一种制备活性炭的系统、装置和方法 【技术领域】
本发明涉及一种活性炭的制备工艺，特别涉及一种制备活性炭的系统、装置和方法。
背景技术
活性炭是一种表面积大、吸附能力强、环保、无毒害的优良吸附材料，广泛应用于空气净化、除臭、防腐、水处理、溶液脱色、化工催化、化学分析等领域。活性炭的出现，则使活性炭更方便的发挥其在日常生活、医疗卫生、工业等领域上的吸附和过滤功能。
在国际通行的活性炭生产工艺中，通常采用化学活化法和物理活化法两种方法进行活性炭的制作。化学活化法在制备活性炭的过程中，要排放大量的含酸尾气和含酸废水，对周围的环境影响极大。物理活化法是把含炭材料在常温下炭化，然后用氧化性气体如水蒸气、二氧化碳气、氧气或者几种氧化性气体的混合气体作为活化剂在700-1000℃高温条件下与碳发生氧化反应，制备活性炭。
现有物理活化法制备活性炭存在一下几个问题，(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，外加能量的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％。
现在制备活性炭的工艺中，炭化、活化过程都是在独立的装置中进行的，并且在制备过程中，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。
【发明内容】
本发明给出了一种制备活性炭的系统、装置和方法，在制备活性炭的过程中，采用了微波加热式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉，是制备过程更简洁，能源利用更充分，固体炭的回收率更高。
本发明采用的技术方案是：一种制备活性炭的生产系统，该系统包括：将预处理的物料进行热解处理的热解处理分系统、将初级炭化产品进一步分选、脱水处理的活性炭精加工系统，本系统中采用了微波加热、密闭低温热解工艺的炭化、活化一体炉作为热解处理分系统的主体设备，物料在热解炉室中裂解，裂解后的炭化固留物进入活化室加工为初级活性炭产品，再转入活性炭精加工分系统，为热解处理分系统配套设置的包括炭化、活化一体炉环境气氛保障系统和气态生成物的循环利用系统。
一种与制备活性炭的系统配套应用的微波加热式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉，结构中包括位于顶部的滑动密封盖板和热解炉体两部分，热解炉体结构中包括采用了微波热源的正压、氮气气氛、密封结构的热解炉室、以及热解炉室下方的的活化室三部分，热解炉室顶部的滑动密封盖板上设置镶嵌式密封材料的倒V型槽轨道、与热解炉体上端设置的配套的倒V型槽轨道形成滑动密封式摩擦副，炭化尾气出口、防辐射底盘分别设置在顶部盖板上和下方，结构中包括壳体式机架，由密封隔板II和配套设置在壳体上的弹性密封材料将炉体内空间分隔成热解炉室、活化室。
一种制备活性炭的方法，步骤中包括对含炭原料的预处理、炭化、活化、分级和烘干，该方法所述的炭化、活化过程是在微波加热式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉内进行的。
本发明的有益效果是：本发明在活性炭的生成过程中，采用微波、密闭、氮气气氛下加热，使物料受热均匀，热辐射面积大，升温速度快。在炭化过程中的物料升温阶段，物料残余水分首先蒸发，水蒸气不参与炭化过程反应，固体炭的回收率高。活性炭活化过程采用热解、活化工序自产的水蒸气及二氧化碳为活化剂，在活性炭烘干工序充分利用热解气降温所产生的余热做热源，实现加工过程的物料及能量的封闭循环。物料的热解、炭化、活化在一个装置内完成，使操作过程更简洁，可靠性强。
【附图说明】
图1本发明系统结构方框图。
图2本发明系统装置连接图。
图3微波加热式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉正面结构示意图。
图4微波加热式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉侧面结构示意图。
