自热式连续制备生物质粉状活性炭的方法及所用旋风炉 【技术领域】
本发明涉及生物质粉状活性炭制备方法及设备，尤其涉及一种使用自热式旋风炉制备生物质物理法粉状活性炭的工艺及设备。
背景技术
活性炭是一种具有发达孔隙和比表面积的优良吸附剂，广泛应用于食品、化工、轻工、制药、军工、电子、环保等行业的净化、精制。随着科学技术的不断发展和人民生活水平的提高，其应用领域不断拓展，在工业生产和人民生活中起到了十分重要的作用。
活性炭按制备方法分可以分为物理法活性炭和化学法活性炭两种。活化过程中不使用化学试剂的称物理法活性炭，反之为化学法活性炭。按活性炭形状分，可以分为粉状活性炭和颗粒活性炭两种。粉状活性炭的颗粒粒度一般小于80目。
常规的物理法粉状活性炭是通过将物理法颗粒活性炭磨粉而制得，活化过程需要外加热源，由于制备过程相对复杂，因而整个系统所占用的空间也会比较大。常规的物理法粉状活性炭0.15％亚甲基蓝吸附值在10～14毫升，基本上不具有A法焦糖脱色力。
【发明内容】
为了解决现有技术存在的物理法粉状活性炭制备需要外加能源、磨粉等复杂工艺，产品性能不高等缺点，本发明提供一种自热式连续制备生物质粉状活性炭的方法及所用的旋风炉，具有产品吸附性能高，不用外加能源等优点。
一种自热式连续制备生物质粉状活性炭的方法，生物质粉状炭化料由螺旋进料器通过旋风炉炉头部的进料口送入温度在900～1300℃的旋风炉内，在引风机从炉头部到炉尾部沿轴向的抽力和由旋风炉炉壁上一排进气管斜向进入的活化混合气体的共同作用下，生物质粉状炭化料在炉内形成旋风状态，呈旋转流态化自炉头向炉尾运动，边运动边和进入的活化混合气体进行活化反应生成主要由一氧化碳组成的瓦斯气体和粉状活性炭产品，活化反应可以形成活性炭所需要的孔隙结构，生成的瓦斯气体再继续在旋风炉内与进入的活化混合气体中的氧气发生燃烧反应，产生的热量用于维持旋风炉内温度在900～1300℃；由旋风炉出来的生物质粉状活性炭和反应尾气进入余热锅炉，加热余热锅炉内的水，产生的水蒸气进入混合器与空气混合后重新进入旋风炉内参与反应，此时经过余热锅炉后的生物质粉状活性炭和尾气的温度降至300℃以下，然后再由余热锅炉进入旋风分离器与尾气分离得到生物质粉状活性炭，尾气则通过烟囱排空。
旋风炉内，生物质粉状炭化料的投入量与活化混合气体的比例为1∶2.0～3.0，活化混合气体是由水蒸气和空气按重量比2.0～5.0∶1的比例构成。所述的生物质粉状炭化料为木屑炭或竹屑炭中的任意一种或两种的任意比混合物，含水率为8～20％，粒径＜2mm。由旋风炉炉壁上一排进气管斜向进入的活化混合气体的进风面与水平面的夹角为30°～80°。
一种用于所述的自热式连续制备生物质粉状活性炭的方法中的旋风炉，为卧式圆筒型，在旋风炉炉头部设有进料口，在旋风炉的炉壁上设有一排进气管，进气管与水平面的夹角为30～80°，相邻两个进气管之间的距离为10～40cm，在旋风炉炉尾部设有出料口。旋风炉的进料口与螺旋进料器连接，旋风炉的进气管与混合器连接，旋风炉的出料口与余热锅炉的进料口连接，余热锅炉的出料口和旋风分离器连接，旋风分离器的出料口与引风机连接。余热锅炉的水蒸气出口与混合器的水蒸气进口连接。本发明中旋风炉炉体本身并不旋转，主要是依靠按一定角度设置在炉壁上的一排进气管进入的活化混合气体，配合引风机的抽力，使炉内生物质粉状炭化料做旋转运动，形成旋风状态，呈旋转流态化自炉头向炉尾运动。
本发明所述方法实质上就是通过三个步骤完成连续制备粉状活性炭的过程：
