活性炭制造系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种活性炭制造系统，其在制造活性炭时，高效地将木质材料、碳化物加热，而能够进行干燥、碳化、活化的各处理，并且能够抑制与活性炭的制造相关的环境负荷。即，通过借助于适当温度的饱和水蒸汽的加热来执行木质材料的干燥工序，并且通过借助于过热水蒸汽的加热来执行木质材料的初始碳化工序，从而能够高效地传热并将木质材料加热，能够抑制热损失，并且在这样加热时不会从干燥装置10、第1碳化装置21中排出含有有害成分的气体，能够进一步减少对环境的不良影响。此外，通过由木质废弃物高效地制造活性炭以能够使用，从而不会浪费废弃物中所含的有用物质，能够实现有效地利用，减少废弃物的量，也能够抑制对环境的影响。
【专利说明】活性炭制造系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对经削片的木材、木片、废料等木质材料进行处理而制造活性炭的活性炭制造系统。
【背景技术】
[0002]对于除了将木材制成材料、加工后的木片、木屑之外，修剪了的树木的树枝、树皮、采伐树木、或者将废料粉碎所得的木质切屑等木质废弃物，以往，通过焚烧、填埋等来处理的情况较多，但近年来，考虑到这样的焚烧、填埋等处理对环境造成的影响，为了有效地利用废弃物而减少被处理的废弃物的量，提出了将木质废弃物碳化、活化来制作活性炭而供于利用的方法。
[0003]作为制造这种活性炭的以往的装置的一个例子，有日本特开2004-161574号公报中所记载的装置。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2004-161574号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]以往的活性炭制造装置如所述专利文献中所示，通过在炉内将木质废弃物等木质材料碳化，生成碳化物，进而将该碳化物活化，从而制造活性炭。在木质材料的碳化、以及碳化物的活化的各工序中，需要加热木质材料、碳化物，对容纳于炉内的木质材料、碳化物，供给大量的热。作为用于这样的加热的热源，一般使用通过化石燃料的燃烧而产生的热。
[0009]然而，在碳化、活化的各工序中，将化石燃料的燃烧气体的热向炉内的木质材料、碳化物传导时的热传递效率在经由炉壁传热的外燃式的情况下，因来自于化石燃料的燃烧气体的性质的原因而变得极低。因此具有以下这样的问题:热损失大，为了可靠地进行所述各工序而需要大量的燃料，并且在燃料的获得性存在问题的情况下，容易陷入无法适当地进行处理的状态。
[0010]此外，由于化石燃料为可燃物，因此在操作上有限制，容易受到使用场所等的制约。因此，进行使用了化石燃料的活性炭的制造的场所受限，难以在产生木质废弃物的位置附近实现利用其制造活性炭这样的简单且浪费少的制造环境。此外还具有以下这样的问题:使用后的废气含有大气污染成分，而还需要考虑其对环境的影响的对策等，由于使用化石燃料而活性炭的制造成本变得更大。进而，从废气含有作为温室效应气体的二氧化碳的方面考虑，也担忧对地球变暖的影响。
[0011]本发明是为了消除上述问题而提出的，其目的在于提供一种活性炭制造系统，其在制造活性炭 时，高效地将木质材料、碳化物加热，而能够进行干燥、碳化、活化的各处理，并且能够抑制与活性炭的制造相关的环境负荷。[0012]用于解决课题的方法
[0013]本发明的活性炭制造系统，至少具备:干燥装置，将小片状的木质材料加热并使其干燥；碳化部，将干燥了的所述木质材料加热并碳化；以及活化装置，将所述木质材料的碳化了的碳化物活化而形成活性炭，所述干燥装置是外热式装置，其使用约100至120°C的饱和水蒸汽作为热源，从炉外加热容纳于炉内的加热对象物，所述碳化部具有:一个或多个第I碳化装置，其是外热式装置，使用约150至400°C的过热水蒸汽作为热源，从炉外加热容纳于炉内的加热对象物；以及一个或多个第2碳化装置，其是以约400至800°C的热源从炉外加热容纳于炉内的加热对象物的装置，配设于所述第I碳化装置的后段侧，所述活化装置是以约800至950°C的热源从炉外加热容纳于炉内的碳化物的装置，在所述干燥装置中使用后的饱和水蒸汽、以及在所述第I碳化装置中使用后的过热水蒸汽在冷凝成水后再次被加热而作为所述饱和水蒸汽以及过热水蒸汽循环使用。
[0014]这样，根据本发明，通过借助于适当温度的饱和水蒸汽的加热来执行木质材料的干燥工序,并且通过借助于过热水蒸汽的加热来执行木质材料的初始碳化工序,从而能够高效地传热并将木质材料加热，能够抑制热损失，并且在这样加热时不会从干燥装置、第I碳化装置中排出含有有害成分的气体，能够进一步减少对环境的不良影响。此外，通过由木质废弃物高效地制造活性炭以能够使用，从而不会浪费废弃物中所含的有用物质，能够实现有效地利用，减少废弃物的量，也能够抑制对环境的影响。
[0015]此外，本发明的活性炭制造系统根据需要使所述碳化部的第2碳化装置中所使用的热源、和/或活化装置中所使用的热源为通过将水电解所得的氢与氧的混合气体的燃烧而得到的燃烧气体。
[0016]这样，根据本发明，以作为第2碳化装置等中所使用的热源的燃烧气体为氢与氧的混合气体，使通过燃烧而产生的物质仅为水，从而在生成用于得到高温的燃烧气体时，不会产生二氧化碳、大气污染成分，能够进一步减小对环境的影响。
[0017]此外，本发明的活性炭制造系统根据需要使所述碳化部的第2碳化装置中所使用的热源、和/或活化装置中所使用的热源为在通过由具有可燃性的有机物构成的燃料的燃烧而得到的燃烧气体中混入有将水电解所得的氢与氧的混合气体的气体。
[0018]这样，根据本发明，作为第2碳化装置等中所使用的热源，采用在使一般的化石燃料、第I碳化装置中从木质材料中分离的热分解气体等由有机物构成的燃料燃烧而得到的燃烧气体中，混入氢与氧的混合气体的气体，将碳化物等加热，另一方面，进行燃烧气体与混合气体的反应，从而即使在高温燃烧气体中含有大气污染物质等有害成分的情况下，也能够通过与混合气体反应来实现无害化，大幅度减少第2碳化装置、活化装置中使用于加热后的废气中所含的有害成分的量，而能够减小对环境的影响。
[0019]此外，本发明的活性炭制造系统根据需要具备在将成为原料的水蒸发并使其冷凝的过程中除去杂质而得到纯水的纯水制造装置，为了得到所述混合气体供给所述纯水制造装置中制造的纯水作为被电解的水，在所述纯水制造装置中，使所述干燥装置中通过所述木质材料的干燥而被分离取出的水分、与所述成为原料的水进行热交换，而将水加热至适于蒸发的温度。
[0020] 这样，根据本发明，将干燥装置中通过木质材料的加热而从木质材料中蒸发分离的水分、与纯水制造装置中的纯水原料的水进行热交换，以从木质材料中分离的水分所持有的热加热纯水原料的水，将水的温度提高至引起蒸发的温度，从而在适当回收干燥装置中对木质材料给予的热的同时，高效地降低所蒸发的水的温度而能够得到液体的水，并且能够抑制在纯水制造工序中为了将纯水原料的水的温度提高至可蒸发的温度而从外部重新供给的热，作为系统整体，能够节省能耗。
[0021]此外，本发明的活性炭制造系统根据需要使用通过将水电解所得的氢与氧的混合气体的燃烧而得到的热，作为产生所述干燥装置中所使用的饱和水蒸汽的加热源、和/或产生所述碳化部的第I碳化装置中所使用的过热水蒸汽的加热源。
[0022]这样，根据本发明，使用通过使氢与氧的混合气体燃烧而产生的热，进行用于产生导入干燥装置中的饱和水蒸汽、或者用于产生导入第I碳化装置中的过热水蒸汽的水的加热，使此时的通过燃烧而产生的排出物质仅为水，从而在生成用于加热水的高温的燃烧气体时，不会产生二氧化碳、大气污染成分，而能够进一步减小对制造活性炭的环境的影响。
[0023]此外，本发明的活性炭制造系统根据需要具备热回收发电装置，其以来自于所述干燥装置中用作饱和水蒸汽后从干燥装置中出来的饱和水蒸汽的水分、和/或来自于所述第I碳化装置中用作过热水蒸汽后从第I碳化装置中出来的过热水蒸汽的水分所持有的热，加热规定的工作流体，使工作流体的蒸汽动力循环运转，用通过该循环而得到的动力来发电。
[0024]这样，根据本发明，使从干燥装置和/或第I碳化装置中取出的水分与蒸汽动力循环的工作流体进行热交换，使工作流体加热升温，使工作流体发生相变化以进行工作，用所得到的动力进行发电，从而通过与工作流体的热交换能够适当回收导入干燥装置中的饱和水蒸汽、导入第I碳化装置中的过热水蒸汽在干燥装置、第I碳化装置中被使用后、取出的水分所持有的 ，由此能够抑制从外部供给的电力，能够抑制系统运转的成本。
[0025]此外，本发明的活性炭制造系统根据需要使所述干燥装置中通过所述木质材料的干燥而被分离取出的水分，也与所述工作流体进行热交换，而加热工作流体。
[0026]这样，根据本发明，使干燥装置中通过木质材料的加热而从木质材料中蒸发分离的水分、与热回收发电装置中的蒸汽动力循环的工作流体进行热交换，从木质材料中分离水分，以该水分所持有的热，加热工作流体，并通过进一步提高工作流体所持有的热量，能够通过与工作流体的热交换适当回收从干燥装置中对木质材料给予的热当中、从木质材料中分离的水分所持有的热，能够更有效地利用所产生的热，并且能够提高热回收发电装置中的发电效率，增加发电量，由此能够实现进一步抑制系统运转的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明的第I实施方式的活性炭制造系统的概略构成图。
[0028]图2是本发明的第2实施方式的活性炭制造系统的概略构成图。
【具体实施方式】
[0029](本发明的第I实施方式)
[0030]以下，基于上述图1，说明本发明的第I实施方式的活性炭制造系统。
[0031]上述图1中，本实施方式的活性炭制造系统I的构成包括:干燥装置10，其将规定量的小片状的木质材料加热并使其干燥；作为碳化部的第I碳化装置21以及第2碳化装置22，其将干燥了的所述木质材料加热并碳化；活化装置30，其将在各碳化装置中碳化了的碳化物活化而形成活性炭；锅炉41，其将水加热，产生成为干燥装置10的热源的饱和水蒸汽；锅炉42，其将水加热，产生成为第I碳化装置21的热源的过热水蒸汽；燃烧器51，其对第2碳化装置22供给燃烧气体；燃烧器52，其对活化装置30供给燃烧气体；电解装置61、62、63，其通过水的电解而生成氧与氢的混合气体，并将该混合气体分别供给到锅炉41、42或燃烧器51、52作为燃料；纯水制造装置70，其制造纯水，并将该纯水供给到电解装置63作为被电解的原料的水；冷却装置80，其将活化装置30中得到的活性炭冷却；以及储藏罐90，其将活性炭容纳并储藏。
[0032]所述干燥装置10具有如下的作为外热式回转窑型热分解炉公知的构造，即，形成双筒构造，向内筒与外筒之间的空间导入成为高温热源的气体，对于内筒内侧的炉内空间，隔着作为炉壁的内筒从外部进行加热。该干燥装置10是这样的装置:使用100至120°C的饱和水蒸汽、例如约105°C的饱和水蒸汽作为高温热源，对于作为容纳于炉内的加热对象物的规定量的木质材料，用该饱和水蒸汽从炉外进行加热，使木质材料中所含的水分蒸发并从木质材料中分离，从而实现木质材料的干燥。
[0033]干燥装置10形成这样的结构:锅炉41将水加热而产生饱和水蒸汽，并供给该饱和水蒸汽。作为该锅炉41中产生饱和水蒸汽的加热源，使用通过在电解装置61中将水电解所得的氢与氧的混合气体的燃烧而得到的热。
[0034]在干燥装 置10中使用后的饱和水蒸汽，冷凝成水，一旦被存积于水罐11中后，通过规定的管道被送到锅炉41中，水再次被加热而作为饱和水蒸汽循环使用。在将水向锅炉41输送时，将水加压并送出的泵12被配设于管道的规定位置上并得以使用，该泵12是与一般的管道系统中所使用的泵同样的公知的装置，而省略其详细说明。
[0035]此外，干燥装置10中通过木质材料的干燥被分离、取出到外部的含有气相成分和液相成分的水分被送到纯水制造装置70中，通过与水的热交换完全冷凝而变成液相后，被容纳于规定的水罐73中并得以回收。
[0036]将该干燥装置10中干燥的木质材料加热并碳化的碳化部具有:第I碳化装置21，其配设于干燥装置10的后段，将在干燥装置10中干燥后取出的木质材料容纳于炉内，使用约150至400°C的过热水蒸汽作为热源，将木质材料加热、碳化；第2碳化装置22，其配设于所述第I碳化装置的后段侧，将从第I碳化装置21取出的碳化物、未碳化物容纳于炉内，使用约400至800°C的热源、具体使用通过燃烧气体或加热了的气体的导入、或者电加热而产生的热等，进一步进行碳化。
[0037]所述第I碳化装置21与所述干燥装置10同样具有作为外热式回转窑型热分解炉公知的双筒构造。该第I碳化装置21是这样的装置:使用约150至400°C的过热水蒸汽作为高温热源，对于作为容纳于炉内的加热对象物的木质材料，用过热水蒸汽从炉外进行加热，将木质材料热分解而进行碳化。
[0038]第I碳化装置21中，在容纳木质材料的炉内，与一般的碳化工序同样地导入氮气等非活性气体作为气氛。
[0039]第I碳化装置21形成有供给过热水蒸汽的结构，所述过热水蒸汽是通过锅炉42将水加热来产生水蒸汽，将该水蒸汽进一步在过热器43中加热而得到的。作为分别产生该锅炉42中的水蒸汽、以及过热器43中的过热水蒸汽的加热源，使用通过在电解装置62中将水电解所得的氢与氧的混合气体的燃烧而得到的热。
[0040]在第I碳化装置21中使用后的水蒸汽，在外部的冷凝器23中冷凝成水，一旦被存积于水罐24中后，通过规定的管道被送到锅炉42中，水再次被加热而作为饱和水蒸汽循环使用。在将水向锅炉42输送时，将水加压并送出的泵25被配设于管道的规定位置来使用，该泵25是与一般的管道系统中所使用的同样的公知的装置，而省略其详细说明。
[0041]此外，在第I碳化装置21中，通过将碳化过程中被分离的气体(热分解气体)取出到装置外部，冷凝器26中进行冷却使其冷凝，从而得到木醋液，该木醋液被收集于罐27中并得以回收。
[0042]所述第2碳化装置22与所述干燥装置10或第I碳化装置21同样具有作为外热式回转窑型热分解炉公知的双筒构造。该第2碳化装置22是这样的装置:使用所述约400至800°C的热源、例如约800°C的燃烧气体作为高温热源，对于作为容纳于炉内的加热对象物的所述碳化物、未碳化物，用该燃烧气体从炉外进行加热，进行并完成碳化。
[0043]第2碳化装置22中，也在炉内，与一般的碳化工序同样导入氮气等非活性气体作为气氛。
[0044]第2碳化装置22形成有供给燃烧气体的结构，所述燃烧气体是通过使电解装置63中将水电解所得的氢与氧的混合气体在燃烧器51中燃烧而得到的。在第2碳化装置22中使用后的燃烧气体作为废气通过烟筒等被释放到大气中，但由于是仅含有水的气体，因此不会造成大气污染等对 周围的环境的不良影响。
[0045]在该第2碳化装置中，随着碳化的进行，氢、一氧化碳等热分解气体分离，但这样的气体被排出到炉外，以无害化的状态被释放到大气中。
[0046]此外，作为构成所述碳化部的第I碳化装置21和第2碳化装置22，采用了将各装置分别一个一个设置的构成，但并不限于此，也可以采用设置多个第I碳化装置、和/或多个第2碳化装置的构成。
[0047]所述活化装置30与所述干燥装置10同样具有作为外热式回转窑型热分解炉公知的双筒构造。但是，只要是将加热对象物容纳于炉内、隔着炉壁从炉外以规定的热源进行加热的构造，则也可以是炉筒烟管型等回转窑型以外的炉构造。
[0048]该活化装置30是这样的装置:使用约800至950°C的、通过燃烧气体或加热的气体的导入、或者电加热而产生的热等作为高温热源，将在第2碳化装置22中被碳化了的碳化物容纳于炉内作为加热对象物，对于该碳化物，用燃烧气体从炉外进行加热，将碳化物活化而形成活性炭。在活化时，氢气、氮气等非冷凝气体成分从碳化物中被除去。
[0049]活化装置30中，在容纳碳化物的炉内，与借助于碳化物的气体活化的一般的碳化工序同样地导入二氧化碳或水蒸汽等反应用气体作为气氛。
[0050]该活化装置30形成有供给例如约900°C的燃烧气体的结构，所述燃烧气体是通过使电解装置63中将水电解所得的氢与氧的混合气体在燃烧器52中燃烧而得到的。在活化装置30中使用后的燃烧气体作为废气通过烟筒等被释放到大气中，但由于是仅含有水的气体，因此不会造成大气污染等对周围的环境的不良影响。
[0051]所述纯水制造装置70是，在将原料的水蒸发并使其冷凝的一系列过程中从水中除去杂质而得到纯水的装置。[0052]详细而言，该纯水制造装置70的构成包括:加热部71，其使成为纯水的原料的水与在干燥装置10中从木质废弃物中被分离取出的水分进行热交换，使原料的水的温度达到适于蒸发的温度；蒸发冷凝部72，其供给该加热部71中得到的温水，使该温水在减压空间蒸发的同时，使蒸发了的气相的水与冷却水进行热交换以使其冷凝，而得到纯水；水罐73，其回收在加热部71中进行热交换而冷凝了的水分；水供给罐74，其将成为纯水的原料的新水暂时存积并且供给；以及泵75，其向加热部71送入新水。
[0053]所述加热部71是，使在干燥装置10中通过木质材料的干燥而被分离取出的水分、与成为纯水的原料的水进行热交换的公知的热交换器，其使成为纯水的原料的水的温度上升至能够在后段侧的蒸发冷凝部72蒸发的规 定温度，另一方面，使从干燥装置10中取出的、含有气相成分和液相成分的水分完全冷凝而变成液相。该变成为液相的水分容纳于水罐73中并回收。
[0054]所述蒸发冷凝部72是具有公知的蒸发部分和公知的冷凝部分的装置，所述公知的蒸发部分通过将在前段的加热部71中被加热至规定温度的水导入减压至该水饱和压力以下的容器内，从而使其高效地蒸发得到气相的水；所述公知的冷凝部分使蒸发了的气相的水在由内部的传热部隔开的流路的一方流通，并且使冷却水在另一方的流路中流通，通过传热部使气相的水与冷却水进行热交换而使气相的水冷凝。
[0055]所述蒸发部分，直接供给在加热部71中被加热的温水，使该温水蒸发，得到几乎不含杂质的气相的水。对于该蒸发部分，也可以设为多级闪蒸式或喷雾闪蒸式等任一种闪蒸蒸发机构。在蒸发部分未蒸发而残留的液相的水被排出到蒸发冷凝部72外，向加热部71回流。
[0056]就所述冷凝部分而言，作为使在蒸发部分蒸发的气相的水与冷却水进行热交换的热交换器的构造本身是公知的构成。通过在该冷凝部分中使气相的水冷凝，能够得到几乎不含杂质的纯水。对冷凝部分供给来自于水供给罐74的新水作为冷却水。
[0057]在蒸发冷凝部72中的纯水侧流路的后段侧，连接有通向电解装置61、63、锅炉41的管道，冷凝部分中得到的纯水被送出。另一方面，蒸发冷凝部72中的冷却水侧流路具有这样的结构:与加热部71的入口侧连接，作为使气相的水冷凝而温度上升了的冷却水的新水流入加热部71。
[0058]该纯水制造装置70供给纯水作为为了在电解装置63中得到混合气体而被电解的水。使电解装置63中得到的混合气体在第2碳化装置22、活化装置30中的各燃烧器51、52中燃烧。
[0059]此外，纯水制造装置70中得到的纯水的一部分，与在干燥装置10中使用后的饱和水蒸汽冷凝的水混合，该混合的水被送到锅炉41中而被加热，变成饱和水蒸汽后在干燥装置10中得以使用。
[0060]所述电解装置61、62、63是将水电解而得到氢与氧的混合气体的装置。在这些电解装置61、62、63中，以混合气体中的氢与氧的摩尔分率为2:1的方式产生氢和氧，而在混合气体的燃烧中只产生水。
[0061]其中，向锅炉41供给混合气体的电解装置61中被电解的水是，使在干燥装置10中使用后的饱和水蒸汽冷凝的水与纯水的混合水。此外，向锅炉42供给混合气体的电解装置62中被电解的水是，使在第I碳化装置中使用后的过热水蒸汽冷凝的水。[0062]另一方面，向燃烧器51、52供给混合气体的电解装置63中被电解的水是纯水制造装置70中得到的纯水，由于根据其制法纯水的电导率变成极小的值，因此不仅能够生成纯度高的氢、氧，而且能够抑制产生电解的电极部分的劣化。
[0063]接下来，对本实施方式的活性炭制造系统的活性炭制造工序进行说明。作为前提，向锅炉41、42充分供给水，在锅炉41、42中生成水蒸汽，来自于锅炉41的饱和水蒸汽以足够的流量导入干燥装置10中作为热源，并且将来自于锅炉42的水蒸汽进一步在过热器43中加热而得到的过热水蒸汽，以足够的流量导入第I碳化装置21中作为热源。此外，使氢与氧的混合气体在燃烧器51、52中连续地燃烧，将所得到的燃烧气体分别以适当的温度导入第2碳化装置22和活化装置30中。
[0064]在干燥装置10中，在将小片状的木质材料以规定量投入作为封闭空间的炉内的状态下，利用由锅炉41供给的约100至120°C的饱和水蒸汽对炉内进行加热，从而炉内的木质材料中所含的水分被加热蒸发，从木质材料中分离。该蒸发了的水分从炉内被取出而到达纯水制造装置70的加热部71，在该加热部71中与作为纯水原料的低温的水进行热交换而被冷凝，变成液体的水流入水罐73中。
[0065]干燥装置10中通过水分的蒸发而干燥的木质材料，在经过结束干燥装置10中的一次处理的所述规定时间后，从炉内被取出，在以不会再次吸收水分的方式与外部空气隔离的状态下，被送到第I碳化装置21中。
[0066]在第I碳化装置21中，将干燥的木质材料以规定量投入炉内，形成仅存在氮气等非活性气体作为炉内气氛的封闭状态后，利用由锅炉42和过热器43供给的过热水蒸汽对炉内进行加热，在非活性气体气氛中用规定时间(约I小时左右)将木质材料加热至约150至400°C并碳化，而产生碳化物。
[0067]此时，因未碳化而残留一部分未碳化物，但这样的未碳化物也与碳化物一起，从第I碳化装置21的炉内被取出，在与外部空气隔离的状态下，被送到下一个第2碳化装置22。另一方面，在第I碳化装置21中，随着碳化而产生热分解气体，该热分解气体被取出到第I碳化装置21之外并被冷却，从而冷凝形成木醋液。木醋液被收集于罐27中并回收。
[0068]在第2碳化装置22中，将从第I碳化装置21中取出的碳化物以及未碳化物以规定量投入炉内，形成仅存在氮气等非活性气体作为炉内气氛的封闭状态后，使用燃烧器51中产生的约800°C的燃烧气体，对于炉内的碳化物、未碳化物，用规定时间(约I小时左右)从炉外进行加热，在非活性气体气氛中进行碳化，对于未碳化物，也完成碳化而得到碳化物。
[0069]所得到的碳化物从第2碳化装置22的炉内被取出，在与外部空气隔离的状态下，被送到下一个活化装置30中。另一方面，在第2碳化装置22中，随着碳化的进行，氢、一氧化碳等非冷凝性热分解气体分离，该氢、一氧化碳等气体被取出到第2碳化装置22之外，通过烟筒等而被释放到大气中。
[0070]在活化装置30中，将从第2碳化装置22中取出的碳化物投入炉内空间内，形成仅存在二氧化碳等活化用气体作为炉内气氛的封闭状态后，使用燃烧器52中产生的约900°C的燃烧气体对炉内进行加热，在二氧化碳气氛中用规定时间(约3小时左右)将碳化物加热至约700至90(TC从而活化，形成活性炭。
[0071] 这样得到的活性炭在冷却装置80中被冷却至常温后，容纳于储藏罐90，存积规定量后被取出，为了使用等而被搬出。[0072]这样，在本实施方式的活性炭制造系统中，由于通过干燥装置10中借助于适当温度的饱和水蒸汽的加热来执行木质材料的干燥工序，并且通过第I碳化装置21中借助于过热水蒸汽的加热来执行木质材料的初始碳化工序，因此能够高效地传热并将木质材料加热，能够抑制热损失，并且在这样加热时不会从干燥装置10、第I碳化装置21中排出含有有害成分的气体，能够进一步减少对环境的不良影响。此外，由于使第2碳化装置22、活化装置30中所使用的高温燃烧气体为通过氢与氧的混合气体的燃烧而得到的燃烧气体，使通过燃烧而产生的物质仅为水，因此在生成用于得到高温的燃烧气体时，不会产生二氧化碳、大气污染成分，能够进一步减小对环境的影响。
[0073]另外，在所述实施方式的活性炭制造系统中，虽然形成了如下构成:使用在锅炉41、42中通过氢与氧的混合气体的燃烧而产生的热，产生饱和水蒸汽、过热水蒸汽，并供给作为干燥装置、第I碳化装置的热源，但并不限于此，也可以形成这样的构成:利用一般的化石燃料的燃烧热、其它工业工厂的废热，产生饱和水蒸汽、过热水蒸汽，对干燥装置、第I碳化装置供给。
[0074]此外，在所述实施方式的活性炭制造系统中，虽然形成了如下构成:作为所述碳化部的第2碳化装置22中所使用的热源、以及活化装置30中所使用的热源，导入在燃烧器51、52中使氢与氧的混合气体燃烧而得到的燃烧气体，但并不限于此，也可以形成这样的构成:导入通过由具有可燃性的有机物构成的燃料即一般的化石燃料、第I碳化装置21中的碳化过程中从木质材料中分离的热分解气体或者由该热分解气体冷凝的木醋液制造的燃料的燃烧而得到的燃烧气体。
[0075]该情况下，如 果在燃烧气体中，混入将水电解所得的氢与氧的混合气体后，导入第2碳化装置、活化装置，则在各装置中进行加热，另一方面，进行燃烧气体与混合气体的反应，从而即使在高温燃烧气体中含有大气污染物质等有害成分的情况下，也能够通过与混合气体的反应来实现无害化，大幅度减少在第2碳化装置、活化装置中使用于加热后的废气中所含的有害成分的量，能够减小对环境的影响。
[0076]此外，在采用使来自于从木质材料中分离的热分解气体的燃料燃烧而得到的燃烧气体作为热源的情况下，可利用木质材料中所含的任一种有用的物质，从而在生成作为热源的高温燃烧气体时，减少从外部另行投入的燃料的量，作为系统整体能够节省能耗。
[0077]此外，在所述实施方式的活性炭制造系统中，虽然形成了如下构成:按照使木质材料在干燥装置10中干燥，将干燥的木质材料在第I碳化装置21中碳化，进而在第2碳化装置22中将剩余的未碳化物碳化，将所得到的碳化物在活化装置30中活化来制造活性炭的方式，在各部中依次执行处理，但除此之外，在干燥工序、碳化工序、活化工序的各工序中到工序结束为止的时间不同，转移至下一个工序时产生等待时间的情况下，也可以形成这样的构成:与干燥装置10中的木质材料的干燥并行地，预先使蓄积的规定量的经干燥的木质材料在第I碳化装置21中碳化，或者与第I碳化装置21、第2碳化装置22中的碳化并行地，预先将蓄积的规定量的碳化物在活化装置30中活化等，同时并行地进行各部的处理，而减少装置各部的起动等待时间，有效地工作，能够缩短与需要多次处理的量的碳化物的制造处理有关的装置全体中的处理所涉及的时间，并且将来自于电解装置63的混合气体可靠地供给到运转中的燃烧器51、52中并燃烧，而能够防止以未使用混合气体的状态释放这样的状况。[0078]进而，在所述实施方式的活性炭制造系统中，虽然形成了如下构成:对于产生氢与氧的混合气体的电解装置63，供给纯水制造装置70中制造的纯水，但并不限于此，也可以形成这样的构成:如果清洁到在电解中无妨碍的程度，则供给非纯水的水，使其在电解装置中电解，不使用纯水制造装置70。同样地，对于在干燥装置10中使用后的水蒸汽与冷凝的水混合，而被送到锅炉41、电解装置61的水,也可以使用非纯水的水。
[0079](本发明的第2实施方式)
[0080]基于上述图2，说明本发明的第2实施方式的活性炭制造系统。
[0081]上述图2中 ，本实施方式的活性炭制造系统2与所述第I实施方式同样具备:干燥装置10，第I碳化装置21以及第2碳化装置22，活化装置30，锅炉41、42，燃烧器51、52，电解装置61、62、63，纯水制造装置70，冷却装置80，以及储藏罐90，而作为不同点，具有具备热回收发电装置60的构成，所述热回收发电装置60利用在干燥装置10中使用过的饱和水蒸汽、在第I碳化装置21中使用过的过热水蒸汽各自所持有的热来发电而得到电力。
[0082]另外，导入干燥装置10中的饱和水蒸汽在干燥装置10中使用后，以维持气相作为蒸汽的状态、或者以气相与液相的混相状态，从干燥装置10中出来，来自于该饱和水蒸汽的水分会被导入热回收发电装置60。此外，导入第I碳化装置21中的过热水蒸汽也在第I碳化装置21中使用后，以干燥状态或饱和状态的蒸汽、或者以气相与液相的混相状态，从第I碳化装置21中出来，来自于该过热水蒸汽的水分会被导入热回收发电装置60。将这样的从干燥装置10中出来的来自于饱和水蒸汽的水分、从第I碳化装置21中出来的来自于过热水蒸汽的水分导入热回收发电装置60，与工作流体进行热交换，关于除了该构成以外的方面，与所述第I实施方式的情况相同，省略详细说明。
[0083]所述热回收发电装置60，以在干燥装置10中使用后的饱和水蒸汽、以及在第I碳化装置21中使用后的过热水蒸汽各自所持有的热，加热规定的工作流体，使该工作流体的蒸汽动力循环运转，用通过该循环而得到的动力使发电机工作，产生电力。
[0084]具体地说，该热回收发电装置60的构成包括:蒸发器64，其使混合有沸点不同的多种流体(例如，氨和水)的工作流体以全部液相的状态、与从干燥装置10中出来的来自于饱和水蒸汽的水分进行热交换，将工作流体加热并使其蒸发；过热器65，其使在该蒸发器64中被加热的工作流体、与从第I碳化装置2中出来的来自于过热水蒸汽的水分进行热交换，将工作流体加热形成干燥度高的状态；作为膨胀机的涡轮66，其导入从该过热器65出来的气相的工作流体，将流体所持有的热能转换为动力；发电机67，其与该涡轮66连接，利用旋转动力进行发电；冷凝器68，其使从涡轮66中出来的气相的工作流体与冷却水进行热交换，使气相成分冷凝；以及作为压缩机的泵69，其将从该冷凝器68中出来的工作流体压缩，使其朝向所述蒸发器64。
[0085]这些各构成与作为借助于以非共沸混合介质为工作流体的蒸汽动力循环的发电装置公知的系统中所使用的构成同样，而省略详细说明。对于该热回收发电装置60，也可以使用采用了单一介质的蒸汽动力循环。此外，作为冷凝器68中的冷却水，除了海水、河水之外，还可以使用使冷却塔工作而循环冷却的规定的制冷剂。
[0086]在所述干燥装置10中将木质材料加热后，从干燥装置10中排出的来自于饱和水蒸汽的水分，与工作流体的蒸发温度比较仍然是高温，通过使该水分在热回收发电装置60的蒸发器64中与更低温的工作流体进行热交换，能够适当回收水分所持有的热。来自于饱和水蒸汽的水分，通过在热回收发电装置60的蒸发器64中与工作流体进行热交换，从而冷凝全部变成水之后，与所述第I实施方式同样，通过规定的管道被送到锅炉41中，水再次被加热而作为饱和水蒸汽循环使用。
[0087]另一方面，在所述第I碳化装置21中将木质材料加热后，从第I碳化装置21中排出的来自于过热水蒸汽的水分，与干燥装置10中排出的来自于水蒸汽的水分相比更高温，通过使该水分在热回收发电装置60的过热器65中与工作流体进行热交换，能够适当回收水分所持有的热。来自于过热水蒸汽的水分，通过在热回收发电装置60的过热器65中与工作流体进行热交换，从而冷凝全部变成水之后，与所述第I实施方式同样，通过规定的管道被送到锅炉42中，水再次被加热而作为饱和水蒸汽循环使用。
[0088]另外，关于在干燥装置10中通过木质材料的干燥而从木质材料中分离被取出到外部的、木质材料中所含的水分，也以比较高温的状态从干燥装置10中被取出，因此还可以形成导入热回收发电装置60中使其与工作流体进行热交换，使用于工作流体的加热中这样的构成。在该情况下，在热回收发电装置60中，设置与蒸发器64并列配置并使工作流体的一部分流通的副蒸发器64a，在该副蒸发器64a中，如果使木质材料中所含的水分与工作流体进行热交换，则也能够高效地回收水分所持有的热。
[0089]接下来，对于本实施方式的活性炭制造系统的活性炭制造工序进行说明。与所述第I实施方式同样，作为前提，来自于锅炉41的饱和水蒸汽以足够的流量导入干燥装置10中作为热源，并且将来自于锅炉42的水蒸汽进一步在过热器43中加热而得到的过热水蒸汽，以足够的流量导入第I碳化装置21中作为热源。此外，使氢与氧的混合气体在燃烧器51,52中连续地燃烧，将所得到的燃烧气体分别以适当的温度导入第2碳化装置22和活化装置30中。
[0090]在干燥装置10中，与所述第I实施方式同样，在将木质材料以规定量投入炉内的状态下，通过利用由锅炉41供给的约105°C的饱和水蒸汽对炉内进行加热，从而木质材料中所含的水分蒸发，从木质材料中分离。该蒸发了的水分从炉内被取出并导入热回收发电装置60的副蒸发器64a，与工作流体进行热交换后，进而到达纯水制造装置70的加热部71，在该加热部71中与作为纯水原料的水进行热交换，在水罐73中被回收。
[0091]另一方面，在将木质材料加热后，从干燥装置10中排出的来自于饱和水蒸汽的水分被导入热回收发电装置60的蒸发器64中。
[0092]在第I碳化装置21中，与所述第I实施方式同样，在干燥装置10中将干燥的木质材料以规定量投入炉内，形成仅存在氮气等非活性气体作为炉内气氛的封闭状态后，利用由锅炉42和过热器43供给的约150~400°C的过热水蒸汽对炉内进行加热，木质材料碳化，形成碳化物。并且，在将木质材料加热后，从第I碳化装置21中排出的来自于过热蒸汽的水分被导入热回收发电装置60的过热器65。
[0093]在第2碳化装置22中，与所述第I实施方式同样，将从第I碳化装置21中取出的碳化物以及未碳化的未碳化物以规定量投入炉内，形成仅存在氮气等非活性气体作为炉内气氛的封闭状态后，使用燃烧器51中产生的约800°C的燃烧气体对炉内进行加热，从而进行全部的碳化，得到碳化物。
[0094] 在活化装置30中，与所述第I实施方式同样，将从第2碳化装置22中取出的碳化物投入炉内空间，形成封闭状态后，使用燃烧器51中产生的约900°C的燃烧气体对炉内进行加热，从而将碳化物活化，形成活性炭。
[0095]这样得到的活性炭与所述第I实施方式同样，在冷却装置80中被冷却至常温后，暂时容纳于储藏罐90中，最终为了使用等而被搬出。
[0096]此外，在热回收发电装置60中，从干燥装置10中排出的来自于饱和水蒸汽的水分与工作流体在蒸发器64中进行热交换，来自于饱和水蒸汽的水分所持有的、在干燥装置10中未被利用于木质材料的加热中而残留的热被回收。另外，从第I碳化装置21中排出的来自于过热水蒸汽的水分与工作流体在过热器65中进行热交换,来自于过热水蒸汽的水分所持有的、在第I碳化装置21中未被利用于木质材料的加热中而残留的热被回收。
[0097]通过这样的热回收使温度上升而相变化的工作流体，使涡轮66工作，并使发电机67进行发电。该热回收发电装置60的工作流体，从涡轮66中出来后，在冷凝器68中被冷凝而全部变成液相，然后在泵69中重新被送到蒸发器64中，接下来也通过重复相变化而作为蒸汽动力循环，从而使发电机67中的发电持续。
[0098]这样，在本实施方式的活性炭制造系统中，使从干燥装置10以及第I碳化装置21中取出的水分在热回收发电装置60中与形成蒸汽动力循环的工作流体进行热交换，使工作流体加热升温，使工作流体发生相变化以进行工作，用所得到的动力进行发电，从而能够通过与工作流体的热交换适当回收导入干燥装置10中的饱和水蒸汽、导入第I碳化装置21中的过热水蒸汽在干燥装置10、第I碳化装置21中被使用后取出的水分所持有的热，能够更有效地利用所产生的热，并且能够在系统各部中利用通过发电得到的电力，由此能够抑制从外部供给的电力，能够抑制系统运转的成本。 [0099]另外，在所述实施方式的活性炭制造系统中，虽然形成了如下构成:在热回收发电装置60中，使从干燥装置10中排出的来自于饱和水蒸汽的水分与工作流体进行热交换，进而使从第I碳化装置21中排出的来自于过热水蒸汽的水分与工作流体进行热交换，产生工作流体相变化的循环，进行发电，但除此之外，也可以形成这样的构成:使燃烧器51、52中产生的燃烧气体在第2碳化装置22、活化装置30中被使用后的废气、与工作流体进行热交换，由工作流体回收废气所持有的热，来实现蒸汽动力循环，使发电机工作以进行发电，而能够将燃烧器51、52中产生的热当中未被使用于碳化、活化中的热转换为电力来进行有效地利用。
[0100]符号说明
[0101]1、2活性炭制造系统
[0102]10干燥装置
[0103]11,24 水罐
[0104]12、25 泵
[0105]21第I碳化装置
[0106]22第2碳化装置
[0107]23、26 冷凝器
[0108]27罐
[0109]51、52 燃烧器
[0110]30活化装置
[0111]41,42 锅炉[0112]43过热器
[0113]51,52燃烧器
[0114]60热回收发电装置
[0115]61、62、63 电解装置
[0116]64蒸发器
[0117]64a副蒸发器
[0118]65过热器
[0119]66涡轮
[0120]67发电机
[0121]68冷凝器
[0122]69 泵
[0123]70纯水制造装置
[0124]71加热部
[0125]72蒸发冷凝部
[0126]73水罐
[0127]74水供给罐
[0128]80冷却装置
[0129]90储藏罐
【权利要求】
1.一种活性炭制造系统，其特征在于， 至少具备: 干燥装置，其将小片状的木质材料加热并使其干燥； 碳化部，其将干燥了的所述木质材料加热并碳化；以及 活化装置，其将所述木质材料的碳化了的碳化物活化而形成活性炭， 所述干燥装置是外热式装置，其使用约100至120°C的饱和水蒸汽作为热源，从炉外加热容纳于炉内的加热对象物， 所述碳化部具有:一个或多个第I碳化装置，其是外热式装置，使用约150至400°C的过热水蒸汽作为热源，从炉外加热容纳于炉内的加热对象物；以及一个或多个第2碳化装置，其是以约400至800°C的热源从炉外加热容纳于炉内的加热对象物的装置，配设于所述第I碳化装置的后段侧， 所述活化装置是以约800至950°C的热源从炉外加热容纳于炉内的碳化物的装置，在所述干燥装置中使用后的饱和水蒸汽、以及在所述第I碳化装置中使用后的过热水蒸汽在冷凝成水后再 次被加热而作为所述饱和水蒸汽以及过热水蒸汽循环使用。
2.根据权利要求1所述的活性炭制造系统，其特征在于， 所述碳化部的第2碳化装置中所使用的热源、和/或活化装置中所使用的热源为通过将水电解所得的氢与氧的混合气体的燃烧而得到的燃烧气体。
3.根据权利要求1所述的活性炭制造系统，其特征在于， 所述碳化部的第2碳化装置中所使用的热源、和/或活化装置中所使用的热源为在通过由具有可燃性的有机物构成的燃料的燃烧而得到的燃烧气体中混入有将水电解所得的氢与氧的混合气体的气体。
4.根据权利要求2所述的活性炭制造系统，其特征在于， 具备在将成为原料的水蒸发并使其冷凝的过程中除去杂质而得到纯水的纯水制造装置， 为了得到所述混合气体，供给所述纯水制造装置中制造的纯水作为被电解的水， 在所述纯水制造装置中，使所述干燥装置中通过所述木质材料的干燥而被分离取出的水分、与所述成为原料的水进行热交换，将水加热至适于蒸发的温度。
5.根据权利要求2或4所述的活性炭制造系统，其特征在于， 使用通过将水电解所得的氢与氧的混合气体的燃烧而得到的热，作为产生所述干燥装置中所使用的饱和水蒸汽的加热源、和/或产生所述碳化部的第I碳化装置中所使用的过热水蒸汽的加热源。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的活性炭制造系统，其特征在于， 具备热回收发电装置，其以来自于所述干燥装置中用作饱和水蒸汽后从干燥装置中出来的饱和水蒸汽的水分、和/或来自于所述第I碳化装置中用作过热水蒸汽后从第I碳化装置中出来的过热水蒸汽的水分所持有的热，加热规定的工作流体，使工作流体的蒸汽动力循环运转，用通过该循环而得到的动力来发电。
7.根据权利要求6所述的活性炭制造系统，其特征在于， 使所述干燥装置中通过所述木质材料的干燥而被分离取出的水分，也与所述工作流体进行热交换，而加热工作流体。
【文档编号】C01B31/08GK103974903SQ201280060841
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年5月2日 优先权日:2012年5月2日
【发明者】上原春男 申请人:上原春男