本發(fā)明屬于活性炭制備技術領域，具體的涉及一種以生活污泥為原料制備活性炭的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

生活污泥和其他粘性含碳物料(如油田油性污泥、含礦塵泥、工業(yè)污泥、危險廢液)的熱化學轉化(如碳化、熱解、氣化)可產生固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)產物，這些產物按需求制成可回收、易利用、易運輸及易儲存的能源形態(tài)，可供熱發(fā)電或用作化工及其它產業(yè)的原料。根據原料不同和熱處理目的的差異，可采用碳化、氣化、熱解、液化或者其他相關的熱化學反應和工藝。若以生活污泥為原料，經碳化之后可以生產出油、氣和固體碳，部分替代煤、油、天然氣等資源。但是，為了確保經濟效益，仍然需要開發(fā)出對生活污泥熱解相合適的工藝路線。

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。活性炭是一種由含炭材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發(fā)達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料?；钚蕴坎牧现杏写罅咳庋劭床灰姷奈⒖住；钚蕴恐饕糜诔ニ械奈廴疚?、脫色、過濾凈化液體、氣體，還用于對空氣的凈化處理、廢氣回收(如在化工行業(yè)里對氣體“苯”的回收)、貴重金屬的回收及提煉(比如對黃金的吸收)，室內空氣中散發(fā)的污染氣體甲醛、苯、氨、甲苯等揮發(fā)氣體吸附作用較好。熱解污泥產生的熱解炭具有高度發(fā)達的孔隙結構和加多的表面負電荷，但是與活性炭的吸附能力相比差距甚遠，作為活性炭使用，需要進一步活化。

然而，目前制備活性炭的系統(tǒng)存在制備活性炭前段熱解過程管道堵塞、粉塵重、熱解效果差等問題，還存在制備活性炭裝置能耗高、熱量損失嚴重、制備活性炭品質差的問題，且在生產過程中會產生有毒有害氣體。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種將熱解爐和多段爐結合以污泥為原料制備活性炭的系統(tǒng)及方法，解決了熱解過程中出現(xiàn)管道堵塞、粉塵重、熱解效果差的問題，整個系統(tǒng)能耗低、熱損少，杜絕有毒有害氣體的產生。

本發(fā)明的目的之一是提供一種污泥制備活性炭的系統(tǒng)，包括：熱解爐、多段爐、蒸汽鍋爐和二氧化碳分離器；

所述熱解爐包括熱解原料入口、熱解炭出口、熱解油氣出口、燃燒器和可旋轉的盛放盤，所述燃燒器包括燃氣入口和煙氣出口，所述燃燒器位于所述熱解爐的上部，所述盛放盤位于所述熱解爐的底部；

所述多段爐包括熱解炭入口、氣體入口和活性炭出口；

所述蒸汽鍋爐包括水蒸氣出口；

所述二氧化碳分離器包括煙氣入口和二氧化碳出口；

所述熱解爐的熱解炭出口連接所述多段爐的熱解炭入口，所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口連接所述多段爐的氣體入口，所述燃燒器的煙氣出口連接所述二氧化碳分離器的煙氣入口，所述二氧化碳分離器的二氧化碳出口連接所述多段爐的氣體入口。

熱解爐用于污泥的熱解，熱解原料進入熱解爐后均勻鋪設在盛放盤上，熱解原料相對于盛放盤靜止，熱解原料在熱解爐中的時間可控。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述燃燒器包括多個平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管。每個蓄熱式輻射管內部燃燒氣氛與所述熱解爐爐膛內的熱解氣氛完全隔開。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，以污泥為原料，將熱解爐和多段爐聯(lián)用，以水蒸氣和二氧化碳為活化劑，制得的活性炭表面積適中，孔分布均勻。

進一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括烘干機，所述烘干機包括污泥入口和塊狀料出口，所述塊狀料出口連接所述熱解爐的熱解原料入口。

作為優(yōu)選的方案，該系統(tǒng)還包括冷卻分離器，所述冷卻分離器包括熱解油氣入口、熱解氣出口和熱解液出口，所述熱解爐的熱解油氣出口連接所述冷卻分離器的熱解油氣入口，所述冷卻分離器的熱解氣出口連接所述燃燒器的燃氣入口。

