活性炭生产系统及方法与流程

本发明涉加工技术领域，特别涉及活性炭生产系统及方法。

背景技术：

活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称。通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。活性炭能够吸附空气中的有害气体分子，从而被广泛的用于空气净化的等领域，得到了大规模的生产。

目前，活性炭的生产主要是通过固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在400～900℃条件下用空气、二氧化碳、水蒸汽或三者的混合气体通过添加磷酸、氯化锌、氢氧化钾进行活化后产得。

然而，这种活性炭的生产方法需要添加化学药品，会造成环境污染，因此减少环境污染是目前生物质制备活性炭需要解决的一个难题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了活性炭生产系统及方法，能够环保地进行活性炭的生产。

第一方面，本发明实施例提供了活性炭生产系统，包括：

筛选机、破碎机、热解炉和分离器；

所述筛选机与所述破碎机相连，所述热解装置分别与所述破碎机和所述分离器相连；

所述筛选机，用于筛选预设含水率范围的生物质材料并将所述生物质材料输送给所述破碎机；

所述破碎机，用于将所述生物质材料破碎到预设大小的生物质颗粒，将所述生物质颗粒输送到所述热解炉；

所述热解炉，用于将所述热解炉中的热载体预热至预设温度，根据所述热载体的体积确定进入热解炉内部的所述生物质颗粒的体积，利用所述热载体将进入所述热解炉内部的所述生物质颗粒进行热解，将所述生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，将所述混合物输送给所述分离器；

所述分离器，用于将所述混合物进行气固分离，得到活性炭产品。

优选地，

所述筛选机，用于对生物质进行含水率检测，筛选出含水率为20％-35％的所述生物质材料，将所述生物质材料输送给所述破碎机。

优选地，

所述热解炉，用于将所述热载体加热至800-1300℃，控制与所述热载体的体积比不大于1：10的所述生物质颗粒进入所述热解炉内部，利用所述热载体加热所述生物质颗粒，将所述生物质颗粒中的水分加热为所述水蒸汽，利用所述水蒸汽对脱水后的所述生物质颗粒进行活化，产生所述高温气体和所述固体活性炭的混合物。

优选地，

所述分离器，用于带动进入所述分离器内部的混合物做旋转运动，所述固体活性炭在离心力和重力的作用下被分离出来，落入所述分离器的出料口，得到所述活性炭产品；高温气体从所述分离器的排气口排出。

优选地，

还包括：回收装置；

所述回收装置，用于回收所述分离器的排气口中排出的所述高温气体，利用所述高温气体加热水形成高温水蒸汽，将所述高温水蒸汽输送到所述热解炉中，以使所述高温水蒸汽对脱水后的所述生物质颗粒进行活化。

第二方面，本发明实施例提供了活性炭生产方法，包括：

筛选机筛选预设含水率范围的生物质材料并将所述生物质材料输送给所述破碎机；

破碎机将所述生物质材料破碎到预设大小的生物质颗粒，将所述生物质颗粒输送到所述热解炉；

热解炉将所述热解炉中的热载体预热至预设温度，根据所述热载体的体积确定进入热解炉内部的所述生物质颗粒的体积，利用所述热载体将进入所述热解炉内部的所述生物质颗粒进行热解，将所述生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，将所述混合物输送给所述分离器；

分离器将所述混合物进行气固分离，得到活性炭产品。

优选地，

所述筛选机对生物质进行含水率检测，筛选出含水率为20％-35％的所述生物质材料，将所述生物质材料输送给所述破碎机。

优选地，

所述热解炉将所述热载体加热至800-1300℃，控制与所述热载体的体积比不大于1：10的所述生物质颗粒进入所述热解炉内部，利用所述热载体加热所述生物质颗粒，将所述生物质颗粒中的水分加热为所述水蒸汽，利用所述水蒸汽对脱水后的所述生物质颗粒进行活化，产生所述高温气体和所述固体活性炭的混合物。

优选地，

所述分离器带动进入所述分离器内部的混合物做旋转运动，所述固体活性炭在离心力和重力的作用下被分离出来，落入所述分离器的出料口，得到所述活性炭产品；高温气体从所述分离器的排气口排出。

