所示，所述分段活化炉9采用回转式活化炉，具有第二蒸汽入口96、第二烟气入口97和废气出口95，所述第二蒸汽入口96和所述第二烟气入口97设于所述分段活化炉9一端，而废气出口95设于所述分段活化炉9另一端，所述分段活化炉9沿长度方向依次分为大颗粒炭活化段91、小颗粒炭活化段92和粉状炭活化段93，所述大颗粒炭活化段91设有大颗粒炭入口和大颗粒活性炭出口，所述小颗粒炭活化段92设有小颗粒炭入口和小颗粒活性炭出口，所述粉状炭活化段93设有粉状炭入口和粉状活性炭出口。所述分段活化炉9用于对所述大颗粒炭、小颗粒炭及粉状炭进行分段活化处理，以便得到大颗粒活性炭、小颗粒活性炭及粉状活性炭。所述第二蒸汽及所述第二烟气共同作为所述分段活化炉9的活化剂使用，从第二蒸汽入口96和第二烟气入口97分别输入后，二者混合形成的活化气体依次经过粉状炭活化段93、小颗粒炭活化段92和大颗粒炭活化段91进行活化，产生的废气从废气出口95排出。
根据生物质原料的性质不同、流化床炭化炉3的炭化处理温度不同等，本发明所提供的***得到的大颗粒炭产量较多，小颗粒炭产量中等，粉状炭产量较少。同时，大颗粒炭由于粒径较大，在所述回转式活化炉内的停留时间、活化时间，要求较长；小颗粒炭由于粒径中等，在所述回转式活化炉内的停留时间、活化时间，要求中等；粉状炭由于粒径较小，在所述回转式活化炉内的停留时间、活化时间，要求较短。因此本***中，以大颗粒炭活化段91、小颗粒炭活化段92和粉状炭活化段93三段的总长度为100％，则大颗粒炭活化段91的长度在总长度中占比为50～70％，小颗粒炭活化段92的长度在总长度中占比为20～30％，粉状炭活化段93的长度在总长度中占比为10～20％。所述分段活化炉9还内设贯穿大颗粒炭活化段91、小颗粒炭活化段92和粉状炭活化段93的打散装置94，所述分段活化炉9内壁还设有扬料板98。
所述净化处理装置10具有废气入口、达标烟气出口。所述净化处理装置10的废气入口与所述分段活化炉9的废气出口95相连。所述净化处理装置10用于对所述废气进行净化处理，从而实现烟气达标排放。所述净化处理装置10包括旋风分离器、布袋除尘器、冷却塔或吸附塔的一种或几种组合。
基于上述生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，本发明该公开了利用上述***实现的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***和方法，包括下列步骤。
一、基于输入的第一生物质的含水率和粒径对第一生物质进行预处理，得到含水率≤30％且粒径范围控制在5～50mm的第二生物质。
当所述第一生物质的含水率＞30％时，***通过干化装置干燥将含水率降至不大于≤30％，若所述第一生物质的粒径＞50mm，***通过破碎装置处理将粒径减小到不大于50mm，若所述第一生物质的粒径<5mm，***通过压块成型装置处理将生物质的粒径增大到不小于5mm。此外，由于当第一生物质的热值<2000kcal/kg，灰分＞15％时，经过炭化、活化反应后，得到的活性炭产品的产率及品质较低，经济效益差，难以大规模推广应用。为提高活性炭产品的产率及品质，本发明所提供的方法需要将第一生物质的热值控制在≥2000kcal/kg，灰分控制在≤15％。
二、将第二生物质与有化学活化作用的添加剂混合为第三生物质输送到流化床炭化炉3。
单一的化学活化法(活化剂为磷酸、氯化锌、氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸、碳酸钾等)工艺复杂、投资强度大、易于腐蚀设备、污染环境，单一的物理活化法(活化剂为水蒸气、CO2等)得到的活性炭比表面积较小、碘吸附值低，活性炭产品的品质和价格均较低，效益较差。因此本方案将二者结合，在炭化前利用混合进料装置2添加化学活化所需添加剂。为保证添加剂与第二生物质混合均匀，所述混合进料装置2中设置有搅拌机构。当搅拌机构中搅拌轴的转速＜5r/min时，添加剂与第二生物质混合的混合效果较差，后端化学活化的效果也较差；当搅拌轴的转速＞300r/min时，会导致混合进料装置2的电耗大大增加，运行成本提高，同时可能打碎已经预处理后得到的第二生物质。为保证添加剂与第二生物质混合均匀，尽量较低***电耗，避免第二生物质在混合进料装置2内被打碎，本方法中将搅拌轴的转速范围控制在50～300r/min。
