活性炭制备装置和方法

1.本发明涉及活性炭制备技术领域，尤其是涉及一种活性炭制备装置和方法。


背景技术：

2.活性炭是一种以木炭、木屑、各类果壳、煤炭和石油焦等高碳物质为原料，经过炭化、活化等特殊处理而制得的多孔性炭材料。由于其发达的孔隙结构、较大的比表面积、优异的吸附性能、广泛的原材料来源、低廉的价格等优势，而广泛应用于军工、食品、冶金、化工、环保、医药等行业的精制和净化过程。随着储氢、电极材料、土壤修复、防辐射等活性炭新兴应用领域的出现以及国家环保要求逐渐严格，活性炭需求量将进一步增加。
3.截止目前，活性炭制备技术众多。根据物料在炭化炉和活化炉内相对运动状态，可将它们分为固定床式、移动床式和流化床式。在这三类装置内，物料将分别保持静止状态、间歇或连续性移动状态和颗粒流化状态。
4.固定床式炉主要在早期使用，因能耗大、污染严重、劳动强度大、产品质量相对较差等缺点，而逐渐被淘汰。流化床式炉因停留时间短、不利于连续性生产等问题，也逐渐失去市场竞争力。目前，广泛应用于活性炭企业的耙式炉、斯列普炉、回转炉等均属于移动床式，具有生产能力较大、热效率相对较高等优势。尽管如此，在节能降耗、污染防治等国家政策力度逐渐升级的压力下，这些活性炭生产装置仍暴露出诸多问题。首先，绝大多数活性炭的制备采用炭化和活化两步法，物料的高温处理过程分别在炭化炉和活化炉内完成，由此造成整个系统集成度较低，活性炭制备过程热利用效率不足。物料在两个装置间的转移带来额外操作，增加劳动量。其次，现有技术的物料加热方式通常为间接式或者通过高温活化气体直接加热，这种加热方式需要外部辅助热源，能耗较大。间接加热还会带来物料加热周期长、换热效率差、活性炭受热不匀等问题。第三，在活性炭制备过程中，很难避免焦油的生成，为解决焦油问题，往往需要增设焦油处理装置，增加活性炭生产成本。此外，现有活性炭生产设备还存在结构复杂、设备投资高、占地面积大等问题。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.有鉴于此，本发明提供了一种活性炭制备装置和方法，以至少部分解决上述技术问题。
7.(二)技术方案
8.本发明的一方面提供了一种活性炭制备装置，包括移动床反应炉，其中移动床反应炉包括氧化剂入口、以及沿物料移动方向依次排布的预热段、燃烧段和活化段，其中：
9.预热段，用于在氧化剂气氛下，对物料进行干燥、脱挥发分以及低温氧化，以便生成可燃气和炭化料；
10.燃烧段，用于在氧化剂气氛下，对可燃气和炭化料进行氧化反应、以及用于将氧化反应产生的热量提供给预热段和活化段；
11.活化段，用于在活化剂气氛下，对炭化料进行活化反应，以生成活性炭和煤气；
12.氧化剂入口，用于向移动床反应炉内通入氧化剂；
13.其中，活化剂来源于预热段和燃烧段的产物。
14.根据本发明的实施例，移动床反应炉还包括沿物料移动方向依次排布导流段和燃料段，其中：
15.导流段，用于对物料进行导流；
16.燃料段，用于装载物料，其中燃料段的物料移动方向的下游端邻接于预热段；
17.其中，氧化剂入口与导流段的入口连通；
18.其中，预热段和燃烧段的高度比大于2∶1，且燃烧段的高度大于等于0.5m，活化段的高度大于2m。
19.根据本发明的实施例，该装置还包括给料装置、冷却装置，其中：
20.给料装置，与导流段的入口连通，用于向移动床反应炉内供给物料；
21.冷却装置，与活化段的出口连通，用于第一温度水和活性炭在冷却装置中进行换热后，生成冷却后活性炭和第二温度水，其中第二温度水的温度高于第一温度水的温度。
22.根据本发明的实施例，该装置还包括：
23.燃烧器，用于燃烧煤气，以生成第一温度烟气；
24.管束换热器，设置于活化段中，管束换热器与燃烧器的第一温度烟气出口连通，以便将第一温度烟气的热量通过管束换热器提供给活化段中炭化料的活化反应后，生成第二温度烟气，其中第二温度烟气的温度低于第一温度烟气的温度。
25.根据本发明的实施例，该装置还包括：
26.烟气换热器，与管束换热器的第二温度烟气出口连通，用于第二温度烟气和第二温度水在烟气换热器中进行换热后生成饱和水蒸汽；