优选地，

还包括：回收装置回收所述分离器的排气口中排出的所述高温气体，利用所述高温气体加热水形成高温水蒸汽，将所述高温水蒸汽输送到所述热解炉中，以使所述高温水蒸汽对脱水后的所述生物质颗粒进行活化。

本发明实施例提供了活性炭生产系统及方法，生产系统包括：筛选机、破碎机、热解炉和分离器。筛选机与破碎机相连，热解装置分别与破碎机和分离器相连。筛选机用于筛选符合预设含水率范围的生物质材料，将符合含水率范围的生物质材料输送给破碎机。破碎机用于将输送来的生物质材料进行破碎至预设大小的生物质颗粒，将生物质颗粒输送给热解炉。热解炉用于将炉内的热载体预热至预设的温度，根据炉内的热载体的体积确定进入热解炉内部的生物质颗粒的体积；在炉内利用加热后的热载体对生物质颗粒进行热解，将所述生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，将混合物输送给分离器。分离器用于将混合物进行气固分离，得到活性炭产品。本发明提供的方案通过上述系统的交互，不用添加化学药品来进行活化，通过筛选出一定含水率的生物质材料，将生物质材料破碎成生物质颗粒，利用热载体将生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，再通过气固分离得到活性炭产品，从而环保地进行活性炭的生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的活性炭生产系统的示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一活性炭生产系统的示意图；

图3是本发明一实施例提供的活性炭生产方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称。通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在400～900℃条件下用空气、二氧化碳、水蒸汽或三者的混合气体进行氧化活化后获得。目前，活性炭的生产主要是通过固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600～900℃高温炭化，然后在400～900℃条件下用空气、二氧化碳、水蒸汽或三者的混合气体通过添加磷酸、氯化锌、氢氧化钾进行活化后产得，由于使用了化学药品，因此这种生产方式并不环保。

如图1所示，本发明实施例提供了活性炭生产系统，包括：

筛选机101、破碎机102、热解炉103和分离器104；

所述筛选机101与所述破碎机102相连，所述热解装置分别与所述破碎机102和所述分离器104相连；

所述筛选机101，用于筛选预设含水率范围的生物质材料并将所述生物质材料输送给所述破碎机102；

所述破碎机102，用于将所述生物质材料破碎到预设大小的生物质颗粒，将所述生物质颗粒输送到所述热解炉103；

所述热解炉103，用于将所述热解炉103中的热载体预热至预设温度，根据所述热载体的体积确定进入热解炉103内部的所述生物质颗粒的体积，利用所述热载体将进入所述热解炉103内部的所述生物质颗粒进行热解，将所述生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，将所述混合物输送给所述分离器104；

所述分离器104，用于将所述混合物进行气固分离，得到活性炭产品。

具体来说，由于活性炭的制作过程中需要水来进行氧化活化，因此筛选机用于筛选符合预设含水率范围的生物质材料，将符合含水率范围的生物质材料输送给破碎机。为了保证后续处理的效果，需要将生物质材料进行破碎，因此需要破碎机来完成这个功能。破碎机用于将输送来的生物质材料进行破碎至预设大小的生物质颗粒，将生物质颗粒输送给热解炉。热解炉用于将炉内的热载体预热至预设的温度，根据炉内的热载体的体积确定进入热解炉内部的生物质颗粒的体积；在炉内利用加热后的热载体对生物质颗粒进行热解，将所述生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，将混合物输送给分离器。分离器用于将混合物进行气固分离，得到活性炭产品。

生物质是二氧化碳和水利用太阳能生成的资源，资源分布广、产量大，是一种二氧化碳零排放、环境友好的可再生绿色资源，利用生物质直接制备活性炭具有非常重要的现实意义。生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。

