專利名稱:活性炭的活化方法與設(shè)備的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于碳質(zhì)原料制造活性炭和廢活性炭再生的活化方法，以及最適用于這種方法的活化爐。在食品、醫(yī)藥、化工、國防等工業(yè)和環(huán)境保護(hù)方面，廣泛應(yīng)用活性炭作為優(yōu)良的吸附劑和脫色劑。
用氣體活化生產(chǎn)活性炭的方法，有干燥、碳化和活化等幾個階段，以木質(zhì)炭、煤炭等為原料，用水蒸汽、燃燒氣或它們的混合氣體作為活化介質(zhì)?，F(xiàn)行的方法，通常是采用外熱源來加熱活化爐和活化介質(zhì)，故普遍存在著能耗大的問題。能源消耗較低的是鞍式爐(斯列普爐)，它由左右兩個半爐和兩個蓄熱室所組成，爐芯由特異型耐火磚干砌成一排排如格子狀分布的產(chǎn)品道，被活化物料充滿產(chǎn)品道，并靠重力作用沿產(chǎn)品道下移;經(jīng)蓄熱室過熱的水蒸汽，引入活化半爐，自上而下運(yùn)動，使碳質(zhì)物料活化，同時形成了含有氫和一氧化碳等可燃?xì)怏w的活化瓦斯，在該半爐的燃燒室燃燒后，自下而上通過另一活化半爐，接著被引入蓄熱室。
用鞍式爐生產(chǎn)活性炭，要用鍋爐提供作為活化介質(zhì)的水蒸汽，生產(chǎn)每噸活性炭約需10～20噸水蒸汽，折算耗煤量不低于2噸;鞍式爐的不足之二是爐的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需用三十多種特異型耐火磚，設(shè)備龐大，初期投資高;鞍式爐不足之三是爐的產(chǎn)品道過窄，物料流動阻力大，易為熔渣所堵塞，出現(xiàn)所謂“結(jié)
”的現(xiàn)象，因此對物料的適應(yīng)性差，只能利用灰分低、灰分熔點高、比重大的煤炭、果核炭和造粒炭，而且要求粒度小而均勻，也不能利用濕料;鞍式爐不足之四是爐頂溫度高，爐內(nèi)還有活化瓦斯逸出，對環(huán)境造成一定的污染。
本發(fā)明的目的是提出一種活性炭制造和再生的活化方法，以及最適用于這種方法的活化爐，使活性炭生產(chǎn)能實現(xiàn)能源自給，并能適應(yīng)多種原料，實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種把碳質(zhì)物料制成活性炭的活化方法，是把碳質(zhì)原料通過加料口送入活化爐內(nèi)，使物料沿著產(chǎn)品道逐漸移動，通入空氣，使其與碳質(zhì)物料受熱揮發(fā)出的成分混合燃燒，所生成的燃燒氣與碳質(zhì)物料相接觸，并順流流動，既作為反應(yīng)過程的熱源，又作為碳質(zhì)物料的活化介質(zhì)，然后從活化反應(yīng)區(qū)流出，再作為熱源利用。
這一方法主要的特點是利用碳質(zhì)物料在爐內(nèi)干燥產(chǎn)生的水蒸汽，作為活化介質(zhì)，并采用多級通入空氣，燃燒物料中的易燃組分，所產(chǎn)生燃燒熱直接加熱物料，并改善活化氣氛。
