本發明屬于熱解氣化技術生產活性炭的技術領域范圍，具體而言，本發明涉及一種制備活性炭的系統和方法，特別是一種適合以生物質為原料，通過熱解氣化制備活性炭的系統和方法。

背景技術：

生物質廣義指所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。狹義指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素(簡稱木質素)、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。

我國的生物質資源非常豐富，每年產生大約6.5億噸農業秸稈，加上薪柴及林業廢棄物等，折合能量4.6億噸標準煤，預計到2050年將增加到9.04億噸，相當于6億多噸標準煤。我國每年的森林耗材達到2.1億立方米，折合1.2億噸標準煤的能量。另外，全國城市物料年產量已超過1.5億噸，到2020年年產量將達2.1億噸，垃圾中的有機質含量平均約為40％，年產1.5億噸的“城市垃圾”中，被丟棄的“可再生資源”價值高達250億元。這些資源若未經治理直接焚燒、排放入水體、堆積必將造成資源浪費，以及空氣、土壤、地表水和地下水等環境污染和人類生存環境的惡化。

然而，含碳的物質在幾百攝氏度的溫度下經過炭化，再活化可制備活性炭。但是目前活性炭的生產工藝、生產設備還很落后，目前國內大部分煤質活性炭企業的生產工藝比較落后，主要通過單種煤來進行生產，產品質量對原料煤依靠嚴重。生產設備的生產能力普遍較小，自動化程度較低，不利于大規模、連續化生產。同時，由于活性炭生產對原料要求比較高，目前只有少數煤種能完全滿足生產要求。

因此，有必要對活性炭的生產工藝進行研究，解決其對原料要求高、生產率低，生產成本高的問題，尤其是適合以生物質為原料制備活性炭。

技術實現要素：

為解決上述活性炭的生產工藝、生產設備落后的問題，同時提高活性炭的生產效率，降低生產成本，本發明提供一種適合以生物質為原料，通過熱解氣化制備活性炭的系統和方法。

本發明提供了一種利用生物質制備活性炭的系統，所述系統包括：

熱解爐，其包括進料口、多個熱解油氣出口、固料出口、反應室和設在所述反應室底部的可旋轉盛放盤，所述熱解爐用于熱解原料生物質，生成熱解油氣和殘炭；

燃燒器，其位于所述反應腔室的上部和/或下部，所述燃燒器具有燃氣入口，所述燃燒器用于對所述原料生物質進行加熱，使其熱解；

蒸汽鍋爐，其具有水入口與水蒸氣出口，所述蒸汽鍋爐用于對水進行加熱，得到水蒸氣；

流化床，其具有固料入口、活化劑入口、廢氣出口和活性炭出口，所述固料入口與所述熱解爐的固料出口連接，所述活化劑入口與所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口相連，所述流化床用于對所述殘炭進行活化，生成活性炭。

進一步地，所述系統還包括加熱器，其具有水蒸氣入口和活化劑出口，所述水蒸氣入口與所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口相連，所述活化劑出口與所述流化床的活化劑的入口連接；

所述加熱器用于對所述水蒸氣進行二次加熱。

更進一步地，所述加熱器為蓄熱式加熱器。

進一步地，所述系統還包括油氣分離器，其具有熱解油氣入口、熱解氣出口和熱解油水出口，所述熱解油氣入口與所述熱解爐的熱解油氣出口相連，所述熱解氣出口與所述燃燒器的燃氣入口相連；

所述油氣分離器用于對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣，并將熱解氣通入所述燃燒器內進行燃燒。

更進一步地，所述系統還包括油水分離器，其具有熱解油水入口以及熱解水出口，所述熱解油水入口與所述油氣分離器的熱解油水出口相連，所述熱解水出口與所述蒸汽鍋爐的水入口相連；

所述油水分離器用于對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水，并將熱解水通入所述蒸汽鍋爐；

進一步地，所述系統還包括預處理裝置，其與所述熱解爐的進料口相連，所述預處理裝置用于對所述原料生物質進行破碎預處理。

本發明還提供一種利用上述系統制備活性炭的方法，該方法具有以下步驟：

將原料生物質送入所述熱解爐，所述燃燒器對所述原料生物質進行加熱，產生燃燒煙氣，原料生物質熱解，生成熱解油氣和殘炭；

用所述蒸汽鍋爐對水進行加熱，得到水蒸氣；

將所述殘炭和水蒸氣分別送入所述流化床，利用所述水蒸氣對所述殘炭進行活化，生成活性炭。

進一步地，所述方法還包括以下步驟：

將所述水蒸氣通入所述加熱器，所述加熱器對所述水蒸氣進行二次加熱，然后再通入所述流化床。

更進一步地，所述方法還包括以下步驟：

用所述油氣分離器對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣；

將熱解氣通入所述燃燒器內進行燃燒，將所述熱解油水通入所述油水分離器；

用所述油水分離器對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水；

將熱解水通入所述蒸汽鍋爐，得到水蒸氣；

此外，所述方法還包括以下步驟：

對所述原料生物質進行預處理，得到片狀和/或塊狀的原料生物質。

本發明的有益效果在于：

本發明所述的制備活性炭的系統及方法，無需對現有的流化床進行改造，能夠解決制備活性炭前段熱解過程中出現的管道堵塞、粉塵重、熱解效果差等問題，并且解決了熱解裝置與制備活性炭裝置同時連用時，能耗高、熱量損失嚴重、制備活性炭品質差的問題。