進一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)包括油水分離器，所述油水分離器包括熱解液入口、熱解油出口和熱解水出口，所述冷卻分離器的熱解液出口連接所述油水分離器的熱解液入口。

更進一步的，系統(tǒng)中的蒸汽鍋爐包括燃料入口和水入口，所述油水分離器的熱解油出口連接所述蒸汽鍋爐的燃料入口，所述油水分離器的熱解水出口連接所述蒸汽鍋爐的水入口。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，該系統(tǒng)還包括加熱器，所述加熱器包括氣體入口和氣體出口，所述蒸汽鍋爐的水蒸氣出口和二氧化碳分離器的二氧化碳出口連接所述加熱器的氣體入口，所述加熱器的氣體出口連接所述多段爐的氣體入口。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述的系統(tǒng)以污泥為原料制備活性炭的方法，包括以下步驟：

A、將熱解原料送入所述熱解爐進行熱解處理，獲得熱解炭和熱解油氣；

B、將所述熱解炭送入所述多段爐，由所述蒸汽鍋爐產生水蒸氣，所述二氧化碳分離器從燃燒器產生的煙氣中分離出二氧化碳，將所述水蒸氣和二氧化碳送入多段爐對所述熱解炭進行活化，獲得活性炭。

進一步的，所述步驟A之前還包括步驟：對污泥進行烘干處理，獲得熱解原料。

優(yōu)選的，本發(fā)明的方法還包括步驟：將所述熱解油氣送入所述冷卻分離器進行分離，獲得熱解氣和熱解液，將所述熱解氣送入所述熱解爐的燃燒器燃燒；將所述熱解液送入油水分離器進行分離，獲得熱解油和熱解水；將所述熱解油送入所述蒸汽鍋爐進行燃燒，將所述熱解水送入所述蒸汽鍋爐加熱，獲得水蒸氣。

具體的，所述步驟B中將所述水蒸氣和二氧化碳送入加熱器進行加熱，將加熱后的水蒸氣和二氧化碳送入所述多段爐。

本發(fā)明以污泥為原料制備活性炭的系統(tǒng)及方法，解決了制備活性炭前段熱解過程中管道堵塞、粉塵重、熱解效果差的問題；解決了制備活性炭裝置能耗高、熱量損失嚴重、制備活性炭品質差的問題；整個工藝簡單，易操作，能夠確保操作的穩(wěn)定性，整個系統(tǒng)杜絕有毒有害氣體產生；將分離獲得的熱解氣作為燃料供給燃燒器，實現(xiàn)熱量自供；有效降低熱解炭中焦油含量，從而有利于后續(xù)多段爐制備活性炭。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)示意圖；

圖2是發(fā)明實施例制備活性炭方法的流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發(fā)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(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)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(fā)明的限制。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，以污泥為原料，通過采用內部設置蓄熱式輻射管的熱解爐與現(xiàn)有的多段爐直接進行聯(lián)用制備活性炭，而無需對現(xiàn)有的多段爐進行改造，即可將熱解爐中產生的熱解炭送至多段爐進行活化產生活性炭。以水蒸氣和二氧化碳為活化劑，制得的活性炭表面積適中，孔分布均勻。

如圖1所示，一方面，本發(fā)明實施例提供一種污泥制備活性炭的系統(tǒng)，包括：烘干機100、熱解爐200、冷卻分離器300、油水分離器400、蒸汽鍋爐500、二氧化碳分離器600、加熱器700和多段爐800。

烘干機100將生活污泥烘干至適合熱解爐處理的塊狀料，從而保證熱解爐正常連續(xù)運轉，提高熱解效率。烘干機100包括污泥入口101和塊狀料出口102。

熱解爐200包括熱解原料入口201、熱解炭出口202、熱解油氣出口203、燃燒器204和可旋轉的盛放盤205。熱解原料入口201設置在熱解爐200的頂部，與烘干機的塊狀料出口102連接。

較傳統(tǒng)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(fā)明實施例的熱解爐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。

多個熱解油氣出口203設置在熱解爐200的頂部。根據熱解油氣的產量可以單獨開啟某個或多個熱解油氣出口，實現(xiàn)產油氣過程中熱解爐爐膛壓力的穩(wěn)定。整個熱解爐采用水封，熱解爐熱解原料入口采用兩級星型閥密封，確保整個爐膛內物料在無氧氣氛下進行熱解，同時使得熱解氣在整個爐膛內的停留時間超過3s，避免產生二噁英類物質。

燃燒器204包括燃氣入口206和煙氣出口207。燃燒器204位于熱解爐200的上部，以便對熱解原料進行加熱。熱解油氣出口203豎直方向上位于燃燒器204的上方。燃燒器204包括多個平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管。每個蓄熱式輻射管內部燃燒氣氛與所述熱解爐爐膛內的熱解氣氛完全隔開，確保了熱解油氣具有較高的熱值，同時有效抑制了有毒有害氣體的產生。

由于熱解爐200中采用蓄熱式輻射管為熱解過程提供熱源，可以通過調整通入蓄熱式輻射管的燃氣的流量來實現(xiàn)對熱解過程的精確控溫，并且該蓄熱式輻射管可以通過在兩端實現(xiàn)快速換向和蓄熱式燃燒，保證生活污泥熱解爐中溫度場的均勻性，從而可以顯著提高污泥的熱解效率。蓄熱式輻射管燃燒器可將常溫空氣溫度最高提高到450℃，同時燃燒產生的煙氣溫度可降至120℃以下。

盛放盤205位于熱解爐200的底部。盛放盤205用于盛放熱解原料，旋轉的盛放盤可保證熱解原料的均勻受熱。熱解原料在熱解過程中，相對盛放盤靜止不動，避免飛灰的產生。

本發(fā)明實施例的熱解爐可解決使用其他熱解裝置時部分固體物流化隨熱解氣進入管道和除塵系統(tǒng)導致堵塞和粉塵重的問題，同時解決了固體的流失會帶走部分熱量，導致熱損失嚴重的問題。以往的熱解裝置，固體在熱解裝置中的停留時間難控制，導致部分熱解炭還未徹底熱解就從出料口排出，熱解炭中會存在較多的焦油，而焦油的存在為后續(xù)熱解炭活化增加難度，降低活性炭的比表面積。本發(fā)明實施例的熱解爐不存在這些問題。

冷卻分離器300包括熱解油氣入口301、熱解液出口302和熱解氣出口303。熱解爐的熱解油氣出口203連接冷卻分離器熱解油氣入口301，冷卻分離器熱解氣出口303連接所述燃燒器燃氣入口206。冷卻分離器300包括間接冷卻器、電捕焦油器、脫硫器和脫氨塔。熱解產生的熱解油氣混合物，通過油氣分離獲得熱解氣燃燒可為熱解爐熱解提供熱量。

油水分離器400包括熱解液入口401、熱解油出口402和熱解水出口403。冷卻分離器熱解液出口302連接油水分離器熱解液入口401。通過油水分離器400可分離得到活化反應所需的活化劑和水氣化所需的熱源油，無需外供大量熱源和水，進而可以解決現(xiàn)有的制備活性炭系統(tǒng)運行費用高，工藝復雜的問題。

蒸汽鍋爐500包括燃料入口501、水入口502和水蒸氣出口503。油水分離器熱解油出口402連接蒸汽鍋爐燃料入口501，油水分離器熱解水出口403連接蒸汽鍋爐水入口502。蒸汽鍋爐500用分離后的熱解油加熱熱解水，加熱后得到的水蒸氣通過輸送管道送入后段。

二氧化碳分離器600包括煙氣入口601和二氧化碳出口602。熱解爐燃燒器的煙氣出口207連接二氧化碳分離器的煙氣入口601。二氧化碳分離器600用于將煙氣中的二氧化碳分離出來送至后段。

加熱器700包括氣體入口701和氣體出口702，蒸汽鍋爐水蒸氣出口503和二氧化碳分離器二氧化碳出口602連接加熱器氣體入口701。加熱器700用于氣體的余熱，使氣體達到多段爐活化所需反應溫度。從而大大提高熱利用率，從而降低能耗。本發(fā)明實施例中，加熱器700為蓄熱式加熱器。

多段爐800包括熱解炭入口801、氣體入口802和活性炭出口803。熱解爐熱解炭出口202連接多段爐熱解炭入口801，加熱器氣體出口702連接多段爐氣體入口802。多段爐800可將熱解炭進行活化處理，從而獲得活性炭。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將污泥熱解爐中產生的熱的熱解炭直接熱送至多段爐頂部與活化劑逆流接觸反應，不僅能夠確保多段爐直接制備活性炭，而且可以顯著提高能量利用率，并且有利于該制備活性炭系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

如圖2所示，另一方面，本發(fā)明實施例提供一種利用上述的系統(tǒng)以污泥為原料制備活性炭的方法，包括以下步驟：

1、污泥烘干：將生活污泥送至送入烘干機中，可將生活污泥烘干至含水率低于46％，獲得熱解原料。

2、裝入原料：將熱解原料送入熱解爐中，物料均勻布料在盛放盤上，料層厚度為100-200mm。

3、置換及氣密性檢測：確保整個制備活性炭系統(tǒng)內部閥門開啟，各個設備相通，向系統(tǒng)一端通入一定量氮氣或水蒸氣，將整個系統(tǒng)進行置換，排掉系統(tǒng)內空氣，關上放氣閥，確保整個系統(tǒng)的氣密性良好。

4、熱解：將熱解原料在熱解爐進行熱解處理，獲得熱解炭和熱解油氣。

5、油氣分離：將熱解油氣送入冷卻分離器進行分離，獲得熱解氣和熱解液，將熱解氣送入熱解爐的燃燒器燃燒。

6、油水分離：將熱解液送入油水分離器進行分離，獲得熱解油和熱解水。

7、水蒸氣制備：將分離得到的熱解水和熱解油送入蒸汽鍋爐中，用熱解油直燃裝置對熱解水進行加熱，制得180℃的低壓水蒸氣。

8、二氧化碳分離：將熱解爐燃燒器產生的煙氣送入二氧化碳分離器，分離出煙氣中的二氧化碳。

9、氣體預熱：將得到的水蒸氣和二氧化碳通入加熱器中進行加熱，將氣體溫度提高到700～900℃，達到多段爐活化所需反應溫度。

10、制備活性炭：將熱解炭和加熱后的氣體送入多段爐，對熱解炭進行活化，獲得活性炭。

實施例

以生活污泥為原料，利用生活污泥制備活性炭系統(tǒng)進行活性炭制備的步驟如下：

(1)將12噸含水率約80％的生活污泥進行烘干處理，獲得含水率低于46％的熱解原料；

(2)將熱解原料送入熱解爐進行熱解，物料均勻布料在盛放盤上，料層厚度為100mm。熱解得到熱解炭溫度為560℃，熱解油氣溫度為650℃，將產生的熱解炭送入多段爐；

(3)將熱解產生的熱解油氣送入冷卻分離器進行分離和凈化，從而獲得清潔的熱解氣和熱解液；

(4)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，可將常溫空氣溫度最高提高到350℃；

(5)將分離得到的熱解液送入油水分離器中進行分離，分別獲得熱解油和熱解水；

(6)將熱解油和熱解水送入蒸汽鍋爐裝置中，用熱解油直燃為熱解水供熱獲得水蒸氣；

(7)將燃燒器產生的煙氣送入二氧化碳分離器，分離出煙氣中的二氧化碳；

(8)將步驟(6)得到的水蒸氣和步驟(7)得到的二氧化碳送入加熱器進行加熱，將加熱后的氣體送入多段爐；

(9)將在步驟(8)中獲得的氣體與步驟(2)獲得的熱解炭在多段爐逆向接觸反應制得活性炭，多段爐反應溫度控制在860℃。

本發(fā)明所述工藝方法可長期平穩(wěn)操作，上述生活污泥制備活性炭的產率及其主要性質見表1。

表1

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(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復數(shù)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。