生物质双流化床制取活性炭的装置

摘要

本发明属于应用气固流态化技术生产活性炭的技术领域范围，涉及一种循环流化床热解和鼓泡流化床二氧化碳活化的耦合流化床颗粒活性炭生产装置，特别是一种适合以农作物秸秆、锯末、城市污水污泥为原料的生物质双流化床制取活性炭的装置，主体结构由循环流化床主体、旋风分离器、鼓泡流化床、活性炭活化流化床等器件经过原理可靠性组合构成循环流化床热解，鼓泡流化床活化的双流化床生物质颗粒活性炭制备系统，按功能分为生物质裂解循环流化、分隔分布板式鼓泡流化、档板活性炭活化流化、燃气换热、气液分离五个功能部分；其结构原理新颖可靠，操作使用方便灵活，制备的活性炭品质好，节约能源。

权利要求

1.一种生物质双流化床制取活性炭的装置，主体包括天然气进口、循环流化床预分布器、循环流化床分布板、生物质进口、循环流化床主体、循环流化床水平连接管、旋风分离器、分隔式气体分布板鼓泡流化床、分隔式气体分布板隔板、分隔式气体分布板、热解焦炭下料管、热解焦炭和石英砂混合物循环下料管、风帽式气体分布板鼓泡流化床、风帽式气体分布板鼓泡流化床气体出口、风帽式气体分布板鼓泡流化床挡板、倾斜气体分布板、风帽式气体分布板鼓泡流化床气体预分布器、二氧化碳气体进口、燃气和油品换热器、气液分离器、燃气控制阀、液体燃油存储室和燃气出口，各器件组合构成双流化床生物质颗粒活性炭制备系统，其中循环流化床热解、风帽式气体分布板鼓泡流化床活化，其特征在于循环流化床主体上部出口同旋风分离器连接，循环流化床的高径比为12-16.1；旋风分离器下部固定连接分隔式气体分布板鼓泡流化床；矩形结构的分隔式气体分布板鼓泡流化床布置有分隔式气体分布板，其左侧开孔率为2.5％-4.5％，右侧开孔率为0.8％-2.5％；分隔式气体分布板鼓泡流化床的分隔式气体分布板隔板为矩形；风帽式气体分布板鼓泡流化床置于分隔式气体分布板鼓泡流化床的右下方；旋风分离器气体出口连接燃气和油品换热器，冷却后的燃气进入气液分离器，实现气体和生物油的分离；循环流化床分布板为多孔分布板，开孔直径为1-1.5mm，开孔率为2.1％-4.0％；旋风分离器安装在循环流化床主体的右侧通过水平直管连接；分隔式气体分布板鼓泡流化床安装在旋风分离器的下方，分隔式气体分布板隔板将分隔式气体分布板鼓泡流化床和气体预分布室及其分隔式气体分布板分成左右两个具有不同开孔率和功能的区域，左侧区域用于石英砂和生物质焦炭的分离，右侧区域用于生物质焦炭的缓冲存储及其改性；热解焦炭和石英砂混合物循环下料管连接分隔式气体分布板鼓泡流化床和循环流化床主体；风帽式气体分布板鼓泡流化床制有倾斜气体分布板，挡板固定于倾斜气体分布板的上方；燃气和油品换热器连通置于旋风分离器的上方，冷却的燃气冷凝成生物油，经过气液分离器分离为燃料油和燃气，分别进入液体燃油存储室和燃气出口。

说明书

技术领域：

本发明属于应用气固流态化技术生产活性炭的技术领域范围，涉及一种循环流化床热解和鼓泡流化床二氧化碳活化的耦合流化床颗粒活性炭生产装置，特别是一种适合以农作物秸秆、锯末、城市污水污泥为原料的生物质双流化床制取活性炭的装置。

背景技术：

活性炭具有较强的吸附性和催化性能，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，是一种环境友好的吸附剂。活性炭广泛应用于食品加工、环境保护、化工、医药和能源等领域。我国2003年活性炭产量达到22万t/a左右，超过美国，居世界第一位，是活性炭生产和出口大国。煤质活性炭是产量最大的颗粒炭制品，其制造工艺分为两类：一是将原煤破碎到一定粒度后，直接炭化、活化制成颗粒状产品；另一类是将煤粉与外加粘合剂混合成型后，经炭化、活化制成颗粒活性炭。成型法制造煤质颗粒活性炭的生产工艺可分成两种：一种是湿法成型工艺；另一种是压块工艺。煤质活性炭的吸附性能与煤的产地以及种类密切相关，使得煤制颗粒活性炭的市场受到很大制约。我国是农业大国，生物质资源极为丰富，仅农村可供利用的秸秆每年高达7亿吨。我国2001年玉米产量就达6.1亿吨，玉米芯的产量高达1亿吨。农业废弃物作为可再生资源，来源丰富，因具有高的含碳量(通常在45％以上)和低的灰分及硫含量(灰分含量一般在5％以内，不含硫或微含硫)而成为制备炭材料的优质原料；用农业废弃物制取活性炭，不仅使农业废弃物资源化，也解决了植物秸秆污染问题。