如果采用磷酸、硫酸等化学活化剂，会导致成本大大增加，活化效果较差，同时对管道及设备等腐蚀严重，因此本方法采用KOH和NaOH的任一种或两种组合作为添加剂，降低了添加剂成本，提高了活化效果，腐蚀影响也小。如果采用固体添加剂，会导致混合不均匀，固体附着在生物质表面，活化效果差等问题，因此本发明所提供的方法采用相应溶液作为添加剂。当添加剂的浓度＜3％或添加剂的添加重量＜1％时，会造成活化效率低，活性炭产品指标较差等问题；当添加剂的浓度＞10％或添加剂的添加重量＞8％时，由于添加剂过多，会抑制炭化及活化反应，同时导致成本增加、经济效益较差。因此，本方法将添加剂的浓度范围控制在3～10％，以第二生物质和添加剂的总重量为100％计，将添加剂的重量占比控制在l～8％，既实现了较好的活化效果，还降低了运行成本，利于产业化推广应用。
三、通过流化床炭化炉3对第三生物质进行炭化，并输出大颗粒炭和第一混合气，所述流化床炭化炉3以锅炉装置7产生的第一烟气作为热源。
当流化床炭化处理的温度＜500℃时，会导致生物质炭化不完全、炭化效率低、焦油产生量高等问题；当流化床炭化处理的温度＞700℃时，会导致生物质过度炭化，并降低了大颗粒炭、小颗粒炭及粉状炭的收率，从而进一步降低了活性炭产品的收率，经济效益较差。因此本发明所提供的方法将流化床炭化炉3炭化处理的温度范围控制在500～700℃。
当所述流化床炭化处理的流化速度＜1m/s时，生物质难以成流化状态，导致堆积在炉膛底部，造成结焦等现象；当所述流化床炭化处理的流化速度＞5m/s时，会导致生物质炭化时间短、炭化时间不够、炭化效率低，同时第一混合气中固体物料大幅增加，影响***正常运行。因此本发明所提供的方法将流化床炭化炉3炭化处理的流化速度范围控制在l～5m/s。
四、将流化床炭化炉3产生的第一混合气，依次通过旋风分离器4、导热油换热***和炭粉收集装置6进行分离处理，产生的第四混合气输入锅炉装置7进行燃烧。
由于第二混合气中含有少量焦油，所述焦油在温度＜400℃时会发生冷凝，从而堵塞管道、腐蚀设备、影响***运行。如果采用常温水或常温空气等对所述第二混合气进行第一换热处理，会因为常温水或常温空气的温度较低(＜400℃)，导致换热壁面出现焦油冷凝现象，导致堵塞；如果采用蒸汽进行第一换热处理，一般蒸汽锅炉供热温度在170℃时，蒸汽压力已达0.8Mpa。若要进一步提高温度，蒸汽压力要相应上升，整个***的受压等级要提高，不但造价要高，而且不安全因素也很大。同时，因为蒸汽锅炉将水加热到100℃之前所提供的热量和蒸汽冷凝成水以后的热量用热***均不能利用，同时蒸汽在输送过程中热量损失大，用热过程中排出水汽有带走热量，锅炉排污又要损失热量。蒸汽供热***需将凝结水重新加热成蒸汽，并不断补充冷水，能耗大，效率低。因此本发明所提供的***采用导热油换热***对所述第二混合气进行第一换热处理，本所述导热油换热***采用管式换热器，导热油换热***中导热油是液相强制循环传递热量，在压力较低情况下，加热温度可达400℃及以上。同时，导热油换热***是闭式循环***，热散失少，节能能源，降低能耗，具有诸多优点。
第一混合气经旋风分离器4处理后得到第二混合气，第二混合气经导热油换热***换热后输出第三混合气，第三混合气经炭粉收集装置6收集粉状炭后输出第四混合气到所述锅炉装置7。所述第一换热器5在第二混合气和所述第二导热油之间换热，所述第一混合气的温度范围为500～700℃，所述第二混合气的温度范围为490～690℃，所述第三混合气的温度范围为450～500℃，所述第四混合气的温度范围为400～450℃。所述第一导热油的温度范围为450～500℃，所述第二导热油的温度范围为400～450℃。
五、锅炉装置7输入第四混合气进行燃烧输出第一蒸汽、第一烟气和第二烟气，第一烟气输出到流化床炭化炉3用于加热，第一蒸汽经导热油换热***换热回收第二混合气的热量后形成第二蒸汽。