27.燃烧段换热器，设置于燃料段中，用于利用燃烧段的氧化反应产生的热量将饱和水蒸汽加热为过热水蒸汽；
28.蒸汽喷管，设置于活化段中，用于将过热水蒸汽作为补充活化剂送入活化段中。
29.根据本发明的实施例，其中，移动床反应炉还包括沿物料移动方向依次排布导流段和燃料段，其中：
30.导流段，用于对物料进行导流；
31.燃料段，用于装载物料，其中燃料段的物料移动方向的下游端邻接于预热段；
32.其中，氧化剂入口与燃烧段直接连通。
33.根据本发明的实施例，其中：导流段入口通入辅助气流，辅助气流用于为移动床反应炉的燃料段的上方空间提供背压环境。
34.本发明的另一方面还提供了一种利用上述活性炭制备装置的活性炭制备方法，包括：
35.将氧化剂通过移动床反应炉的氧化剂入口通入移动床反应炉内；
36.将物料送入移动床反应炉，以便氧化剂和物料依次在移动床反应炉的预热段、燃烧段以及活化段进行反应，其中：
37.在预热段，物料在氧化剂气氛下，进行干燥、脱挥发分以及低温氧化，生成可燃气和炭化料；
38.在燃烧段，可燃气和炭化料在氧化剂气氛下进行氧化反应，以及在燃烧段氧化反应产生热量，以便将热量提供给预热段和活化段；
39.在活化段，炭化料在活化剂气氛下，进行活化反应，以生成活性炭和煤气；
40.其中，活化剂来源于预热段和燃烧段的产物。
41.根据本发明的实施例，其中：
42.物料在被送入移动床反应炉的预热段前，依次经过移动床反应炉的导流段、和燃料段，其中导流段用于对物料进行导流；燃料段，用于装载物料，其中燃料段的物料移动方向的下游端邻接于预热段；
43.氧化剂被通入移动床反应炉的导流段；
44.上述方法还包括：
45.将活性炭和煤气排出移动床反应炉；
46.通过调整活性炭的出料速率、氧化剂的参数，使得在移动床反应炉内的反应满足稳定运行条件，其中稳定运行条件为：物料的下移速度v
ac
等于点火锋面向上传播速度vf，其中氧化剂的参数包括氧化剂的流量、或者氧化剂中的氧气浓度。
47.根据本发明的实施例，其中：
48.物料在被送入移动床反应炉的预热段前，依次经过移动床反应炉的导流段、和燃料段，其中导流段用于对物料进行导流；燃料段，用于装载物料，其中燃料段的物料移动方向的下游端邻接于预热段；
49.氧化剂被通入移动床反应炉的燃烧段；
50.上述方法还包括：
51.将活性炭和煤气排出移动床反应炉；
52.通过调整活性炭的出料速率、氧化剂的参数，使得在移动床反应炉内的反应满足稳定运行条件，其中稳定运行条件为：物料的下移速度v
ac
不大于点火锋面向上传播速度vf；
53.在燃烧段，氧化反应包括可燃气的均相氧化反应、以及炭化料的异相氧化反应；
54.上述方法还包括：
55.调整氧化剂中的氧气浓度至50％以上，以便强化均相氧化反应的同时弱化异相氧化反应。
56.(三)有益效果
57.本发明提供的活性炭制备装置具有以下优点：
58.a、制备活性炭所需热量仅依靠少量原料的燃烧放热，热量利用率高，无需提供大功率辅助热源，能耗较低；
59.b、依靠部分原料的燃烧实现原料的自加热，实现燃烧放热量的原位利用，这种自加热方式热利用率高，加热速率快，物料受热均匀；
60.c、基于床层分区转化特性，焦油在预热段生成，经历燃烧段的高温氧化以及活化段的活性炭催化而裂解，尾气中无焦油，清洁环保，无需焦油处理设备；
61.d、反应炉内原料燃烧仅需要提供0.01～0.1m/s的氧化剂，氧化剂用量少、流速低，无需大功率供气设备，氧化剂成本低；
62.e、活性炭制备过程中部分活化剂为原料在预热和燃烧阶段生成的co2和h2o，充分利用原料中有效成分，表现出一定自活化属性，节省活化剂使用量；
63.f、原料在反应炉内整体表现为炭化和活化一体化，避免多个装置同时使用，系统集成度高；
64.g、可实现活性炭连续生产，生产效率高，单机产能大；
65.h、装置简单，易于加工建设，设备投资成本低。
附图说明
66.图1是本发明一实施例提供的活性炭制备装置的结构示意图；