活性炭主要有粉状、颗粒装和成型式三种类型，根据活性炭材料的发展趋势，活性炭材料逐渐从粉状向颗粒状和成型产品的转变。目前，我国使用的高质量的颗粒活性炭需要大量进口。我国现有生产颗粒活性炭技术和设备大多利用生物质在固定床反应器中间歇热解，然后再进行间歇活化操作，无法进行连续生产，颗粒活性炭的质量难以保证。而且，生物质在固定床反应器中间歇热解产生的燃气热值低，无法满足工业应用。所以，研究应用生物质原料生产活性炭的技术与设备是具有科学和社会价值的，也有许多技术难点等待解决。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计一种利用小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯等典型的生物质为原料，通过流化床技术炭化、CO2活化制备颗粒活性炭，实现高热值燃气、活性炭和液体燃料的联产，并形成一种生产装置系统。

为了实现上述目的，本发明提供的生物质循环流化床热解、鼓泡流化床二氧化碳活化制备颗粒活性炭的装置，可以连续生产高质量颗粒活性炭，利用生物质连续炭化、活化制取活性炭，通过生物质和石英砂连续在循环流化床中炭化，满足焦炭在倾斜分布板鼓泡流化床中较长停留时间，进而控制颗粒活性炭的粒度及其孔隙分布。本发明装置的结构主体主要包括天然气进口、循环流化床预分布器、循环流化床分布板、生物质进口、循环流化床主体、循环流化床水平连接管、旋风分离器、分隔式气体分布板鼓泡流化床、分隔式气体分布板隔板、分隔式气体分布板、热解焦炭下料管、热解焦炭和石英砂混合物循环下料管、鼓泡流化床、活性炭活化流化床气体出口、鼓泡流化床挡板、倾斜气体分布板、鼓泡流化床气体预分布器、二氧化碳气体进口、燃气和油品换热器、气液分离器、燃气控制阀、液体燃油存储室和燃气出口。各器件或构件经过原理可靠性组合构成循环流化床热解，鼓泡流化床活化的双流化床生物质颗粒活性炭制备系统。循环流化床主体上部出口同旋风分离器连接，循环流化床的高径比为12-16.1；旋风分离器下部固定连接分隔式分布板鼓泡流化床；矩形结构的分隔分布板式鼓泡流化床布置有分隔式气体分布板，左侧开孔率为2.5％-4.5％，在高气速下操作，有利于裂解焦炭和石英砂的有效分离；分隔式气体分布板右侧开孔率为0.8％-2.5％；鼓泡流化床分布板隔板为矩形以实现裂解炭和石英砂的分离；风帽式气体分布板活性炭活化流化床置于分隔分布板式鼓泡流化床的右下方；旋风分离器气体出口连接换热器，冷却后的燃气进入气液分离器，进而实现气体和生物油的分离；循环流化床分布板为多孔分布板，开孔直径为1-1.5mm，开孔率为2.1％-4.0％，开孔直径和开孔率减小了热解焦炭在分布板区域的磨碎；旋风分离器安装在循环流化床主体的右侧通过水平直管连接，减小了热解焦炭在直管内的磨碎；分隔式气体分布板鼓泡流化床安装在旋风分离器的下方，气体分布板隔板将鼓泡流化床和气体预分布室及其气体分布板分成左右两个具有不同开孔率和功能的区域；左侧区域用于石英砂和生物质焦炭的分离，右侧区域用于生物质焦炭的缓冲存储及其改性；下料管连接鼓泡流化床和循环流化床主体，用于热解焦炭和石英沙混合物的循环；热解焦炭下料管连接鼓泡流化床以及改性鼓泡流化床；鼓泡流化床制成倾斜式风帽分布板，挡板固定于倾斜气体分布板的上方，保证了生物焦炭的足够活化时间，减少了活性炭的磨损；燃气和油品换热器连通制于旋风分离器的上方，冷却的燃气冷凝成生物油，经过气液分离器分离为燃料油和燃气，并分别进入液体燃油存储室和燃气出口。