同时为实现炭化过程，需控制所述流化床炭化炉3内处于缺氧气氛，因此本发明所提供的***将所述锅炉装置7产生的部分烟气作为所述流化床炭化炉3的热源。其中，所述第一烟气与所述第二烟气为所述锅炉燃烧处理得到的总烟气，以所述总烟气体积百分比100％计，将第一烟气的体积百分比控制在30～60％，将第一烟气的温度范围控制在800～1000℃。由于活性炭产品的碘吸附值、比表面积等指标均随活化温度的提高而增大。活化温度愈高，残留的挥发物质挥发愈完全，微孔结构愈发达，比表面积和吸附活性愈大。因此以所述总烟气体积百分比100％计，本发明所提供的方法将第二烟气的体积百分比控制在40～70％，将第二烟气的温度范围控制在800～1000℃。
由于第四混合气的成份含有CO、H2、CH4等可燃气体，及少量气态焦油，为保证气态焦油不发生冷凝，因此本发明所提供的方法将所述第四混合气的温度范围控制在400～450℃。为提高***热利用率、降低运行成本、提高收益，本发明所提供的***设置了锅炉装置7，对所述可燃气体及气态焦油进行锅炉燃烧处理。为得到第一蒸汽，本发明所提供的***中锅炉装置7设置有对流管束，所述对流管束用于将所述软水换热得到所述第一蒸汽。
当第一蒸汽的温度＜250℃时，所述第一蒸汽在所述回转式活化炉内的活化效果较差；当第一蒸汽的温度＞400℃时，所述第一蒸汽的压力较大、流速较高，会导致所述第一蒸汽在所述回转式活化炉内的停留时间较短，从而活化不完全。因此本方法通过所述第二换热器8在所述第一蒸汽和所述第一导热油之间换热，将第一蒸汽的温度范围控制在150～250℃，将第二蒸汽的温度范围控制在250℃～400℃。
六、第二蒸汽和第二烟气输入到分段活化炉9中作为活化剂，所述分段活化炉9中的大颗粒炭活化段91、小颗粒炭活化段92和粉状炭活化段93分别从所述流化床炭化炉3、所述旋风分离器4和所述炭粉收集装置6分别输入对应的大颗粒炭、小颗粒炭和粉状炭进行活化，并分别输出相应的大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭。
为了提高活化效率、减少活化停留时间、减小设备占地面积、提高活化剂与物料的接触面积，本发明所提供的***在回转式活化炉内设置有打散装置94。如果打散装置94的转速＜60r/min，会导致物料在回转式活化炉内与活化剂接触不充分、活化效率低；如果打散装置94的转速＞300r/min，会导致转速过快，大颗粒炭和小颗粒炭在炉内被打散、破碎，从而粉状炭增多，不能获得多形态活性炭产品。同时，大量飞灰状炭会随炉内气体进入到废气中，导致净化处理装置10的负荷增大。因此，本发明所提供的***将所述打散装置94的转速范围控制在60～300r/min。
七、分段活化炉9产生的废气输入净化处理装置10处理后排出。
由于所述废气中含有少量粉尘、SO2等污染物，因此本发明所提供的***设置有净化处理装置10，用于净化上述污染物。为保证较好的净化效果，本发明所提供的***中所述净化处理装置10包括旋风分离器、布袋除尘器、冷却塔或吸附塔的一种或几种组合，并将所述废气的温度范围控制在200～400℃。
采用本发明所提供的***和方法，得到的大颗粒炭的粒径范围为10～50mm，小颗粒炭的粒径范围为1～10mm，粉状炭的粒径小于1mm。所述大颗粒炭、小颗粒炭及粉状炭经过所述回转式活化炉后，可以得到多形态活性炭产品，其中大颗粒活性炭的粒径范围为10～50mm，小颗粒活性炭的粒径范围为1～10mm，粉状活性炭的粒径小于1mm。
下面就具体应用的实施例进行说明。
实施例1：
利用生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***对印尼某地的棕榈壳进行处理，其工业分析、元素分析如表1所示，一种生物质流化床炭化耦合分段活化制备多形态活性炭的方法如图2所示，所用***的结构示意图如图1所示。具体处理流程如下：
表1棕榈壳工业分析及元素分析(空气干燥基)