67.图2是本发明另一实施例提供的活性炭制备装置的结构示意图；
68.图3是本发明另一实施例提供的活性炭制备装置的结构示意图。
69.附图标记说明：
70.1-给料装置；2-移动床反应炉，21-导流段；22-燃料段；23-预热段；24-燃烧段；25-活化段；26-点火装置；3-冷却装置；4-燃烧段换热器；5-蒸汽喷管；6-管束换热器；7-燃烧器；8-烟气换热器。
具体实施方式
71.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
72.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
73.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
74.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
75.本发明的一方面提供了一种活性炭制备装置，该装置包括移动床反应炉，其中移动床反应炉包括氧化剂入口、以及沿物料移动方向依次排布的预热段、燃烧段和活化段，预热段下部连接燃烧段上部，燃烧段下部连接活化段上部。其中：
76.预热段，用于在氧化剂气氛下，对物料进行干燥、脱挥发分以及低温氧化，以便生成可燃气和炭化料；
77.燃烧段，用于在氧化剂气氛下，对可燃气和炭化料进行氧化反应、以及用于将氧化反应产生的热量提供给预热段和活化段；
78.活化段，用于在活化剂气氛下，对炭化料进行活化反应，以生成活性炭和煤气；
79.氧化剂入口，用于向移动床反应炉内通入氧化剂；其中，活化剂来源于预热段和燃烧段的产物。
80.根据本发明的实施例，移动床反应炉还包括沿物料移动方向依次排布导流段和燃料段，其中：导流段，用于对物料进行导流；燃料段，用于装载物料，其中燃料段的物料移动方向的下游端邻接于预热段；其中，氧化剂入口与导流段的入口连通。
81.根据本发明的实施例，根据物料床层分区特性，为避免预热段过短，受燃烧段影响过大导致燃料提前热解，可设置为预热段和燃烧段的高度比大于2∶1，且燃烧段的高度大于等于0.5m，为保障炭化料在炉内活化停留时间，活化段的高度大于2m。
82.根据本发明的实施例，该装置还包括给料装置、冷却装置，其中：
83.给料装置，与导流段的入口连通，用于向移动床反应炉内供给物料；
84.冷却装置，与活化段的出口连通，用于第一温度水和活性炭在冷却装置中进行换热后，生成冷却后活性炭和第二温度水，其中第二温度水的温度高于第一温度水的温度。
85.根据本发明的实施例，通过上述装置，物料的预热、燃烧、活化在同一移动床反应炉，实现了自加热，即依靠燃烧段内部分原料的燃烧，将氧化反应产生的热量提供给预热段和活化段，实现物料的自加热，实现燃烧放热量的原位利用，这种自加热方式热利用率高，加热速率快，物料受热均匀。且因能量利用率高，制备活性炭所需热量仅依靠少量原料的燃烧放热，热量利用率高，无需提供大功率辅助热源，能耗较低。
86.根据本发明的实施例，通过上述装置，活性炭制备过程中部分活化剂为原料在预热和燃烧阶段生成的co2和h2o，充分利用原料中有效成分，表现出一定自活化属性，节省活化剂使用量。
87.根据本发明的实施例，通过上述装置，基于床层分区转化特性，焦油在预热段生成，经历燃烧段的高温氧化以及活化段的活性炭催化而裂解，尾气中无焦油，清洁环保，无需焦油处理设备。
88.根据本发明的实施例，通过上述装置，原料在反应炉内整体表现为炭化和活化一体化，避免多个装置同时使用，系统集成度高；可实现活性炭连续生产，生产效率高，单机产能大；且装置简单，易于加工建设，设备投资成本低。
89.实施例一
90.图1是本发明一实施例提供的活性炭制备装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括给料装置1、移动床反应炉2和冷却装置3。