同時，本發(fā)明為活性炭的活化提供了設(shè)備。該設(shè)備有一立式活化爐，它的爐芯由基磚和隔板構(gòu)成產(chǎn)品道和內(nèi)煙道，且兩兩相間，成為內(nèi)外并熱式的結(jié)構(gòu);并形成橫向的氣流通道;在爐上部，與橫向氣流通道垂直的一側(cè)，有一匯煙室，且與內(nèi)煙道相通;在該匯煙室的下部，至少沒有一燃燒室，在與橫向氣流通道垂直的一側(cè)，至少設(shè)有二個燃燒室;所有燃燒室均與橫向氣流通道相通，且每個燃燒室至少裝有一支通風(fēng)管，以把氣體導(dǎo)入所對應(yīng)的燃燒室;燃燒室的設(shè)置要使上部橫向氣流通道的氣流，沿S形的路線，依次通過各燃燒室，而達(dá)至下部最末一個燃燒室，且該最末燃燒室與內(nèi)煙道相通。
本發(fā)明的另一特點是在產(chǎn)品道內(nèi)交替設(shè)置斜板，增強(qiáng)了對物料的翻拌，使熔渣不易積聚，提高抗結(jié)
能力。
本發(fā)明的另一特點是增設(shè)了爐內(nèi)煙道，實現(xiàn)內(nèi)外并熱，提高了操作過程的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的活化方法和設(shè)備，可以實現(xiàn)活性炭活化過程的能源自給，且對原料的適應(yīng)性增強(qiáng)，既能利用干料也能利用濕料，既能用于粒狀炭生產(chǎn)也能用于粉狀炭的生產(chǎn)，既能用于活性炭制造也能用于活性炭再生，并且使生產(chǎn)過程連續(xù)化，勞動強(qiáng)度低，沒有氣體污染，投資低廉，建爐容易，操作方便。
為了更易于理解本發(fā)明，參照附圖，敘述如下圖1是活化爐爐芯堆砌方式的立體示意圖。
圖2是活化爐的正剖視圖。
圖3是活化爐的側(cè)剖視圖。
圖4是活化爐的余熱利用示意圖。
圖5是活化爐的基本單元構(gòu)件圖。其中1-A型基磚銳角為α的直角梯形。
2-B型基磚外形同A型基磚，且在直角邊端有一孔。
3-C型基磚外形同B型基磚，但斜面中央有一凸出部。
4-D型基磚用于爐芯和爐墻接合部的A型基磚的輔型。
5-E型基磚用于爐芯和爐墻接合部的B型基磚的輔型。
6-隔板矩形平板。
7-斜板矩形平板，但側(cè)面形狀為梯形，其中一銳角為α，另一銳角為90°-α。
參照圖1，活化爐34的爐芯是由基磚1、2、3、4、5，隔板6和斜板7三種基本單元構(gòu)件堆砌組裝而成，基磚之間，隔板之間，基磚和隔板之間均用凸緣和凹槽配合。所說基磚1、2、3、4、5以一距離d成行排列，隔板6垂直插入相鄰兩行基磚之間，斜板7沿著基磚的斜邊插入，下端支承在下層相鄰兩行基磚之上，上端貼靠隔板6;相鄰兩層基磚的斜邊，朝向相反放置，并層層交替堆砌。由基磚1、2、3、4、5和隔板6構(gòu)成了兩兩相間的產(chǎn)品道8和內(nèi)煙道9，成為內(nèi)外并熱式的結(jié)構(gòu)，斜板7交替設(shè)置在產(chǎn)品道8內(nèi)，以翻拌物料，并形成橫向氣流通道11，使干燥和碳化過程得到強(qiáng)化。
活化爐34的爐芯，也可以由按上述三種基本單元構(gòu)件1、2、3、4、5、6、7組裝方式而整體成型的管節(jié)，堆砌組裝而成。
參照圖2和圖3，活化爐34的產(chǎn)品通道8各自獨立，即相互間不發(fā)生物料相混，但產(chǎn)品道8中的橫向氣流通道11卻逐個相通;在活化爐34的頂部設(shè)有加料口12;活化爐34可分為干燥段Ⅰ、燃燒碳化段Ⅱ和活化段Ⅲ等幾個部分?；罨癄t34爐芯的堆砌是基磚1、2、3、4、5以d距離成行排列，中間各行30、31、32全部采用B型基磚2砌成，在左側(cè)29和右側(cè)33兩行，各段不同。在右側(cè)33，相應(yīng)于匯煙室15的一段用C型基磚3，相應(yīng)于燃燒室17的一段用A型基磚1;相應(yīng)于燃燒室18的一段用B型基磚2。