将棕榈壳作为第一生物质，棕榈壳原料的原始含水率为55％，热值为4450kcal/kg、灰分为2.2％、粒径范围在20～40mm。将第一生物质送入预处理装置1中进行预处理，得到第二生物质。预处理装置1包括干化装置，预处理后得到的第二生物质的含水率为9.6％，粒径范围为20～40mm。将第二生物质与添加剂共同送入混合进料装置2中进行混合进料处理，得到第三生物质。混合进料装置2中设置有搅拌轴，搅拌轴的转速为150r/min。采用浓度为3％的KOH液体溶剂作为添加剂，以第二生物质和添加剂的总重量为100％计，添加剂的添加重量占比为8％。将第三生物质送入流化床炭化炉3中进行流化床炭化处理，得到大颗粒炭及第一混合气。流化床炭化炉3采用鼓泡流化床，由炉膛、浇注料和布风装置构成，其中浇注料设置在炉膛的内侧，浇注料共分为两层，内层为140mm厚的耐磨浇注料，外层为180mm厚的保温浇注料，布风装置设置有伞形风帽。流化床炭化处理的温度为700℃，流化速度为3m/s，得到的第一混合气的温度为700℃。将第一混合气通入旋风分离器4中进行旋风分离处理，得到第二混合气及小颗粒炭。旋风分离器4的内部设置有两层浇注料，内层为120mm厚的耐磨耐火浇注料，外层为160mm厚的保温浇注料。第二混合气的温度为690℃。将第二混合气通入第一换热器5中进行第一换热处理，得到第三混合气及第一导热油。第一换热器5为管式换热器，第二混合气走管式换热器的管程，第二导热油走管式换热器的壳程。第三混合气的温度为470℃，第一导热油的温度为470℃，第二导热油的温度为420℃。将第三混合气送入炭粉收集装置6进行炭粉收集处理，得到第四混合气及粉状炭。炭粉收集装置6采用金属过滤器，第四混合气的温度为450℃。将第四混合气送入锅炉装置7中进行锅炉燃烧处理，得到第一蒸汽、第一烟气及第二烟气。锅炉装置7设置有对流管束，对流管束用于将软水换热得到第一蒸汽。第一蒸汽的温度为250℃。将第一烟气作为流化床炭化处理的热源使用。将第一蒸汽进行第二换热处理，得到第二导热油及第二蒸汽。第二换热器8为管式换热器，第一蒸汽走所述第二换热器8的壳程，所述第一导热油走所述第二换热器8的管程。第二蒸汽的温度为400℃。将大颗粒炭、小颗粒炭及粉状炭通入分段活化炉9中进行分段活化处理，得到大颗粒活性炭、小颗粒活性炭、粉状活性炭及废气。分段活化炉9为回转式活化炉，回转式活化炉共分为三段，具体为前段、中段和后段。回转式活化炉设置有打散装置94，打散装置94的转速为300r/min。回转式活化炉的内壁设置有扬料板98。以前段、中段和后段的总长度为100％计，其中，前段的长度为10％，中段的长度为30％，后段的长度为60％。大颗粒炭的粒径范围为10～40mm，小颗粒炭的粒径范围为5～10mm，粉状炭的粒径小于1mm。大颗粒活性炭的粒径范围为10～40mm，小颗粒活性炭的粒径范围为5～10mm，粉状活性炭的粒径小于1mm。将第二蒸汽与第二烟气共同作为分段活化处理的活化剂使用，得到废气。第一烟气与第二烟气为锅炉燃烧处理得到的总烟气，以总烟气体积百分比100％计，第一烟气的体积百分比为50％，第二烟气的体积百分比为50％。第一烟气的温度为800℃，第二烟气的温度为800℃。将废气进行净化处理，得到达标烟气。净化处理装置10包括布袋除尘器及吸附塔，废气的温度为200℃。以大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭的总重量为100％计，采用本发明所述的***和方法，得到的大颗粒活性炭的重量比为60％，小颗粒活性炭的重量比为25％，粉状活性炭的重量比为15％。得到的大颗粒活性炭的碘吸附值为700mg/g，小颗粒活性炭的碘吸附值为900mg/g，粉状活性炭的碘吸附值为1100mg/g，整个***得到的活性炭产品产率高、碘吸附值高、形态多样、适应不同客户需求，具有较好的环保效益和经济效益，适合产业化推广应用。
实施例2：
利用生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***对国内海南的椰壳进行处理，其工业分析、元素分析如表2所示，一种生物质流化床炭化耦合分段活化制备多形态活性炭的方法如图2所示，所用***的结构示意图如图1所示。具体处理流程如下：
表2椰壳工业分析及元素分析(空气干燥基)
