固体含碳物干燥、炭化、活化一体化的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种将固体含碳物(特别是污水处理厂产生的污泥水解产物和褐煤)经过干燥、炭化、活化生产活性碳、半焦、焦油和燃气的方法和设备。它是依托一种一体化炉来实现的。有益效果是：炉型为竖井式，靠物料自重沿炉而下，炉内没有运动机构，结构简单、免维修、寿命长；干燥、炭化、活化、冷却，过程所需的热量采用梯级利用，热源单一、效率高；外热式传热，炉内气体量小，阻力低，可处理粉末状原料，自产燃气热值高；活性炭产率高。

【技术实现步骤摘要】
固体含碳物干燥、炭化、活化一体化的方法和设备
本专利技术涉及一种将固体含碳物(特别是污水处理厂产生的活性污泥产物和褐煤)经过干燥、炭化、活化生产活性碳、半焦、焦油和燃气的方法和设备。
技术介绍
固体含碳物有原生的煤、油母叶岩和煤矸石；次生的木材.农业秸杆、干果硬壳、有机固废和污水处理厂产生的活性污泥。由于它们含有数量不等的碳，经过燃烧，可提供热能。目前煤炭为人类提供了 80%以上的电能。随之带来了严重的环境问题。 随着城镇化提速，有机固废和污水处理厂产生的污泥的产量与日俱增，环境压力越来越大，常规的填埋和干化焚烧产生更加严重的环境问题。 活性炭是一种最常用的吸附材料，广泛用于食品工业、药物精制、石化工业和环境治理等方面。 我国的活性炭产量仅次于美国，居世界第二位，出口量世界第一，年出口量近10万吨。 活性炭活化方法分为化学法和物理法。化学法的缺点是:要消耗化学试剂、对设备腐蚀、污染环境、成本高，已逐步被物理法所取代。物理法是将固体含碳物炭化后，再在高温下(800-1000°C )，用水蒸汽或二氧化碳活化。 公知的活化炉有斯列普炉和多层盘式炉。斯列普炉间断生产，单台处理量低，只有几百吨/台.年，成本高；多层盘式炉为世界上普遍采用的炉型。其外壳呈圆筒形，活化原料从炉顶加入，靠中心轴带动的耙臂，低速(0.5-3rpm)逐盘翻动而下，与由下部送入的活化剂接触被活化。目前，该炉国内尚不能生产。这两种炉型只能完成活化，不能进行炭化，能效都很低。 近年来，褐煤的干燥、炭化提质备受关注，这是因为，全世界的褐煤地质储量约为4万亿吨，占全球煤炭地质储量的40%弱。据20世纪末的统计，我国已有探明褐煤保有储量1300亿吨，占全国煤炭总储量的13%左右。储量巨大。且埋藏深度浅，可采煤层厚，大多适宜露天开采，生产安全，开采成本低。 但是其热值低(一般在2700_3600Kcal/kg之间)，水分高(全水分在26-40%之间)，毛煤松软，孔隙率大，易碎裂，比表面积大，易风化、氧化，燃点低，发火期较短，外运困难。内蒙是我国的褐煤主产区，根据规划，到2020年，内蒙的褐煤生产能力将达到8000万吨/年，霍林河矿区将成为世界级的特大型褐煤露天矿。由于内蒙严重缺水，不可能大量发展坑口电站，所产褐煤必需外运。唯一的选择是将低质量的褐煤提质后外运。研制高效的褐煤提质技术仍当务之急。 褐煤中的水有三类，即自由水、内在水和结晶水。当褐煤加热到100°C以上时，大部分的自由水能够被蒸发。当褐煤在常压下继续加热到150°C以上时，褐煤结合水(内在水)开始被脱除，羟基官能团(主要是-C00H)发生分解，析出CO2气体，同时将褐煤的结合水(内在水)排除。进一步提高温度，将导致越来越多的羟基官能团分解，从而引起褐煤的表面性质改变。结晶水是和灰份共存的水，要在更高的温度下才能分解。 对于无需远途外运的提质褐煤，例如用于坑口电站的褐煤，仅需脱除自由水。需远途外运的提质褐煤，必需提高脱水深度，因为只脱除自由水的褐煤容易返潮。在更高的加热温度下，由于大量的羟基官能团分解，导致褐煤内部的毛细孔倒坍和产生交联。毛细孔倒坍可以阻止水分进入毛细孔；而交联反应则能够对毛细孔进行密封，阻止倒坍的毛细孔在吸收水分时再膨胀。另外，当褐煤温度被加热到200°c以上时，其表面积会大大减少。表面积减少的主要原因是由于在高温干燥条件下引起褐煤内部的焦油的强烈迁移，即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中，由于焦油冷凝，从而对毛细孔进行密封，并使褐煤的表面积减少。 由于上述过程，即毛细孔倒塌，交联和焦油迁移对毛细孔形成密封，结果褐煤变得越来越疏水，同时也能够观察到褐煤的硬化，这也导致褐煤的刚性结构的形成。其结果就是褐煤能够从软煤转换为硬煤，由亲水性转换为疏水性，从而可以实现褐煤的长途运输。 