(1)在余热锅炉内，活化反应后的900～1300℃的粉状活性炭和尾气加热余热锅炉，使之产生水蒸气，供旋风炉活化反应用，同时粉状活性炭被冷却到300℃以下。
(2)进入旋风炉的活化混合气体中的空气与活化反应形成的瓦斯气体发生燃烧反应，产生地热能用于维持活化反应所需的温度。
(3)利用过程(2)所提供的热能，旋风炉内新进入的生物质粉状炭化料与进入旋风炉的混合气体中的水蒸汽进行活化反应，又可以产生大量的可燃的瓦斯气体，同时形成高吸附性能的粉状活性炭。
所以整个过程中，除了最初启动时需要外来热源加热最初的生物质粉状炭化料，等整个循环建立后，就不需要外来能源了，靠自身产生的热量足以维持系统运行。
有益效果：
1.由于生物质粉状炭化料在旋风炉内呈旋风状态，跟活化反应介质空气和水蒸汽接触充分，所以活化反应效率高，活化反应充分，容易形成活性炭产品所需的孔隙结构，因此本方法生产的粉状活性炭吸附性能高，本发明制备的物理法粉状活性炭0.15％亚甲基蓝吸附值在18毫升以上，同时A法焦糖脱色力在70％以上。
2.本发明由生物质粉状炭化料直接制备物理法粉状活性炭，无须外加能源，无需磨粉工艺，工艺过程紧凑，因而活化系统占地空间少。
3.本发明活化反应气体由水蒸汽与空气混合组成，空气和生物质粉状炭化料及活化反应产生的瓦斯气体发生燃烧反应，产生的热量维持活化反应所需的温度，从而实现整个反应体系的热平衡和物料平衡，整个生产过程无须外加能源。
4.本发明的方法操作方便，水蒸汽和原料炭粉反应充分，反应体系的总热平衡和物料平衡可精确控制，通过控制引风机的引风量大小可以调整物料在旋风炉中的停留时间，引风量小则停留时间比较长，反应就更充分，能连续稳定地生产高吸附性能物理法粉状活性炭，特别适合规模化工业生产。
【附图说明】
图1.是本发明的工艺流程示意图。
其中，1-螺旋进料器，2-旋风炉，3-余热锅炉，4-旋风分离器，5-引风机，6-混合器。
图2.是本发明自热式旋风炉的结构示意图。
其中，21-进料口，22-旋风炉炉壁，23-进气管，L-相邻两进风管之间的距离。
图3.是本发明自热式旋风炉的进气管截面的示意图。
其中，22-旋风炉炉壁，23-进气管，a-进气管与水平面之间的夹角。
【具体实施方式】
下面结合图1、图2、图3，对本发明作详细说明：
实施例1
一种自热式连续制备生物质粉状活性炭的方法，含水率为8～20％wt的生物质粉状炭化料(木屑炭粉或竹屑炭粉)由螺旋进料器1通过旋风炉炉头部的进料口21送入温度在900～1300℃的旋风炉2内，在引风机5从炉头部到炉尾部沿轴向的抽力和由旋风炉炉壁22上一排进气管23斜向进入的活化混合气体的共同作用下，生物质粉状炭化料在炉内形成旋风状态，呈旋转流态化自炉头向炉尾运动，边运动边和进入的活化混合气体进行活化反应生成主要由一氧化碳组成的瓦斯气体和粉状活性炭产品，活化反应可以形成活性炭所需要的孔隙结构，生成的瓦斯气体再继续在旋风炉2内与进入的活化混合气体中的氧气发生燃烧反应，产生的热量用于维持旋风炉2内温度在900～1300℃；由旋风炉2出来的生物质粉状活性炭和反应尾气进入余热锅炉3，加热余热锅炉3内的水，产生的水蒸气进入混合器6与空气混合后重新进入旋风炉2内参与反应，此时经过余热锅炉3后的生物质粉状活性炭和尾气的温度降至300℃以下，然后再由余热锅炉3进入旋风分离器4与尾气分离得到生物质粉状活性炭，尾气则通过烟囱排空。