将椰壳作为第一生物质，木屑原料的原始含水率为38％，热值为4735kcal/kg、灰分为0.6％、粒径范围在70～170mm。将第一生物质送入预处理装置1中进行预处理，得到第二生物质。预处理装置1包括干化装置和破碎装置，预处理后得到的第二生物质的含水率为7.3％，粒径范围为5～30mm。将第二生物质与添加剂共同送入混合进料装置2中进行混合进料处理，得到第三生物质。混合进料装置2中设置有搅拌轴，搅拌轴的转速为300r/min。采用浓度为6％的NaOH液体溶剂作为添加剂，以第二生物质和添加剂的总重量为100％计，添加剂的添加重量占比为5％。将第三生物质送入流化床炭化炉3中进行流化床炭化处理，得到大颗粒炭及第一混合气。流化床炭化炉3采用鼓泡流化床，由炉膛、浇注料和布风装置构成，其中浇注料设置在炉膛的内侧，浇注料共分为两层，内层为200mm厚的耐磨浇注料，外层为120mm厚的保温浇注料，布风装置设置有锥形风帽。流化床炭化处理的温度为600℃，流化速度为1m/s，得到的第一混合气的温度为600℃。将第一混合气通入旋风分离器4中进行旋风分离处理，得到第二混合气及小颗粒炭。旋风分离器4的内部设置有两层浇注料，内层为150mm厚的耐磨耐火浇注料，外层为130mm厚的保温浇注料。第二混合气的温度为590℃。将第二混合气通入第一换热器5中进行第一换热处理，得到第三混合气及第一导热油。第一换热器5为管式换热器，第二混合气走管式换热器的管程，第二导热油走管式换热器的壳程。第三混合气的温度为500℃，第一导热油的温度为500℃，第二导热油的温度为450℃。将第三混合气送入炭粉收集装置6进行炭粉收集处理，得到第四混合气及粉状炭。炭粉收集装置6采用金属过滤器，第四混合气的温度为420℃。将第四混合气送入锅炉装置7中进行锅炉燃烧处理，得到第一蒸汽、第一烟气及第二烟气。锅炉装置7设置有对流管束，对流管束用于将软水换热得到第一蒸汽。第一蒸汽的温度为200℃。将第一烟气作为流化床炭化处理的热源使用。将第一蒸汽进行第二换热处理，得到第二导热油及第二蒸汽。第二换热器8为管式换热器，第一蒸汽走所述第二换热器8的壳程，所述第一导热油走所述第二换热器8的管程。第二蒸汽的温度为300℃。将大颗粒炭、小颗粒炭及粉状炭通入分段活化炉9中进行分段活化处理，得到大颗粒活性炭、小颗粒活性炭、粉状活性炭及废气。分段活化炉9为回转式活化炉，回转式活化炉共分为三段，具体为前段、中段和后段。回转式活化炉设置有打散装置94，打散装置94的转速为150r/min。回转式活化炉的内壁设置有扬料板98。以前段、中段和后段的总长度为100％计，其中，前段的长度为10％，中段的长度为20％，后段的长度为70％。大颗粒炭的粒径范围为20～50mm，小颗粒炭的粒径范围为3～10mm，粉状炭的粒径小于1mm。大颗粒活性炭的粒径范围为20～50mm，小颗粒活性炭的粒径范围为3～10mm，粉状活性炭的粒径小于1mm。将第二蒸汽与第二烟气共同作为分段活化处理的活化剂使用，得到废气。第一烟气与第二烟气为锅炉燃烧处理得到的总烟气，以总烟气体积百分比100％计，第一烟气的体积百分比为30％，第二烟气的体积百分比为70％。第一烟气的温度为1000℃，第二烟气的温度为1000℃。将废气进行净化处理，得到达标烟气。净化处理装置10包括旋风分离器、布袋除尘器及冷却塔，废气的温度为400℃。以大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭的总重量为100％计，采用本发明所述的***和方法，得到的大颗粒活性炭的重量比为50％，小颗粒活性炭的重量比为30％，粉状活性炭的重量比为20％。得到的大颗粒活性炭的碘吸附值为850mg/g，小颗粒活性炭的碘吸附值为1050mg/g，粉状活性炭的碘吸附值为1300mg/g，整个***得到的活性炭产品产率高、碘吸附值高、形态多样、适应不同客户需求，具有较好的环保效益和经济效益，适合产业化推广应用。
实施例3：
利用生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***对某地的木屑进行处理，其工业分析、元素分析如表3所示，一种生物质流化床炭化耦合分段活化制备多形态活性炭的方法如图2所示，所用***的结构示意图如图1所示。具体处理流程如下：
表3木屑工业分析及元素分析(空气干燥基)