其中，A为热解处理分系统，B为活性炭精加工系统，C为循环利用系统，D为保障系统，A1为热解炉室，A2为活化室，B1为活性炭分类装置，B2为离心机，B3为活性炭烘干机，B4为活性炭收集装置，C1为空气分离装置，C2为二氧化碳吸收塔，C3为纤维过滤塔，C4为电热式蒸汽过热器，C5为纤维塔，C6为空气换热器，C7为二氧化碳收集装置，D1活化室气体供给系统，D2为密闭氮气供给系统，1为机架，2，物料反应固定床，3为摩擦副，4为微波辐射墙，5微波墙能源控制线路接口，6为顶部盖板，7为炭化尾气出口，8物料压缩板，9为密封隔板I，10为氮气输入管道，11为丝杠螺母副I，12为料床转动支座，13为温度传感器，14为料盘转动驱动液压杆，15为气体压力传感器，16为固体料床托盘，17为丝杠螺母副II，18为防辐射底盘，19为水蒸气气体进口，20为密封隔板II，21为活化仓，22为二氧化碳气体进口，23为炭焦缓冲漏斗，24为管式闭风螺旋输送机，25为混合气体出口，26为仓体保温层，27为星形给料机。
【具体实施方式】
本发明采用一种微波加热物理活化法制备活性炭。参看附图1，本发明采用的技术方案是：
一种制备活性炭的生产系统，该系统包括：将预处理的物料进行热解处理的热解处理分系统A、将初级炭化产品进一步分选、脱水处理地活性炭精加工系统B，本系统中采用了微波加热式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉作为热解处理分系统A的主体设备，物料在热解炉室A1中裂解，裂解后的炭化固留物进入活化室A2加工为初级活性炭产品，再转入活性炭精加工分系统B，为热解处理分系统A配套设置的包括炭化、活化一体炉环境气氛保障系统D和气态生成物的循环利用系统C。
本发明实施例的技术方案中，热解处理分系统A中的热解炉室A1实现对物料的低温热解，环境温度为不高于450℃，氮气气氛；热解处理分系统A中的活化室A2中对活性炭的活化过程中采用二氧化碳和水蒸气作为活化剂。
本发明实施例的技术方案中，热解处理分系统A中的热解炉室A1中排出的水蒸气、二氧化碳气体、氮气进入循环利用系统C，由空气分离装置C1进行分离、将分离出的氮气引入到炭化、活化一体炉环境气氛保障系统D中的密闭氮气供给系统D2中，继续作为裂解保护气体回输到热解处理分系统A；热解处理分系统A中的活化室A2中排出的水蒸气、二氧化碳气体进入循环利用系统C、由二氧化碳吸收塔C2进行分离；分离出的二氧化碳气体经过纤维塔C5除杂后，进入到空气换热器C6进行冷却，交换后的热空气用作活性炭的烘干、输送到活性炭精加工处理系统B中的活性炭烘干机B3中；分离出的水蒸气经过纤维过滤塔C3除杂后、进入到电热式蒸汽过热器C4进行加热，加热后的水蒸气和冷却后的二氧化碳气体引入炭化、活化一体炉环境气氛保障系统D中的活化室气体供给系统D1、作为活化剂回输到热解处理分系统A。
本发明实施例的技术方案中，炭化固留物在活化室A2活化处理为初级活性炭产品，从活化室A2出来的初级活性炭产品再引入活性炭精加工系统B中，初级活性炭产品引入活性炭分类装置B1流态化浮选分级、在离心机B2中脱水、在活性炭烘干机B3烘干，最后形成活性炭炭产品进入活性炭收集装置B4。
参看附图，一种与制备活性炭的系统配套应用的微波加热式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉，结构中包括位于顶部的滑动密封盖板和热解炉体两部分，热解炉体结构中包括采用了微波热源的正压、氮气气氛、密封结构的热解炉室A1、以及热解炉室A1下方的的活化室A2三部分，热解炉室A1顶部的滑动密封盖板上设置镶嵌式密封材料的倒V型槽轨道、与热解炉体上端设置的配套的倒V型槽轨道形成滑动密封式摩擦副3，炭化尾气出口7、防辐射底盘18分别设置在顶部盖板6上和下方，结构中包括壳体式机架1，由密封隔板II20和配套设置在壳体上的弹性密封材料将炉体内空间分隔成热解炉室A1、活化室A2。
本发明实施例的技术方案中，位于炉体上端的顶部盖板6下方设置有对其移动起驱动作用的电动丝杠螺母副II 17，炭化尾气出口7是带电磁阀控制的，以上电磁阀按照控制电路发出的指令时序开启和关闭，微波墙能源控制线路接口5与主管路、线路连接均为软连接，微波辐射墙4与顶部盖板6底部的间隙填有防辐射材料。
本发明实施例的技术方案中，热解炉室A1位于热解炉体的上部，热解炉室A1结构中包括位于底部的可翻转的物料反应固定床2和与物料反应固定床2配套的是吊挂于顶部盖板6底部的微波辐射墙4，物料反应固定床2结构中包括固体料床托盘16、位于固体料床托盘16上方与其配套的带定位孔的物料压缩板8、支撑固体料床托盘16的料床转动支座12和氮气输入管道10，带定位孔的物料压缩板8通过丝杠螺母副I 11置于滑动密封盖板的槽钢上面，固体料床托盘16上设置有测量物料反应温度的温度传感器13，温度传感器13的采样信号接至控制电路的对应输入端，微波墙能源控制线路接口5由顶部盖板6穿出。