旋风炉2内，生物质粉状炭化料的投入量与活化混合气体的比例(重量比)为1∶2.0～3.0，活化混合气体是由水蒸气和空气按重量比2.0～5.0∶1的比例构成。由旋风炉炉壁22上一排进气管23斜向进入的活化混合气体的进风面与水平面的夹角为30°～80°。
一种用于所述的自热式连续制备生物质粉状活性炭的方法中的旋风炉2，为卧式圆筒型，在旋风炉炉头部设有进料口21，在旋风炉的炉壁上设有一排进气管23，进气管与水平面的夹角a为30～80°，相邻两个进气管之间的距离L为10～40cm，在旋风炉炉尾部设有出料口。旋风炉2的进料口21与螺旋进料器1连接，旋风炉2的进气管23与混合器6连接，旋风炉的出料口与余热锅炉3的进料口连接，余热锅炉3的出料口和旋风分离器4连接，旋风分离器4的出料口与引风机5连接。余热锅炉3的水蒸气出口与混合器6的水蒸气进口连接。本发明中旋风炉炉体本身并不旋转，主要是依靠按一定角度设置在炉壁上的一排进气管进入的活化混合气体，配合炉尾引风机的抽力，使炉内生物质粉状炭化料做旋转运动，形成旋风状态，呈旋转流态化自炉头向炉尾运动。
本发明制得的活性炭产品具有气、液相吸附效果好，微孔高度发达，同时具有丰富的过渡孔。本发明制备的粉状活性炭吸附能力高，0.15％亚甲基蓝吸附值在18毫升以上，同时具有70％以上的A法焦糖脱色力生产装置占地少。
实施例2.
一种自热式旋风炉制备生物质粉状活性炭的方法，是按照水蒸汽、空气之比(重量比)为2∶1的比例组成混合气体，进入1300℃的旋风炉，该混合气体进入旋风炉的径向角度为30°，原料木炭粉的含水率为20wt％，进料速度为每小时250公斤，引风机引风量为500M3/h(标态)，每小时得到40公斤粉状活性炭产品，产品0.15％亚甲基蓝吸附值为20毫升，A法焦糖脱色力为80％。
实施例3.
一种自热式旋风炉制备生物质粉状活性炭的方法，是按照水蒸汽、空气之比(重量比)为3∶1的比例组成混合气体，进入1000℃的旋风炉，该混合气体进入旋风炉的径向角度为80°，原料竹炭粉的含水率为8wt％，进料速度为每小时250公斤，引风机引风量为500M3/h(标态)，每小时得到45公斤粉状活性炭产品，产品0.15％亚甲基蓝吸附值为18毫升，A法焦糖脱色力为75％。
实施例4.
一种自热式旋风炉制备生物质粉状活性炭的方法，是按照水蒸汽、空气之比(重量比)为4∶1的比例组成混合气体，进入900℃的旋风炉，该混合气体进入旋风炉的径向角度为50°，原料木炭粉的含水率为12wt％，进料速度为每小时250公斤，引风机引风量为500M3/h(标态)，每小时得到42公斤粉状活性炭产品，产品0.15％亚甲基蓝吸附值为19毫升，A法焦糖脱色力为70％。
实施例5.
一种自热式旋风炉制备生物质粉状活性炭的方法，是按照水蒸汽、空气之比(重量比)为5∶1的比例组成混合气体，进入1050℃的旋风炉，该混合气体进入旋风炉的径向角度为70°，原料竹炭粉的含水率为16％，进料速度为每小时250公斤，引风机引风量为500M3/h(标态)，每小时得到43公斤粉状活性炭产品，产品0.15％亚甲基蓝吸附值为20毫升，A法焦糖脱色力为75％。
实施例6.
一种自热式旋风炉制备生物质粉状活性炭的方法，是按照水蒸汽、空气之比(重量比)为5∶1的比例组成混合气体，进入1050℃的旋风炉，该混合气体进入旋风炉的径向角度为70°，原料竹炭粉的含水率为16％，进料速度为每小时250公斤，引风机引风量为600M3/h(标态)，每小时得到44公斤粉状活性炭产品，产品0.15％亚甲基蓝吸附值为18毫升，A法焦糖脱色力为70％。