将木屑作为第一生物质，木屑原料的原始含水率为27％，热值为4267kcal/kg、灰分为1.6％、粒径范围在1～10mm。将第一生物质送入预处理装置1中进行预处理，得到第二生物质。预处理装置1包括破碎装置和压块成型装置，预处理后得到的第二生物质的含水率为27％，粒径范围为25～50mm。将第二生物质与添加剂共同送入混合进料装置2中进行混合进料处理，得到第三生物质。混合进料装置2中设置有搅拌轴，搅拌轴的转速为50r/min。采用浓度为10％的KOH液体溶剂作为添加剂，以第二生物质和添加剂的总重量为100％计，添加剂的添加重量占比为1％。将第三生物质送入流化床炭化炉3中进行流化床炭化处理，得到大颗粒炭及第一混合气。流化床炭化炉3采用鼓泡流化床，由炉膛、浇注料和布风装置构成，其中浇注料设置在炉膛的内侧，浇注料共分为两层，内层为260mm厚的耐磨浇注料，外层为80mm厚的保温浇注料，布风装置设置有筒形风帽。流化床炭化处理的温度为500℃，流化速度为5m/s，得到的第一混合气的温度为500℃。将第一混合气通入旋风分离器4中进行旋风分离处理，得到第二混合气及小颗粒炭。旋风分离器4的内部设置有两层浇注料，内层为100mm厚的耐磨耐火浇注料，外层为200mm厚的保温浇注料。第二混合气的温度为490℃。将第二混合气通入第一换热器5中进行第一换热处理，得到第三混合气及第一导热油。第一换热器5为管式换热器，第二混合气走管式换热器的管程，第二导热油走管式换热器的壳程。第三混合气的温度为450℃，第一导热油的温度为450℃，第二导热油的温度为400℃。将第三混合气送入炭粉收集装置6进行炭粉收集处理，得到第四混合气及粉状炭。炭粉收集装置6采用金属过滤器，第四混合气的温度为400℃。将第四混合气送入锅炉装置7中进行锅炉燃烧处理，得到第一蒸汽、第一烟气及第二烟气。锅炉装置7设置有对流管束，对流管束用于将软水换热得到第一蒸汽。第一蒸汽的温度为150℃。将第一烟气作为流化床炭化处理的热源使用。将第一蒸汽进行第二换热处理，得到第二导热油及第二蒸汽。第二换热器8为管式换热器，第一蒸汽走所述第二换热器8的壳程，所述第一导热油走所述第二换热器8的管程。第二蒸汽的温度为250℃。将大颗粒炭、小颗粒炭及粉状炭通入分段活化炉9中进行分段活化处理，得到大颗粒活性炭、小颗粒活性炭、粉状活性炭及废气。分段活化炉9为回转式活化炉，回转式活化炉共分为三段，具体为前段、中段和后段。回转式活化炉设置有打散装置94，打散装置94的转速为60r/min。回转式活化炉的内壁设置有扬料板98。以前段、中段和后段的总长度为100％计，其中，前段的长度为20％，中段的长度为30％，后段的长度为50％。大颗粒炭的粒径范围为30～50mm，小颗粒炭的粒径范围为5～10mm，粉状炭的粒径小于1mm。大颗粒活性炭的粒径范围为30～50mm，小颗粒活性炭的粒径范围为5～10mm，粉状活性炭的粒径小于1mm。将第二蒸汽与第二烟气共同作为分段活化处理的活化剂使用，得到废气。第一烟气与第二烟气为锅炉燃烧处理得到的总烟气，以总烟气体积百分比100％计，第一烟气的体积百分比为30％，第二烟气的体积百分比为70％。第一烟气的温度为1000℃，第二烟气的温度为1000℃。将废气进行净化处理，得到达标烟气。净化处理装置10包括旋风分离器、布袋除尘器及冷却塔，废气的温度为400℃。以大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭的总重量为100％计，采用本发明所述的***和方法，得到的大颗粒活性炭的重量比为55％，小颗粒活性炭的重量比为35％，粉状活性炭的重量比为10％。得到的大颗粒活性炭的碘吸附值为600mg/g，小颗粒活性炭的碘吸附值为750mg/g，粉状活性炭的碘吸附值为900mg/g，整个***得到的活性炭产品产率高、碘吸附值高、形态多样、适应不同客户需求，具有较好的环保效益和经济效益，适合产业化推广应用。