這種堆砌方式，使活化爐34內(nèi)的橫向氣流通道11依次與對應(yīng)的燃燒室16、17、18相通，內(nèi)煙道9右側(cè)上部與匯煙室16相通，內(nèi)煙道9左側(cè)下部與燃燒室18相通，活化爐34內(nèi)氣體總的流向成為沿著干燥段Ⅰ的橫向氣流通道11流向燃燒室16，然后沿著燃燒碳化段Ⅱ的橫向氣流通道11流向燃燒室17，再沿著活化段Ⅲ的橫向氣流通道11流向燃燒室18，接著轉(zhuǎn)折360°通過B型基磚2的孔進(jìn)入內(nèi)煙道9，并沿內(nèi)煙道9上升，最后轉(zhuǎn)折90°，通過C型基磚3的孔進(jìn)入?yún)R煙室15。緊靠爐底板10的幾層基磚，每行29、30、31、32、33均采用C型基磚3。在爐底板10以下有出料口13，它與下料管14連接，作為冷卻段，并與出料器19相連。
參照圖4，活化爐34附設(shè)燃室20，該外燃室連通活化爐34的燃燒室18，開爐時起用外燃室20，使活化爐34預(yù)熱。使活化爐34的匯煙室15與煙囪25之間，設(shè)置過熱蒸汽管22和余熱鍋爐24，兩者可以同時設(shè)置，也可以只設(shè)其中任意一個，利用煙氣余熱產(chǎn)生和過熱水蒸汽，通過管道23送入活化爐34內(nèi)，調(diào)整活化氣氛。
在運(yùn)行中，把碳質(zhì)物料從爐頂?shù)募恿峡?2加入，受重力作用，沿著產(chǎn)品道8逐漸向下移動，進(jìn)入干燥段Ⅰ，物料因隔板6壁面的傳熱而升溫，水分蒸發(fā)，因產(chǎn)品道內(nèi)斜板7的翻拌作用，使物料的干燥速度加快;物料進(jìn)入燃燒碳化段Ⅱ，所含的水分基本蒸發(fā)完畢，溫度升高，開始逸出揮發(fā)份，此時從活化爐的一次進(jìn)風(fēng)管26通入空氣，與逸出的揮發(fā)份在燃燒室16相混合而燃燒，燃燒熱使物料干燥所產(chǎn)生的水蒸汽過熱，燃燒所生成的燃燒氣，通過橫向氣流通道11，邊流動、邊燃燒，由于燃燒氣的流動和物料的不斷翻動，氣固接觸的表面經(jīng)常更新，傳熱傳質(zhì)過程得以強(qiáng)化，使物料溫度繼續(xù)上升，進(jìn)一步釋放出揮發(fā)份，又使揮發(fā)份燃燒，產(chǎn)生的熱量繼續(xù)加熱水蒸汽和物料，互為因果，最終使其達(dá)到活化溫度;燃燒碳化段Ⅱ生成的燃燒氣在燃燒室17與二次風(fēng)管28進(jìn)入的空氣混合，再次燃燒，然后進(jìn)入活化段Ⅲ，使物料產(chǎn)生活化反應(yīng);活化反應(yīng)后的氣體，稱為活化瓦斯，進(jìn)入活化瓦斯燃燒室18，與三次風(fēng)管27導(dǎo)入的空氣混合燃燒，生成燃燒產(chǎn)物，轉(zhuǎn)折360°，通過B型基磚2的園孔，進(jìn)入內(nèi)煙道9，與物料進(jìn)行間接換熱，然后通過C型基磚3的園孔，進(jìn)入?yún)R煙室15，排向煙囪25;活化后的物料，經(jīng)過冷卻段13、14，從出料器19排出。
由于煙囪25的抽吸作用，活化爐34內(nèi)通常維持3-5毫米水柱的負(fù)壓狀態(tài)，空氣可以從各進(jìn)風(fēng)管26、27、28吸入，也可采用送氣的辦法，但活化爐34內(nèi)不宜經(jīng)常處于正壓狀態(tài)。