本發明采用顆粒熱載體時，能夠解決熱解時在顆粒表面易結焦、顆粒分離困難、顆粒在床層間傳遞困難等問題。

本發明利用物料制備活性炭的方法，減少熱解過程中無機物帶走大量熱量，減少熱損失和降低能耗，且提高熱解爐產能，實現原料的充分熱解，整個工藝簡單，易操作，能夠確保操作的穩定性。

本發明實現了物料的減量化、無害化和資源化利用。

本發明還可以有效降低熱解炭中焦油含量，從而有利于后續流化床制備活性炭的操作，同時可以有效回收系統中的余熱，從而實現余熱的最大化利用。

附圖說明

圖1是本發明所述系統的示意簡圖。

圖2是本發明所述系統的整體示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

如圖1所示，本發明所述的系統包括熱解爐100，其包括進料口101、熱解油氣出口102、固料出口105，同時熱解爐100還具有反應室和設在所述反應室底部的可旋轉盛放盤，所述熱解爐100用于熱解生物質，生成熱解油氣和殘炭。本發明所述的熱解爐100還要具有水封裝置，尤其是所述熱解爐100的進料口101具有兩級閥門或螺旋密封裝置。這樣設置可使得所述熱解爐處于絕氧的環境，可以抑制原料熱解時產生二噁英等有害氣體。

如圖1所示，燃燒器500，其設置于位于熱解爐100內，在所述的反應室的上部和/或下部，所述燃燒器具有燃氣入口501，所述燃燒器500用于對所述生物質進行加熱，使生物質熱解。

燃燒器500對熱解爐100的內部進行加熱，使其達到生物質熱解的溫度，從而對生物質進行熱解，生成殘炭。燃燒器500在燃燒過程中，會產生大量的燃燒煙氣，而生物質熱解時會產生大量的熱解油氣。另外，優選地，將熱解爐100反應室的氣氛與燃燒器500的氣氛隔離，使二者互不影響，從而實現物料熱解在絕氧氣氛下進行，確保了熱解氣具有較高的熱值，同時有效抑制了二噁英的產生。

燃燒器500在熱解爐100中沿水平方向間隔分布，并且每組燃燒器500可采用蓄熱式輻射管，可獨立控制操作，這樣設置的好處在于可以通過調整通入蓄熱式輻射管的燃氣的流量來實現對熱解過程的精確控溫，并且蓄熱式輻射管可以通過在兩端實現快速換向和蓄熱式燃燒，可以保證熱解爐100中溫度場的均勻性，從而可以顯著提高物料熱解效率，同時較傳統的使用氣體熱載體或固體熱載體作為熱解熱源的熱解反應裝置相比，本發明的熱解爐100不需要設置預熱單元和載體分離單元，可以極大簡化熱解和活化反應工藝流程，從而顯著降低裝置的故障率。

如圖1所示，蒸汽鍋爐600，其具有水入口601與水蒸氣出口602，所述蒸汽鍋爐600用于對水進行加熱，得到水蒸氣，使水蒸氣溫度達到500℃左右。

值得注意的是，因為水資源比較豐富，且容易獲得，所以本發明使用水蒸氣作為作制備活性炭的活化劑。另外，利用水蒸氣作為活化劑，不會生成有害氣體，因此對環境產生影響較小。

流化床200，其具有固料入口202、活化劑入口201、廢氣出口203和活性炭出口204，所述固料入口202與所述熱解爐100的固料出口105連接，所述活化劑入口201與所述蒸汽鍋爐600的水蒸氣出口602相連，所述流化床200用于對所述殘炭進行活化，生成活性炭。其中，殘炭在流化床200內與活化劑逆向接觸反應，制得活性炭。活性炭可從活性炭出口204導出，活化過程產生的廢氣從廢氣出口203排出。

如圖2所示，所述系統還包括加熱器700，其具有水蒸氣入口和活化劑出口，所述水蒸氣入口與所述蒸汽鍋爐600的水蒸氣出口602相連，所述活化劑出口與所述流化床200的活化劑入口201連接，所述加熱器700用于對所述水蒸氣進行二次加熱，以達到較好的活化效果。所述加熱器700可采用蓄熱式加熱器，其運行成本低，節約能源。

通過對水蒸氣的二次加熱，一方面可提高其活化性能，另一方面將水蒸氣溫度提高到600-950℃，達到流化床200活化所需反應溫度，進而提高流化床200制備活性炭制備的效率。