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，其特征在于：包括预处理装置(1)、混合进料装置(2)、流化床炭化炉(3)、旋风分离器(4)、炭粉收集装置(6)、锅炉装置(7)、分段活化炉(9)及净化处理装置(10)，所述预处理装置(1)输入未处理的第一生物质，所述混合进料装置(2)连接所述预处理装置(1)输入第二生物质并通过添加剂入口输入化学活化的添加剂，所述流化床炭化炉(3)连接所述混合进料装置(2)输入第三生物质，所述旋风分离器(4)连接所述流化床炭化炉(3)的第一混合气出口，所述旋风分离器(4)向所述炭粉收集装置(6)输送分离后的混合气，所述锅炉装置(7)的气体入口连接所述炭粉收集装置(6)输入混合气，所述锅炉装置(7)还通过软水入口和助燃空气入口输入软水和助燃空气，所述锅炉装置(7)向所述流化床炭化炉(3)输入第一烟气用于加热，所述锅炉装置(7)向所述分段活化炉(9)输送产生的第二蒸汽和第二烟气，所述分段活化炉(9)分为大颗粒炭活化段(91)、小颗粒炭活化段(92)和粉状炭活化段(93)，第二蒸汽和第二烟气通过所述粉状炭活化段(93)、所述小颗粒炭活化段(92)和所述大颗粒炭活化段(91)后，废气从所述分段活化炉(9)的废气出口(95)输出到所述净化处理装置(10)，所述大颗粒炭活化段(91)连接流化床炭化炉(3)输入大颗粒炭，所述小颗粒炭活化段(92)连接所述旋风分离器(4)输入小颗粒炭，所述粉状炭活化段(93)连接所述炭粉收集装置(6)输入粉状炭，所述大颗粒炭活化段(91)、小颗粒炭活化段(92)和粉状炭活化段(93)分别输出大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭。
2.根据权利要求1所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，其特征在于：所述***还包括导热油换热***，所述导热油换热***包括第一换热器(5)和第二换热器(8)，所述第一换热器(5)和所述第二换热器(8)通过导热油管路连接输送导热油，所述第一换热器(5)连接在所述旋风分离器(4)和所述炭粉收集装置(6)之间，所述第一换热器(5)输入第二混合气并让第二混合气与导热油换热，所述第二换热器(8)连接在锅炉装置(7)和分段活化炉(9)之间，所述第二换热器(8)输入锅炉装置(7)排出的第一蒸汽并让第一蒸汽与导热油换热。
3.根据权利要求2所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，其特征在于：所述第一换热器(5)具有第二混合气入口、第二导热油入口、第三混合气出口及第一导热油出口，所述第一换热器(5)的第二混合气入口与所述旋风分离器(4)的第二混合气出口相连，所述第一换热器(5)为管式换热器，所述第二混合气走所述第一换热器(5)的管程，所述第二导热油走所述第一换热器(5)的壳程。
4.根据权利要求3所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，其特征在于：所述第二换热器(8)具有第一导热油入口、第一蒸汽入口、第二导热油出口、第二蒸汽出口。所述第二换热器(8)的第一导热油入口与所述第一换热器(5)的第一导热油出口相连，所述第二换热器(8)的第二导热油出口与所述第一换热器(5)的第二导热油入口相连，所述第二换热器(8)的第一蒸汽入口与所述锅炉装置(7)的第一蒸汽出口相连；所述第二换热器(8)为管式换热器，所述第一蒸汽走所述第二换热器(8)的壳程，所述第一导热油走所述第二换热器(8)的管程。
5.根据权利要求4所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，其特征在于：所述分段活化炉(9)采用回转式活化炉，具有第二蒸汽入口(96)、第二烟气入口(97)和废气出口(95)，所述第二蒸汽入口(96)和所述第二烟气入口(97)设于所述分段活化炉(9)一端，而废气出口(95)设于所述分段活化炉(9)另一端，所述分段活化炉(9)沿长度方向依次分为大颗粒炭活化段(91)、小颗粒炭活化段(92)和粉状炭活化段(93)，所述大颗粒炭活化段(91)设有大颗粒炭入口和大颗粒活性炭出口，所述小颗粒炭活化段(92)设有小颗粒炭入口和小颗粒活性炭出口，所述粉状炭活化段(93)设有粉状炭入口和粉状活性炭出口。