當(dāng)原料中水分含量低于30%或產(chǎn)品性能有特殊要求時，可通入附加水蒸汽。附加水蒸汽可利用活化瓦斯為熱源，由余熱鍋爐24產(chǎn)生，經(jīng)管21送入過熱蒸汽管22，過熱后由管23送入爐內(nèi)。
廢活性炭采用重新活化的方法再生，反應(yīng)機(jī)理和過程與新活性炭制造沒有本質(zhì)的區(qū)別，可以看成只是原料的不同。無論粒狀炭還是粉狀炭再生，都能應(yīng)用本發(fā)明的活化方法和活化設(shè)備。但在粉狀炭再生時，應(yīng)先行將粉狀原料造粒，粒徑4-6毫米為宜，大部分廢粉狀炭，如葡萄糖脫色廢炭、谷氨酸鈉脫色廢炭，因本身具有粘性，造粒時不需添加粘結(jié)劑。
實施方案二在鞍式爐中應(yīng)用本發(fā)明的方法。
這是不改造鞍式爐的爐芯結(jié)構(gòu)，部分利用本發(fā)明活化方法的一種方式。第一是改變“活化瓦斯”的流動路線，“活化瓦斯”在燃燒室燃燒后直接導(dǎo)入補(bǔ)充碳化段外壁的原過熱水蒸汽通道，取代原來的過熱水蒸汽間接加熱原料，然后將該燃燒氣導(dǎo)入增設(shè)的過熱蒸汽室和余熱鍋爐，產(chǎn)生低壓中溫的過熱水蒸汽;第二是把上述低壓中溫的過熱水蒸汽，直接送入上遠(yuǎn)煙道，同時在上遠(yuǎn)煙道、中部煙道和下遠(yuǎn)煙道有控制地通入空氣，使碳質(zhì)物料受熱釋放的揮發(fā)份，以及水蒸汽活化生成的一氧化碳和氫，在爐內(nèi)燃燒，燃燒熱使?fàn)t內(nèi)保持穩(wěn)定的活化溫度;爐內(nèi)氣體從上向下流動，即和物料順流;第三將原有的定時定量出料的方式，改為連續(xù)出料。實施后可以革除蓄熱室，并實現(xiàn)能源自給，而且操作顯著減化。
權(quán)利要求
1.活性炭的活化方法，包括把碳質(zhì)物料從加料口送入活化爐內(nèi)，使其沿產(chǎn)品道移動，依次經(jīng)歷干燥、碳化和活化過程，然后把活化物從出料器排出，其特征在于在活化爐中，至少二級通入空氣，使與碳質(zhì)物料中揮發(fā)出的成分混合燃燒，所生成的燃燒氣與碳質(zhì)物料相接觸，并順流流動，既作為反應(yīng)過程的熱源，又作為碳質(zhì)物料的活化介質(zhì)，然后從活化反應(yīng)區(qū)流出。
2.按權(quán)利要求
1的活性炭的活化方法，其特征在于所產(chǎn)生的燃燒氣包含碳質(zhì)物料受熱產(chǎn)生的水蒸汽。
3.按權(quán)利要求
1的活性炭的活化方法，其特征在于所產(chǎn)生的燃燒氣包含通入的附加水蒸汽。
4.按權(quán)利要求
1、2、3的活性炭的活化方法，其特征在于燃燒氣與碳質(zhì)物料的順流流動，包含燃燒氣與碳質(zhì)物料間的錯流。
5.按權(quán)利要求
1、2、3的活性炭的活化方法，其特征在于活化反應(yīng)區(qū)流出的燃燒氣進(jìn)一步燃燒，所產(chǎn)生的燃燒氣與碳質(zhì)物料以間接方式進(jìn)行熱交換。
6.按權(quán)利要求
1、2、3的活性炭的活化方法，其特征在于活化反應(yīng)區(qū)流出的燃燒氣與水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生活化用的附加水蒸汽。
7.按權(quán)利要求
5的活性炭活化方法，其特征在于以間接方式進(jìn)行熱交換后的燃燒氣與水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生活化用水蒸汽。