在本发明一实施例中，所述筛选机101，用于对生物质进行含水率检测，筛选出含水率为20％-35％的所述生物质材料，将所述生物质材料输送给所述破碎机。

具体来说，在活性炭的生产过程中，需要用空气、二氧化碳、水蒸汽或三者的混合气体来进行氧化活化，在现有的方案中，需要另外将水加热至形成水蒸汽，利用加热后的水蒸汽来进行氧化活化的过程。这样的话，由于加热产生水蒸汽中损耗较大，因此需要使用大量的水来进行加热。本发明采用的生物质中自身含有水分，在加热过程中就会产生水蒸汽，产生的水蒸汽能够直接进行氧化活化的过程。如果生物质含水量过高或者过低，都会影响后续的氧化活化效果，经过实验，得出含水率为20％-35％的生物质材料最适合用来生产活性炭。筛选机中可以包括红外线水分测定仪，采用热解重量原理设计的，是一种新型快速水分检测仪器。水分测定仪在测量样品重量的同时，红外加热单元和水分蒸发通道快速干燥部分样品，在干燥过程中，水分仪持续测量并即时显示样品丢失的水分含量百分比，干燥程序完成后，最终测定的水分含量值被锁定显示。红外加热可以最短时间内达到最大加热功率，在高温下样品快速被干燥，其检测结果与国标烘箱法具有良好的一致性,具有可替代性,且检测效率远远高于烘箱法。一般样品只需几分钟即可完成测定。

此外，为了保证氧化活化过程的效率，本发明使用了破碎机来将生物质材料破碎到预设大小的生物质颗粒，将所述生物质颗粒输送到所述热解炉。

破碎机生产运作时,电机带动主轴及涡轮高速旋转(其转速最高可达700r/min)。涡轮与筛网圈上的磨块组成破碎、研磨副,其结构紧凑。当生物质材料由加料斗进入机腔内,使进入机腔的物料在旋转气流中紧密地摩擦和强烈地冲击到涡轮的叶片内边上,并在叶片与磨块之间的缝隙中再次研磨。在这破碎、研磨物料的同时,涡轮吸进大量空气,这些气体起到了冷却机器、研磨生物质材料及传送生物质颗粒的作用:生物质材料粉碎的细度取决于生物质材料的性质和筛网尺寸,以及物料和空气的通过量。破碎机的轴承部位装有特制的迷宫密封,可以有效地阻止粉尘进入轴承腔,从而延长了轴承的使用寿命。机门内装有二道o形橡胶密封圈,无粉尘泄漏而污染操作环境。

在本发明一实施例中，所述热解炉103，用于将所述热载体加热至800-1300℃，控制与所述热载体的体积比不大于1：10的所述生物质颗粒进入所述热解炉内部，利用所述热载体加热所述生物质颗粒，将所述生物质颗粒中的水分加热为所述水蒸汽，利用所述水蒸汽对脱水后的所述生物质颗粒进行活化，产生所述高温气体和所述固体活性炭的混合物。

具体来说，热载体是作为传热介质使用的有机物质的统称，热载体包括被称为热传导液(heattransferfluids)、导热油(hotoils)、有机传热介质(organicheattransfercarriers)、热媒(heatingmedia)等用于间接传热目的的所有有机介质。根据化学组成可分类为合成型有机热载体和矿物油型有机热载体；根据沸程可分类为气相有机热载体和液相有机热载体。在本发明的方案中，热载体可以选用金属氧化物制成的小磁球。预先在热解炉中设置热载体，在进行活性炭的生产前，热解炉预先将热载体加热至800-1300℃，这样预先加热之后，能够在生物质颗粒进入热解炉后立刻进行热解，提高了效率。为了保证热解的效果，热载体的体积比与进入热解炉内部的所述生物质颗粒的体积应该控制在1：10以下，如果进入的生物质颗粒过多，就有可能导致很多生物质颗粒无法被充分的热解。在热载体的加热下，生物质颗粒受热分解，生物质颗粒中的水分被加热产生了蒸汽，产生的蒸汽对脱水后的生物质颗粒进行氧化活化，生成高温气体和固体活性炭的混合物，将混合物输送给分离器进行气固分离。

在本发明一实施例中，所述分离器104，用于带动进入所述分离器内部的混合物做旋转运动，所述固体活性炭在离心力和重力的作用下被分离出来，落入所述分离器104的出料口，得到所述活性炭产品；高温气体从所述分离器104的排气口排出。

具体来说，分离器可以选用旋风分离器。旋风分离器，是用于气固体系或者液固体系的分离的一种设备。工作原理为靠气流切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的固体颗粒或液滴甩向外壁面分开。是工业上应用很广的一种分离设备。由于颗粒所受的离心力远大于重力和惯性力，所以分离效率较高。旋风分离器主要结构是一个圆锥形筒，筒上段切线方向装有一个气体入口管，圆筒顶部装有插入筒内一定深度的排气管。混合物以12—30m/s速度进入旋风分离器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分，沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下朝锥体流动。此外，固体活性炭在离心力的作用下，被甩向器壁，固体活性炭一旦与器壁接触，便失去惯性力，而靠器壁附近的向下轴向速度的动量沿壁面下落，进入出料口，由出料口落入收集袋里，得到活性炭产品。

在本发明一实施例中，如图2所示，系统进一步包括：回收装置201；

所述回收装置201，用于回收所述分离器104的排气口中排出的所述高温气体，利用所述高温气体加热水形成高温水蒸汽，将所述高温水蒸汽输送到所述热解炉103中，以使所述高温水蒸汽对脱水后的所述生物质材料进行活化。

为了增加资源的利用效率，从分离器中备分离出来的高温气体会进入回收装置，回收装置利用高温气体流动的热量加热水，形成高温水蒸气，将高温水蒸气输送回热解炉中，进入热解炉中的高温水蒸气能够帮助热解炉的生物质进行活化，进一步提高了资源的利用效率。

如图3所示，本发明实施例提供了活性炭生产方法，该方法包括以下步骤：

步骤301：筛选机筛选预设含水率范围的生物质材料并将所述生物质材料输送给所述破碎机。

步骤302：破碎机将所述生物质材料破碎到预设大小的生物质颗粒，将所述生物质颗粒输送到所述热解炉。

步骤303：热解炉将所述热解炉中的热载体预热至预设温度，根据所述热载体的体积确定进入热解炉内部的所述生物质颗粒的体积，利用所述热载体将进入所述热解炉内部的所述生物质颗粒进行热解，将所述生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，将所述混合物输送给所述分离器。

步骤304：分离器将所述混合物进行气固分离，得到活性炭产品。

在本发明一实施例中，所述筛选机对生物质进行含水率检测，筛选出含水率为20％-35％的所述生物质材料，将所述生物质材料输送给所述破碎机。

在本发明一实施例中，所述热解炉将所述热载体加热至800-1300℃，控制与所述热载体的体积比不大于1：10的所述生物质颗粒进入所述热解炉内部，利用所述热载体加热所述生物质颗粒，将所述生物质颗粒中的水分加热为所述水蒸汽，利用所述水蒸汽对脱水后的所述生物质颗粒进行活化，产生所述高温气体和所述固体活性炭的混合物。

在本发明一实施例中，所述分离器带动进入所述分离器内部的混合物做旋转运动，所述固体活性炭在离心力和重力的作用下被分离出来，落入所述分离器的出料口，得到所述活性炭产品；高温气体从所述分离器的排气口排出。

在本发明一实施例中，该方法还包括：回收装置回收所述分离器的排气口中排出的所述高温气体，利用所述高温气体加热水形成高温水蒸汽，将所述高温水蒸汽输送到所述热解炉中，以使所述高温水蒸汽对脱水后的所述生物质颗粒进行活化。

上述装方法内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明系统实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明系统实施例中的叙述，此处不再赘述。

为了使本发明提供的方案更加清楚，下面通过对活性炭生产系统的工作描述来进行说明。

1、筛选新鲜生物质，控制新鲜生物质含水率，20-35％，破碎到热解系统所需；

2、将热载体循环预热至800-1300℃；

3、控制好生物质和热载体的比例，开始进破碎好的生物质原料，生物质：热载体比例不得大于1:10；

4、产生热解产物经旋风分离出气固产物，气体经处理，余热回收利用、净化后一部分供热利用，一部分外销；

5、气体处理过程中产生的水可以用来产生蒸汽，用来弥补生物质活化蒸汽。

本发明各个实施例至少具有以下优点：

1、在本发明实施例中，通过上述系统的交互，不用添加化学药品来进行活化，通过筛选出一定含水率的生物质材料，将生物质材料破碎成生物质颗粒，利用热载体将生物质颗粒制成高温气体和固体活性炭的混合物，再通过气固分离得到活性炭产品，从而环保地进行活性炭的生产。

2、在本发明实施例中，利利用新鲜生物质自身大量水，强加热过程中产生蒸汽，热解过程直接活化生物炭制备活性炭，提高了蒸汽对生物炭的活化效率。

3、在本发明实施例中，利用热载体为热源，对生物质进行强加热。

4、在本发明实施例中，在热解过程中对生物炭进行活化，简化了活性炭生产工艺。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，fpga或asic)来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。

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