如圖2所示，本發明所述系統還包括油氣分離器400，其具有熱解油氣入口401、熱解氣出口402和熱解油水出口403，所述熱解油氣入口401與所述熱解爐100的熱解油氣出口102相連，所述熱解氣出口102與所述燃燒器500的燃氣入口501相連。所述油氣分離器400用于對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣，并將熱解氣通入所述燃燒器500內進行燃燒。

如圖2所示，所述系統還包括油水分離器800，其具有熱解油水入口801和熱解水出口802，所述熱解油水入口801與所述油氣分離器400的熱解油水出口403相連，所述熱解水出口802與所述蒸汽鍋爐600的水入口601相連；所述油水分離器800用于對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水，并將熱解水通入所述蒸汽鍋爐600。油水分離器600還可具有熱解油出口，蒸汽鍋爐600還可具有熱解油入口，與熱解油出口相連。將熱解油導入蒸汽鍋爐，作為蒸汽鍋爐燃料，為加熱水蒸氣提供能量。

所述油氣分離器400與油水分離800一方面起到分離熱解油氣的作用，得到熱解氣和熱解水，另一方面熱解氣可用于燃燒，將其通入燃燒器500。燃燒器500利用熱解反應產物中的熱解氣進行燃燒，循環利用能源，顯著提高能量利用率。熱解水既可以用作后續步驟的水來源，節約能源，減少浪費，也可以用作用戶用水，循環利用。

如圖2所示，所述系統還包括預處理裝置300，其原料出口303與所述熱解爐100的進料口101相連，所述預處理裝置300用于對所述生物質進行破碎預處理。預處理裝置300可包括滾筒篩301和/或破碎機302等，通過對送入的原料進行預處理，可降低其中無機物中渣土、玻璃和金屬等的含量，從而減少熱解過程中無機物帶走的熱量和提供殘炭的品質。

本發明通過預處理裝置300對所述生物質進行預處理，得到片狀和/或塊狀的生物質。一般可將生物質破碎為小于30mm的片狀和/或塊狀，有助于充分熱解。

將破碎后的生物質送入所述熱解爐100，所述燃燒器500對所述生物質進行加熱，產生燃燒煙氣，生物質熱解，生成熱解油氣和殘炭。生物質需均勻布料在熱解爐100內，原料厚度不大于150mm，通常熱解的溫度為580℃-620℃。

用所述油氣分離器400對所述熱解油氣進行分離，得到熱解油水和熱解氣；將熱解氣通入所述燃燒器500內進行燃燒，將所述熱解油水通入所述油水分離器800。將熱解爐100反應室的氣氛與燃燒器500的氣氛隔離，使二者互不影響，從而實現物料熱解在絕氧氣氛下進行，確保了熱解氣具有較高的熱值。

用所述油水分離器800對所述熱解油水進行分離，獲得熱解油和熱解水。

將熱解水通入所述蒸汽鍋爐600，得到水蒸氣。

用所述蒸汽鍋爐600對水進行加熱，得到水蒸氣。將所述水蒸氣通入所述加熱器700，所述加熱器700對所述水蒸氣進行二次加熱，然后再通入所述流化床200。

將所述殘炭和水蒸氣分別送入所述流化床200，流化床反應溫度控制在880℃左右，利用所述水蒸氣對所述殘炭進行活化，生成活性炭。其中，殘炭在流化床200內與活化劑逆向接觸反應，制得活性炭。

實施例1

以生物質為原料，利用生物質(蘆竹)制備活性炭系統進行制備活性炭的方法如下：

將10噸蘆竹進行破碎處理，獲得粒徑30mm以下破碎料；

將破碎的蘆竹送入熱解爐進行熱解，物料均勻布料在布料板上，料層厚度為150mm。該熱解爐中設置了燃燒器，熱解得到殘炭和熱解油氣，產生的熱解殘炭送入流化床；

將熱解產生的熱解油氣和送入油氣分離器中進行分離，油氣分離器從而獲得清潔的熱解氣和熱解油水；

將分離得到的熱解氣送入燃燒器中進行燃燒，燃燒器采用蓄熱式燃燒器，可將常溫空氣溫度提高到350-400℃，同時燃燒產生的煙氣溫度可降至110℃左右；將熱解油水送入油水分離器中進行分離，分別獲得熱解油和水。

熱解水送入蒸氣鍋爐裝置中，對水蒸氣進行加熱，水蒸氣溫度為500℃左右；再將水蒸氣通入加熱器中，對水蒸氣進行二次加熱，水蒸氣溫度提高到600-950℃，再送入流化床中。

將水蒸氣與殘炭在流化床逆向接觸反應，制得活性炭，流化床反應溫度控制在880℃左右；

本發明所述工藝方法可長期平穩操作，所得到的上述生物質制得活性炭產物的產率和主要性質見表1。

表1數據結果

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本發明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的范圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括復數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。