本发明的装置按功能结构分为生物质裂解循环流化床、分隔分布板式鼓泡流化床、档板活性炭活化流化床、燃气换热器、气液分离器五个功能部分；生物质裂解循环流化床热解气氛采用天然气，天然气热解过程生成的碳源调节生物质裂解焦炭的孔隙结构及其分布；分隔分布板式鼓泡流化床的结构为分隔式气体分布板，两侧分布板采用了不同的开孔率；分隔式气体分布板预分布室分为两室控制，左侧通入天然气，实现石英砂与生物焦炭的分离；右侧通入少量空气，实现生物活性炭的改性和流化；为了保证石英砂与生物焦炭的有效分离，分布板隔板高度与流化床直径比在0.8-1.6之间；活性炭活化流化床制成倾斜式气体分布板结构，分布板的倾角在8-26°之间，减少活性炭在活性炭活化流化床内的磨损；活性炭活化流化床上方焊接有档板，档板下方距分布板的距离与活性炭活化流化床直径比值为0.3D-0.45D，档板的高度为1.5D-2.3D；控制活性炭在孔口的流速，从而保证活性炭在活性炭活化流化床内的停留时间；天然气作为热解气体介质，热解后的燃气具有较高热值，具有工业应用价值；冷却后的燃气进入气液分离器，进而实现气体和生物油的分离。

本发明与现有技术相比，其结构原理新颖可靠，操作使用方便灵活，制备的活性炭品质好，节约能源。

附图说明：

图1为本发明装置结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施时的实施例，其装置结构主体包括天然气进口1，循环流化床预分布器2，循环流化床分布板3，生物质进口4，循环流化床主体5，循环流化床水平连接管6，旋风分离器7，分隔式气体分布板鼓泡流化床8，分隔式气体分布板隔板9，分隔式气体分布板10，热解焦炭下料管11，热解焦炭和石英沙混合物循环下料管12，活性炭活化流化床13，鼓泡流化床气体出口14，鼓泡流化床挡板15，倾斜气体分布板16，鼓泡流化床气体预分布器17，二氧化碳气体进口18，燃气和油品换热器19，气液分离器20，燃气控制阀21，液体燃油存储室22，燃气出口23。各器件或构件经过原理可靠性组合构成循环流化床热解，鼓泡流化床活化的双流化床生物质颗粒活性炭制备系统。循环流化床分布板3为多孔分布板，开孔直径在1-1.5mm，开孔率在2.1％-4.0％，开孔直径和开孔率减小了热解焦炭在分布板区域的磨碎。旋风分离器7安装在循环流化床主体5的右侧，二者通过水平直管连接，减小了热解焦炭在直管内的磨碎。分隔式气体分布板鼓泡流化床8安装在旋风分离器7的下方，气体分布板隔板9将流化床8和气体预分布室及其气体分布板10分成两个区域，两个区域具有不同的开孔率和功能；气体分布板隔板9左侧区域用于石英砂和生物质焦炭的分离，右侧区域用于生物质焦炭的缓冲存储及其改性；下料管12连接鼓泡流化床8和循环流化床主体5，用于热解焦炭和石英沙混合物的循环；热解焦炭下料管11连接鼓泡流化床8和活性炭活化流化床13；活性炭活化流化床13制成倾斜式风帽分布板16，挡板15置于倾斜气体分布板16的上方，保证了生物焦炭的足够活化时间，减少了活性炭的磨损；燃气和油品换热器19置于旋风分离器7的上方，冷却的燃气冷凝成生物油，经过气液分离器20后分离为燃料油和燃气，并分别进入液体燃油存储室22和燃气出口23。

本发明实施例的循环流化床主体5的高径比为15，保证生物质焦炭在循环流化床主体5内的停留时间；循环流化床分布板3为开孔直径为1-1.5mm，开孔率为3％，减少生物质焦炭在分布板区域的磨损；生物质在循环流化床主体5中的炭化温度为540℃，炭化时间为100分钟；鼓泡流化床8采用分隔式气体分布板，两个区域具有的开孔率分别为3％和2％，分隔式气体分布板的高度与流化床主体5直径比为1.2，保证石英砂与生物焦炭的有效分离；活性炭活化流化床13采用倾斜式气体分布板，分布板的倾角为8-26°，减少活性炭在流化床内的磨损，上方焊接固定制有一档板，档板下方距分布板的距离与流化床直径比值为0.4D，档板的高度为2D；生物质裂解炭在倾斜分布板活性炭活化流化床13中活化温度为950℃，活化时间为85分钟；  控制活性炭在孔口的流速，从而保证活性炭在流化床内的停留时间和生物质活性炭的质量；采用天然气作为热解气体介质，热解后的燃气具有较高热值，具有工业应用价值；冷却后的燃气进入气液分离器20，进而实现气体和生物油的分离，系统富产燃气和生物油，提高了系统的经济性。

本实施例涉及一种生物质双流化床制取活性炭的系统装置，以生物质(玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、玉米芯等)为原料，在循环流化床主体5中热解生物质制取焦炭，通过分隔式气体分布板有效分离石英砂和焦炭，分离后的焦炭在倾斜式鼓泡流化床和活性炭活化流化床中进行活化，在足够的停留时间下制得0.1mm-3mm粒度的活性炭，各种质量指标优良。