6.根据权利要求5所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，其特征在于：所述分段活化炉(9)中，以大颗粒炭活化段(91)、小颗粒炭活化段(92)和粉状炭活化段(93)三段的总长度为100％，则大颗粒炭活化段(91)的长度在总长度中占比为50～70％，小颗粒炭活化段(92)的长度在总长度中占比为20～30％，粉状炭活化段(93)的长度在总长度中占比为10～20％。
7.根据权利要求6所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，其特征在于：所述流化床炭化炉(3)采用鼓泡流化床，鼓泡流化床包括炉膛、浇注料和布风装置，所述浇注料设置在炉膛的内侧，所述浇注料分为耐磨浇注料和保温浇注料，耐磨浇注料设置在内层，厚度范围为140～260mm，所述保温浇注料设置在外层，厚度范围为80～180mm，所述布风装置上设置有风帽。
8.生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的方法，其特征在于：应用根据权利要求1-7中任一所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的***，并包括下列步骤：
一、基于输入的第一生物质的含水率和粒径对第一生物质进行预处理，得到含水率≤30％且粒径范围控制在5～50mm的第二生物质；
二、将第二生物质与有化学活化作用的添加剂混合为第三生物质输送到流化床炭化炉(3)；
三、通过流化床炭化炉(3)对第三生物质进行炭化，并输出大颗粒炭和第一混合气，所述流化床炭化炉(3)以锅炉装置(7)产生的第一烟气作为热源；
四、将流化床炭化炉(3)产生的第一混合气，依次通过旋风分离器(4)、导热油换热***和炭粉收集装置(6)进行分离处理，产生的第四混合气输入锅炉装置(7)进行燃烧；
五、锅炉装置(7)输入第四混合气进行燃烧输出第一蒸汽、第一烟气和第二烟气，第一烟气输出到流化床炭化炉(3)用于加热，第一蒸汽经导热油换热***换热回收第二混合气的热量后形成第二蒸汽；
六、第二蒸汽和第二烟气输入到分段活化炉(9)中作为活化剂，所述分段活化炉(9)中的大颗粒炭活化段(91)、小颗粒炭活化段(92)和粉状炭活化段(93)分别从所述流化床炭化炉(3)、所述旋风分离器(4)和所述炭粉收集装置(6)分别输入对应的大颗粒炭、小颗粒炭和粉状炭进行活化，并分别输出相应的大颗粒活性炭、小颗粒活性炭和粉状活性炭；
七、分段活化炉(9)产生的废气输入净化处理装置(10)处理后排出。
9.根据权利要求8所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的方法，其特征在于：所述流化床炭化炉(3)炭化处理的温度范围为500～700℃，所述流化床炭化炉(3)炭化处理的流化速度范围为1～5m/s，所述锅炉燃烧处理得到总烟气，以所述总烟气体积百分比100％计，将第一烟气的体积百分比控制在30～60％，将第二烟气的体积百分比控制在40～70％，将第一烟气和第二烟气的温度范围控制在800～1000℃；所述分段活化炉(9)中的打散装置(94)的转速范围在60～300r/min，大颗粒炭的粒径范围为10～50mm，小颗粒炭的粒径范围为l～10mm，粉状炭的粒径小于1mm。
10.根据权利要求8所述的生物质流化床炭化耦合分段活化制备活性炭的方法，其特征在于：第一混合气经旋风分离器(4)处理后得到第二混合气，第二混合气经导热油换热***换热后输出第三混合气，第三混合气经炭粉收集装置(6)收集粉状炭后输出第四混合气到所述锅炉装置(7)；所述第一换热器(5)在第二混合气和所述第二导热油之间换热，所述第一混合气的温度范围为500～700℃，所述第二混合气的温度范围为490～690℃，所述第三混合气的温度范围为450～500℃，所述第四混合气的温度范围为400～450℃。所述第一导热油的温度范围为450～500℃，所述第二导热油的温度范围为400～450℃；所述第二换热器(8)在所述第一蒸汽和所述第一导热油之间换热，将第一蒸汽的温度范围控制在150～250℃，将第二蒸汽的温度范围控制在250℃～400℃。
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