褐煤的这种最佳提质温度是褐煤的一种特质，有的褐煤可能是250°C，而有的褐煤可能要高达550°C以上，即达到低温干馏所需的温度，这应由实验确定。因此，本专利技术对褐煤的这种最佳提质温度未加限定。 公知的以长途外运为目的褐煤提质技术有多种。 可以把它们分类如下: 1.加热法: 1.1气体热载体，它们有: 滚筒提质；振动混流提质；带式炉提质；美国MR&E公司褐煤提质(LFC)技术；竖井式炉。 1.2固体热载体:大连理工大学的固体热载体低温干馏工艺，在上世纪80年代作过20T/d的工业性试验，目前在进行500吨/年的工业示范项目的前期阶段。尚有一个完善和成熟过程。 我国大唐国能煤干燥有限公司在鲁奇炉的基础上经过改进的建成了 1200T/d的商业化提质炉，历经三年多试验，迄未成功。竖井式炉是处理块状物料的一种重要工业炉。如高炉、煤气炉、立式石灰窑、煤和油母叶岩低温干馏炉……都有大规模的工业应用。对于这类炉子的布料、布气和传热、传质以及气体的流动规律均有深入的研究。对于在热加工过程中不发生粘结的褐煤来说，是首选的工业炉。这是由于:竖井式炉中气体热载体与被加工的块状固体直接、逆流换热，总传热系数大，热加工产物(如水蒸汽、煤气和焦油)随上升的气体带出外排，块状固体物料在炉内靠重力自动下移，无需外加机械力，和相应的机构，且处理强度大。 但是竖井式炉对原料的粒度一般不小于15mm，对原料的耐磨性和热崩性有严格的要求，否则，会因粉尘引起的堵塞严重影响操作。 竖井式炉另一重大缺点是，气体热载体与原料直接接触，和热解气态产物混合在一起，使炉内气态物质体积流量很大，增大流体阻力、使炉内温度层分布困难，增加出炉燃气处理难度和费用，降低出炉燃气的热值。 2机械法，它们有: 热脱水法；机械脱水法；热压脱水法 我国神宝公司褐煤提质工业试验性项目，将神宝公司露天矿产褐煤通过两级破碎变成3毫米以下的原煤后，再通过烘干挤压成型为洁净煤，发热量将由原来的3700kcal/kg提升为5500kcal/kg以上。目前，尚有一个完善和成熟过程。 近来活性炭需求旺盛，传统的生产方法已不适应需要，新的活性炭生产工艺和设备备受关注。国内外公开了上百项的专利申请。它们瞄准了两个目的:一是寻求廉价的废弃物循环利用，例如利用污水处理厂产生的污泥、有机固废、农业秸杆…来制造活性炭?’另一是寻求能一种连续化、大型化、结构简单、运行可靠、节能环保，能使干燥、炭化、活化一体化的商业化生产装置。 重点在寻求廉价的废弃物循环利用的重要专利有: 中国专利CN2010101224726公开了《H型炭化炉及其生产生物质活性炭和炭化燃气的方法》。缺点是活性炭成品率低、间歇操作、炉内有转动机构、产量低。 东南大学提出的中国专利CN20101057413008《一种污泥制备活性炭的方法及装置》公开了一种以含水量为80%的污水处理厂污泥为原料，采用化学活化，依次通过间歇式的浸溃釜、干燥机、炭化活化器、洗涤器和活性炭干燥机后制成成品工艺流程。未公开所有设备的结构和物料在此过程中运动情况，该项申请只是一种构思。缺点是:采用化学活化，腐蚀设备、污染环境，固态物料在多台间歇式设备中装卸，操作繁重落后，运行成本高，且产量有限。 南京工业大学提出的中国专利CN20111本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体含碳物干燥、炭化、活化一体化的方法和设备，炉型为竖井式，靠物料自重沿炉而下，是由料封段、干燥段、炭化段，活化段冷却段、卸料段和若干过渡段组合而成，其特征在于：进行干燥、炭化、活化、冷却，过程所需的热量采用梯级利用，单一的由一台燃烧室来的高温烟气提供，传热方式为外热式，用板片式换热器和螺旋板式换热器传热。

【技术特征摘要】
1.一种固体含碳物干燥、炭化、活化一体化的方法和设备，炉型为竖井式，靠物料自重沿炉而下，是由料封段、干燥段、炭化段，活化段冷却段、卸料段和若干过渡段组合而成，其特征在于:进行干燥、炭化、活化、冷却，过程所需的热量采用梯级利用，单一的由一台燃烧室来的高温烟气提供，传热方式为外热式，用板片式换热器和螺旋板式换热器传热。2.一种如权利要求1所述的固体含碳物干燥、炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴植仁，周群龙，
申请(专利权)人：宁波互联聚能环保技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33