8.活性炭的活化設(shè)備，該設(shè)備有一立式活化爐(34)，它的爐芯由特異型耐火磚(1、2、3、4、5)砌成，其特征在于該爐芯是由產(chǎn)品道(8)和內(nèi)煙道(9)構(gòu)成，且兩兩相間;在產(chǎn)品道內(nèi)交替設(shè)置斜板(7)，以翻拌物料，并形成橫向的氣流通道(11)，在爐上部與所說的橫向氣流通道(11)相垂直的一側(cè)有一匯煙室(15)，且與內(nèi)煙道(9)相通，在該匯煙室(15)的下部，至少設(shè)有一燃燒室(17)，在與所說橫向氣流通道(11)相垂直的另一側(cè)，至少設(shè)有二個燃燒室(16、18)，所有燃燒室(16、17、18)均與橫向氣流通道(11)相通，且每個燃燒室至少裝有一支通風(fēng)管(26、27、28)，以把氣體導(dǎo)入所對應(yīng)的燃燒室(16、17、18);燃燒室的設(shè)置，使上部的橫向氣流通道(11)的氣流，沿S形的路線，依次通過各燃燒室(16、17、18)，而達(dá)至下部最末一個燃燒室(18)，該最末的燃燒室與內(nèi)煙道(9)相通。
9.按權(quán)利要求
8的活性炭活化設(shè)備，其特征在于在活化爐、(34)中的匯煙室(15)和煙囪(25)之間，有一過熱蒸汽管(22)和余熱鍋爐(24)，用作產(chǎn)生附加水蒸汽，通過蒸汽管(23)把水蒸汽通入至少一個燃燒室(16、17)。
10.按權(quán)利要求
8的活性炭的活化設(shè)備，其特征在于基磚(1、2、3、4、5)以間距d或行排列;隔板(6)垂直置于相鄰兩行基磚之間，構(gòu)成兩兩相間的產(chǎn)品道(8)和內(nèi)煙道(9);斜板(7)貼靠基磚斜邊;相鄰兩層基磚斜邊，朝向相反放置，層層交替堆砌組裝成活化爐(34)的爐芯。
11.按權(quán)利要求
8、10的活性炭的活化設(shè)備，其特征在于基磚(1、2、3、4、5)之間，隔板(6)之間、隔板(6)和基磚(1、2、3、4、5)之間，均用凸緣和凹槽配合。
12.按權(quán)利要求
8、10的活性炭的活化設(shè)備，其特征在于活化爐(34)爐芯，可由按基磚(1、2、3、4、5)、隔板(6)和斜板(7)構(gòu)件組裝方式而整體成型的管節(jié)，堆砌組裝而成。
專利摘要
活性炭的活化方法與設(shè)備，使活性炭生產(chǎn)過程實現(xiàn)能源自給，并能適應(yīng)多種原料，實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。利用碳質(zhì)物料在爐內(nèi)干燥產(chǎn)生的水蒸汽，作為活化介質(zhì)，并采用多級通入空氣，燃燒物料中的易燃組分，燃燒熱直接加熱物料，并改善了活化氣氛?；罨癄t的爐芯用特異形耐火磚砌成產(chǎn)品道和內(nèi)煙道，且兩兩相間，成為內(nèi)外并熱式的結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)品道內(nèi)交替設(shè)置斜板，以翻拌物料，并形成橫向氣流通道。
文檔編號C01B31/10GK85103470SQ85103470
公開日1986年10月29日 申請日期1985年4月29日
發(fā)明者胡福昌, 沈榮生 申請人:浙江省林業(yè)科學(xué)研究所, 浙江遂昌縣林化廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan