一種煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)，包括反應(yīng)室、熱量回收單元、氣固分離器、氣體分離器和活化單元；所述反應(yīng)室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連；所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連；所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)綜合利用煤氣化制備合成氣過程中產(chǎn)生的半焦和二氧化碳，提高了系統(tǒng)的能源利用率，活化過程可控，能制得高比表面積的活性炭。
【專利說明】
一種煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)，屬于化工生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭是一種具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和超高比表面積的特殊多孔性炭材料。作為一種傳統(tǒng)而又新穎的炭材料，具有比表面積大、導(dǎo)電性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好、再生性能較好、吸附容量大以及不溶于大多數(shù)的溶劑等特點(diǎn)，因此早已廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、氣體的富集和分離、食品加工、超級(jí)電容器的電極材料、藥物精制、催化劑及催化劑載體、軍事化學(xué)保護(hù)等領(lǐng)域。活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)大小差別很大，不同的孔隙結(jié)構(gòu)具有不同的機(jī)能，可將孔分成三類:孔隙的直徑小于2nm為微孔;孔隙的直徑介于2?50nm的為中孔;孔隙直徑大于50nm的為大孔。
[0003]活性炭制備方法主要包括物理活化法和化學(xué)活化法，物理活化法一般是指在一定溫度下，將炭化料與水蒸氣、二氧化碳、氧氣或它們的混合氣等活化氣體進(jìn)行反應(yīng)，使炭化料活化的一類活化方法?；瘜W(xué)活化法是指利用化學(xué)試劑對(duì)活化對(duì)象進(jìn)行活化的一類方法。化學(xué)活化法活化溫度比物理活化法低，容易形成細(xì)的孔隙結(jié)構(gòu)，但化學(xué)活化對(duì)設(shè)備腐蝕性大，污染環(huán)境，其制得的活性炭中殘留有化學(xué)藥品活化劑，應(yīng)用方面受到限制。與化學(xué)活化相比，物理活化制備活性炭的生產(chǎn)工藝簡單、清潔，不存在設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染的問題，制得的活性炭不需要清洗，可直接使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種用煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)。
[0005]具體而言，所述系統(tǒng)包括反應(yīng)室、熱量回收單元、氣固分離器、氣體分離器活化單
J L ο
[0006]所述反應(yīng)室、熱量回收單元以及氣固分離器順次相連；
[0007]所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，氣體出口與所述氣體分離器相連；
[0008]所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。
[0009]本實(shí)用新型中，所述活化單元包括依次連接的活化室和成品室。在所述活化室內(nèi)，經(jīng)氣體分離器分離得到的二氧化碳作為活化劑，在800?950°C下對(duì)氣固分離器分離得到的固體產(chǎn)物半焦進(jìn)行活化，得到微孔發(fā)達(dá)、高比表面積的活性炭。采用直接回收得到的半焦作為原料，其粒徑非常均勻，適合作為活化原料制得優(yōu)質(zhì)活性炭，并且避免氣體分離的半焦作為廢棄物處理，實(shí)現(xiàn)固體廢物資源化利用的目的。
[0010]在連接過程中，所述活化室的固體出口連接于所述成品室的固體入口。所述成品室上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱裝置，用于對(duì)活性炭降溫的同時(shí)對(duì)二氧化碳進(jìn)行預(yù)熱升溫?；罨瘎┒趸荚谶M(jìn)入活化裝置前，首先通過半焦活化后得到的高溫活性炭，回收活化制備活性炭過程中產(chǎn)生的熱量，提高活化劑二氧化碳的溫度后進(jìn)入活化系統(tǒng)，降低運(yùn)行能耗，同時(shí)無需外加冷卻系統(tǒng)可直接對(duì)活性炭進(jìn)行降溫冷卻。
[0011]所述氣固分離器的固體出口與活化室的固體入口相連，所述氣體分離器的二氧化碳出口連接至所述二氧化碳預(yù)熱裝置，所述二氧化碳的預(yù)熱裝置的出口連接至活化室的進(jìn)氣口。反應(yīng)室內(nèi)生成的產(chǎn)物經(jīng)熱量回收后，進(jìn)入所述氣固分離器進(jìn)行氣固分離，分別得到氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物;其中，所述固體產(chǎn)物主要包括半焦。
[0012]本實(shí)用新型中，所述氣體分離器可采用變壓吸附塔，通過變壓吸附分離，可分別得到二氧化碳和還原性氣體。
[0013]本實(shí)用新型中，所述反應(yīng)室可采用氣化爐。所述氣化爐可包含冷卻層，其中通入冷卻換熱介質(zhì)，所述冷卻換熱介質(zhì)下進(jìn)上出，被氣化爐內(nèi)的熱源加熱。所述冷卻換熱介質(zhì)可以為軟化水，與氣化爐內(nèi)換熱后得到飽和軟化水，可產(chǎn)生蒸汽外供。
[0014]本實(shí)用新型中，所述熱量回收單元包括熱量回收裝置，所述熱量回收裝置上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道，所述氧氣預(yù)熱通道的出口連接至所述氣化爐的原料入口。
[0015]本實(shí)用新型所述活化室與氣體分離器之間還可以設(shè)有煙氣凈化裝置，所述活化室的出氣口與所述煙氣凈化裝置的進(jìn)氣口相連;所述煙氣凈化裝置輸出的氣體與所述氣固分離器輸出的氣體混合后通入氣體分離器。由于半焦活化制備活性炭的過程中所產(chǎn)生的煙氣成分以一氧化碳為主，還含有部分未參與反應(yīng)和反應(yīng)生成的二氧化碳，經(jīng)煙氣凈化裝置凈化除塵后，與上述煤氣化反應(yīng)產(chǎn)生的合成氣混合，通過變壓吸附系統(tǒng)提取有效氣體成分一氧化碳和氫氣；同時(shí)，二氧化碳得以濃縮，活化效果更佳。
[0016]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括固固換熱器和混合器。所述固固換熱器設(shè)有煤粉入口和灰渣入口 ；所述反應(yīng)室的灰渣出口與所述灰渣入口相連;所述氣固分離器的固體出口和所述固固換熱器的出口分別與所述混合器的入口相連;所述混合器的出口與所述活化單元的固體入口相連。
[0017]在實(shí)際生產(chǎn)過程中，煤和預(yù)熱后的氧氣送入氣化爐內(nèi)發(fā)生部分氧化反應(yīng)，反應(yīng)所得高溫氣體產(chǎn)物經(jīng)換熱后，進(jìn)入氣固分離器分離為氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物;所述氣體產(chǎn)物經(jīng)變壓吸附分離為還原氣和二氧化碳，該二氧化碳經(jīng)過活化室的產(chǎn)物高溫活性炭被預(yù)熱;氣化爐排出的高溫固體灰渣與煤粉通過固體熱載體方式進(jìn)行換熱，煤粉被干餾后得到半焦；所述煤粉被干餾后所得的半焦與氣固分離器收集的半焦在混合器中混合后進(jìn)入活化室，與預(yù)熱后的二氧化碳反應(yīng)活化制得活性炭。
[0018]利用本實(shí)用新型所述的裝置制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0019]I)將煤和預(yù)熱至500?700°C后的氧氣，通往反應(yīng)室，反應(yīng)得到1200?1500°C的高溫產(chǎn)物；
[0020]2)所述高溫產(chǎn)物經(jīng)熱量回收裝置降溫后通入氣固分離器，得到氣體產(chǎn)物和半焦，所述氣體產(chǎn)物通向氣體分離器，所述半焦進(jìn)入活化單元；
[0021]3)所述氣體產(chǎn)物中的二氧化碳經(jīng)氣體分離器分離后，經(jīng)二氧化碳預(yù)熱裝置預(yù)熱至800?950 0C后通入活化單元，與其中的半焦反應(yīng)生成活性炭。
[0022]所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含固固換熱器和混合器時(shí)，氣化爐排出的高溫固體灰渣與煤粉通過固體熱載體方式進(jìn)行換熱，煤粉被干餾后得到半焦;所述煤粉被干餾后所得的半焦與氣固分離器收集的半焦在混合器中混合后進(jìn)入活化單元，與預(yù)熱后的二氧化碳反應(yīng)活化制得活性炭。
[0023]所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含煙氣凈化裝置時(shí)，在所述活化單元內(nèi)反應(yīng)生成的高溫?zé)煔饨?jīng)煙氣凈化裝置處理后，與步驟2)所得氣體產(chǎn)物混合，所得混合氣通入氣體分離器，進(jìn)行步驟3)所述分離以及后續(xù)步驟。