本发明实施例的技术方案中，：物料反应固定床2翻转的出料口处设置有炭焦缓冲漏斗23，炭焦缓冲漏斗23的上方设置有料盘转动驱动液压杆14，炭焦缓冲漏斗23的底部与活化室A2上方的星形给料机27连通，料盘转动驱动液压杆14一端铰接在竖直密封隔板I9上，另一端铰接在固体料床托盘16的下方。
本发明实施例的技术方案中，活化室A2位于热解炉体的最下部，结构中包括活化仓21、位于活化仓21顶部的混合气体出口25和侧下面的二氧化碳气体进口22和水蒸气气体进口19，活化仓21的外壳由壳体钢板构成，内部设置有仓体保温层26和气体压力传感器15，气体压力传感器15的采样信号接至控制电路的对应输入端，活化仓21的底部设置有初步活化后的炭产品的出口，下连接管式闭风螺旋输送机24。
参看附图2，一种制备活性炭的方法，步骤中包括对含炭原料的预处理、炭化、活化、分级和烘干，该方法所述的炭化、活化过程是在微波加热方式、密闭低温热解、炭化、活化一体炉内进行的。
本发明实施例的技术方案中，该方法中微波加热物料采用的工艺环境是不高于450℃-300℃的低温、氮气气氛、正压环境。
本发明实施例的技术方案中，该方法所用得微波加热器的配套功率为400KW-750KW。
本发明实施例的技术方案中，该方法的活化过程中采用水蒸气和二氧化碳混合气体作为的活化剂。
参看附图，物料经预处理系统处理后的物料进入热解处理分系统A中的热解炉室A1，其中，热解炉室A1的滑动密封盖板可实现全打开，方便物料的进出。物料进入热解炉室A1进行低温干馏，工艺环境为密闭、微波辐射加热450℃，氮气气氛。物料在升温过程中物料中的水蒸气通过炭化尾气7排出，炭化尾气出口7是带电磁阀控制的，电磁阀按照控制电路的时序开启和关闭。物料在裂解过程中产生的气态生成物不包括可燃气体、不可燃气体、二氧化碳、水蒸气，其中，产生的二氧化碳、水蒸气进入到气态物循环利用系统C进行收集、处理，实现自身的循环利用。物料充分热解后，剩余的炭化固留物进入进入活化室A2进行活化，活化过程中采用二氧化碳和水蒸气作为活化剂，活化过程中同时生成二氧化碳和水蒸气，将活化室A2排出的二氧化碳和水蒸气引入循环利用系统C，实现循环利用。
经活化室A2出来的为初级炭化产品，将其引入到活性炭分类装置B1流态化浮选分级、在离心机B2中脱水、在活性炭烘干机B3烘干，最后形成活性炭产品进入活性炭收集装置B4。
热解处理分系统中的热解炉室A1中排出的水蒸气、二氧化碳气体、氮气进入循环利用系统C后，由空气分离装置C1进行分离，将分离出的氮气引入到炭化、活化一体炉环境气氛保障系统D中的密闭氮气供给系统D2，继续作为裂解保护气体回输到热解处理分系统A，活化室A2中排出的水蒸气、二氧化碳气体、进入循环利用系统C后，由二氧化碳吸收塔C2进行分离；分离出的二氧化碳气体经过纤维塔C5除杂后，进入到空气换热器C6进行冷却，交换后的热空气用作活性炭的烘干，输送到活性炭精加工处理系统B中的活性炭烘干机B3中；分离出的水蒸气经过纤维过滤塔C3除杂后，进入到电热式蒸汽过热器C4进行加热，加热后的水蒸气和冷却后的二氧化碳气体引入炭化、活化一体炉环境气氛保障系统D中的活化室气体供给系统D1，回输送到活化室A2中。
参看图3、图4，热解炉室A1的进出料靠顶部密封盖板的移动及固体料床托盘16的液压翻滚实现。顶部密封盖板移动后，打开物料进入固体料床托盘16的通道，顶部滑动密封盖板在炉体滑轨的滑动距离为炉体宽度的2倍，可以实现炉顶的全打开，由抓斗直接给料实现快速加料。同时由于固体料床托盘16内物料的卸除靠其自身的翻转倾倒，炉体顶部的全开门为其提供了有力条件，同样可以实现快速出料。温度传感器13的设置，使热解炉室内的温度能更加准确的控制。
热解炉室A1顶部的滑动密封盖板上设置镶嵌式密封材料的倒V型槽轨道、与热解炉体上端设置的配套的倒V型槽轨道形成滑动密封式摩擦副3，在壳体上的弹性密封材料构成了热解炉室A1的密封环境。物料反应固定床2在料盘转动驱动液压杆14的带动下翻滚，将裂解完成后的炭化固留物倒进炭焦缓冲漏斗23内，经星形给料机27进入到活化室A2进行活化。
炭化固留物进入到活化室A2内的活化仓21内参与活化过程，在活化过程中，活化仓21内部的仓体保温层26起到了保温的作用，二氧化碳和水蒸气分别由二氧化碳气体进口22和水蒸气气体进口19进入到活化仓21，同时活化过程中产生的二氧化碳和水蒸气由混合气体出口25排出。活化完成后产生初级活性炭产品，通过活化室A2底部管式闭风螺旋输送机24向外输送。
本发明采用微波加热，耗能低，在过程中实现了二氧化碳和水蒸气及热量的循环利用。过程中液体物质产生的很少，固体炭的回收率高。