[0024]本實(shí)用新型所述的裝置具有如下有益效果:
[0025](I)綜合利用煤氣化制備合成氣過程中產(chǎn)生的半焦和二氧化碳，提高了系統(tǒng)的能源利用率；
[0026](2)利用二氧化碳作為活化劑制備活性炭，活化過程可控，能制得高比表面積的活性炭；
[0027](3)相較于化學(xué)活化法來說，利用二氧化碳作為活化劑，活化過程對(duì)設(shè)備腐蝕小，對(duì)環(huán)境無污染；
[0028](4)回收利用活化過程中產(chǎn)生的碳氧化合物(一氧化碳)，以及產(chǎn)物高溫活性炭的熱量，提高系統(tǒng)的能源和熱量利用率；
[0029](5)采用本系統(tǒng)在制得還原氣的同時(shí)，副產(chǎn)大量的活性炭，熱量利用率高；
[0030](6)本實(shí)用新型利用煤氣化部分氧化過程中產(chǎn)生的半焦制備活性炭，原料中不含各種氧化物(硅、鋁等灰分)存在，更有益于得到微孔發(fā)達(dá)的活性炭。
【附圖說明】
[0031]圖1為煤氣化半焦制備活性炭系統(tǒng)；圖中:1、氣化爐;2、固體灰渣入口；3、熱量回收裝置;4、氧氣預(yù)熱通道;5、氣固分離器;7、氣體分離器;8、活化室;9、成品室；10、煙氣凈化裝置;11、二氧化碳預(yù)熱裝置;12、固固換熱器;13、混合器;14、煤粉入口。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。
[0033]實(shí)施例1
[0034]本實(shí)施例涉及一種利用煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)部分參考圖1，包括氣化爐1、熱量回收裝置3、氣固分離器5、氣體分離器7和活化單元；
[0035]所述氣化爐1、熱量回收裝置3和氣固分離器5順次相連；
[0036]所述活化單元包括依次連接的活化室8和成品室9，所述成品室9上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱裝置11;
[0037]所述氣固分離器5的固體出口與所述活化室8的固體入口相連，氣體出口與所述氣體分離器7的入口相連；
[0038]所述氣體分離器7的二氧化碳出口經(jīng)過所述二氧化碳預(yù)熱裝置11與所述活化室8的氣體入口相連。
[0039]本實(shí)施例所述系統(tǒng)中，所述氣化爐可包含冷卻層，其中通入冷卻換熱介質(zhì)，所述冷卻換熱介質(zhì)下進(jìn)上出，被氣化爐內(nèi)的熱源加熱。所述冷卻換熱介質(zhì)可以為軟化水，與氣化爐內(nèi)換熱后得到飽和軟化水。
[0040]實(shí)施例2
[0041]本實(shí)施例涉及一種利用煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)部分參考圖1，與實(shí)施例I相比，其區(qū)別在于:所述系統(tǒng)還包括固固換熱器12和混合器13;
[0042]所述固固換熱器12設(shè)有固體灰渣入口2和煤粉入口 14;所述氣化爐I的灰渣出口與所述灰渣入口 2相連；
[0043]所述氣固分離器5的固體出口和所述固固換熱器12的半焦出口分別與所述混合器
13的入口相連；
[0044]所述混合器13的出口與所述活化室8的固體入口相連。
[0045]實(shí)施例3
[0046]本實(shí)施例涉及一種利用煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，與實(shí)施例2相比，其區(qū)別在于:所述活化室8與氣體分離器之間設(shè)有煙氣凈化裝置10;
[0047]所述活化室8的煙氣出口與所述煙氣凈化裝置10的入口相連；
[0048]所述煙氣凈化裝置10的氣體輸出管道與所述氣固分離器5的氣體輸出管道合并后與所述氣體分離器7的入口相連。
[0049]實(shí)施例4
[0050]本實(shí)施例涉及利用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0051 ] I)將煤和預(yù)熱至500?700 °C后的氧氣，通過反應(yīng)室頂置噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)得到高溫產(chǎn)物；
[0052]2)所述高溫產(chǎn)物經(jīng)熱量回收裝置降溫后通入氣固分離器，得到氣體產(chǎn)物和半焦，所述氣體產(chǎn)物通向氣體分離器，所述半焦進(jìn)入活化單元；
[0053]3)氣體分離器內(nèi)分離得到二氧化碳和還原氣;所述二氧化碳經(jīng)二氧化碳預(yù)熱裝置預(yù)熱至950°C后通入活化單元，與其中的半焦反應(yīng)生成比表面積約為3200m2/g的活性炭。
[0054]實(shí)施例5
[0055]本實(shí)施例涉及利用實(shí)施例1所述的系統(tǒng)制備活性炭的方法，包括如下步驟:
[0056]I)將煤和預(yù)熱至500?700 °C后的氧氣，通過反應(yīng)室頂置噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)得到高溫產(chǎn)物；
[0057]2)所述高溫產(chǎn)物經(jīng)熱量回收裝置降溫后通入氣固分離器，得到氣體產(chǎn)物和半焦，所述氣體產(chǎn)物通向氣體分離器，所述半焦進(jìn)入活化單元；
[0058]3)氣體分離器內(nèi)分離得到二氧化碳和還原氣;所述二氧化碳經(jīng)二氧化碳預(yù)熱裝置預(yù)熱至880°C后通入活化單元，與其中的半焦反應(yīng)生成比表面積約為3080m2/g的活性炭。
[0059]實(shí)施例6
[0060]本實(shí)施例涉及利用實(shí)施例2所述的系統(tǒng)制備活性炭的方法，與實(shí)施例4相比，區(qū)別在于:
[0061]氣化爐排出的高溫固體灰渣與煤粉通過固體熱載體方式進(jìn)行換熱，煤粉被干餾后得到半焦;所述煤粉被干餾后所得的半焦與氣固分離器收集的半焦在混合器中混合后進(jìn)入活化單元，與預(yù)熱后的二氧化碳反應(yīng)活化制得活性炭。
[0062]實(shí)施例7
[0063]本實(shí)施例涉及利用實(shí)施例3所述的系統(tǒng)制備活性炭的方法，與實(shí)施例6相比，區(qū)別在于:
[0064]在所述活化單元內(nèi)反應(yīng)生成的高溫?zé)煔饨?jīng)煙氣凈化裝置處理后，與步驟2)所得氣體產(chǎn)物混合，所得混合氣通入氣體分離器，進(jìn)行步驟3)所述分離以及后續(xù)步驟。
[0065]本實(shí)施例提供的方法可以對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行充分的回收利用，尤其對(duì)其中的一氧化碳進(jìn)行回收利用。
[0066]雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、【具體實(shí)施方式】及試驗(yàn)，對(duì)本實(shí)用新型作了詳盡的描述，但在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實(shí)用新型精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤氣化半焦制備活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，包括反應(yīng)室，熱量回收單元，氣固分離器、氣體分離器和活化單元； 所述反應(yīng)室、熱量回收單元和氣固分離器順次相連； 所述氣固分離器的固體出口與所述活化單元相連，所述氣固分離器的氣體出口與所述氣體分離器相連； 所述氣體分離器的二氧化碳出口與所述活化單元相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括固固換熱器和混合器； 所述固固換熱器設(shè)有煤粉入口和灰渣入口 ；所述反應(yīng)室的灰渣出口與所述灰渣入口相連； 所述氣固分離器的固體出口和所述固固換熱器的出口分別與所述混合器的入口相連； 所述混合器的出口與所述活化單元的固體入口相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述活化單元包括依次連接的活化室和成品室，所述成品室上設(shè)有二氧化碳預(yù)熱裝置； 所述氣體分離器的二氧化碳出口經(jīng)過所述二氧化碳預(yù)熱裝置與所述活化室的進(jìn)氣口相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體分離器為變壓吸附塔。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室為氣化爐。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱量回收單元包括熱量回收裝置，所述熱量回收裝置上設(shè)有氧氣預(yù)熱通道，所述氧氣預(yù)熱通道的出口連接至所述反應(yīng)室的原料入口。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述活化室與氣體分離器之間設(shè)有煙氣凈化裝置； 所述活化室的出氣口與所述煙氣凈化裝置的進(jìn)氣口相連。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣凈化裝置的氣體輸出管道與所述氣固分離器的氣體輸出管道合并后與所述氣體分離器的入口相連。
【文檔編號(hào)】C01B31/10GK205575655SQ201620350196
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】張 林, 吳志紅, 楊驥
【申請(qǐng)人】江蘇省星霖碳業(yè)股份有限公司