91.其中，移动床反应炉1由导流段21、燃料段22、预热段23、燃烧段24和活化段25组成。导流段21位于移动床反应炉2顶部，导流段21上部连接给料装置1和氧化剂气源，导流段21下部连接燃料段22上部，燃料段22下部连接预热段23上部，预热段23下部连接燃烧段24上部，燃烧段24下部连接活化段25上部。其中，导流段21内可设置导流体，便于物料均匀下落；燃料段22内可设置料位计，用于监视料位以维持料位于燃料段22内；活化段25下部为锥形，在缩颈部位布置点火装置，用于启炉点火；沿移动床反应炉2高度布置多处温度测点，用于监视反应炉内活性炭的制备过程，特别是通过监控将炉内点火锋面的位置限定在燃烧段
22内。
92.给料装置1和氧化剂进口与移动床反应炉2顶部入口相连，直接连通导流段21，制备活性炭的原料和氧化剂同向加入移动床反应炉2内。原料在移动床反应炉2内经过炭活化过程后，依靠重力与产生的煤气一起排出反应炉，然后气固分离。高温活性炭进入冷却装置3冷却，得到活性炭产品；分离的高温煤气为活性炭制备过程的副产品，可直接作为气态燃料使用。
93.根据物料床层分区特性，预热段和燃烧段最小高度之间的比值应大于2∶1，且燃烧段高度不低于0.5m。为保障炭化料在炉内活化停留时间，活化段高度应高于2m。
94.实施例二
95.图2是本发明另一实施例提供的活性炭制备装置的结构示意图。如图2所示，该实施例中的装置结构与图1中实施例所示的装置结构大体相同，不同之处在于：
96.其中，氧化剂入口与燃烧段直接连通；且导流段入口通入辅助气流，辅助气流用于为移动床反应炉的燃料段的上方空间提供背压环境。
97.如图2所示，反应炉顶部连通辅助气流，反应炉燃烧段上部连接一股氧化剂气源，该氧化剂入口布置方式以实现炉内均匀布风为原则。此时，通入反应炉内的气体绝大部分为氧化剂；辅助气流占极少份额，其流量控制以不高于原料自持式燃烧所需的最低氧流量为原则。
98.辅助气流可为低氧浓度气体，例如空气、co2、惰性气体、或者它们的混合气；氧化剂可为空气或者富氧气体。
99.在本实施例中，辅助气流的作用为：为反应炉上方空间提供一定背压，保障顺畅给料，同时避免炉内气体向上反窜，有利于携带预热段内产生的水蒸气和热解气至下游反应段(燃烧段和活化段)。氧化剂的作用为：为燃烧段内发生的燃烧反应提供所需氧气。
100.图1所示实施例的装置中，为维持活性炭的稳定制备，需要将将点火锋面位置严格限定在燃烧段内，达到稳定运行需保证：物料的下移速度v
ac
等于点火锋面向上传播速度vf。
101.在图2所示的该种氧化剂布置方式下，即使反应炉在vf＞v
ac
的工况下运行，仍可以将点火锋面位置严格限制在燃烧段内，具体为氧化剂喷口处。因此，可通过提高氧化剂参数的方式，提高炉内温度，进一步强化后续炭化料的活化，而不影响反应炉的稳定运行。在这种情况下，甚至可以降低活性炭出料速率，进一步延长活性炭在炉内的活化停留时间，拓宽制备活性炭的运行工况范围。在该情形下，通过调整活性炭的出料速率、氧化剂的参数，使得在移动床反应炉内的反应满足稳定运行条件，其中稳定运行条件为：所述物料的下移速度v
ac
不大于点火锋面向上传播速度vf。
102.实施例三
103.图3是本发明另一实施例提供的活性炭制备装置的结构示意图。该实施例中的装置结构与图1中实施例所示的装置结构大体相同，不同之处在于：
104.该装置还包括燃烧器7、管束换热器6、烟气换热器8、燃烧段换热器4和蒸汽喷管5。
105.其中，燃烧器7，用于燃烧煤气，以生成第一温度烟气。
106.管束换热器6，设置于活化段中，管束换热器与燃烧器的第一温度烟气出口连通，以便将第一温度烟气的热量通过管束换热器提供给活化段中炭化料的活化反应后，生成第二温度烟气，其中第二温度烟气的温度低于第一温度烟气的温度。
107.该实施例中，冷却装置3，用于第一温度水和活性炭在冷却装置中进行换热后，生成冷却后活性炭和第二温度水。
108.烟气换热器8，与管束换热器的第二温度烟气出口连通，用于第二温度烟气和第二温度水在烟气换热器中进行换热后生成饱和水蒸汽。
109.燃烧段换热器4，设置于燃料段中，用于利用燃烧段的氧化反应产生的热量将饱和水蒸汽加热为过热水蒸汽。
110.蒸汽喷管5，设置于活化段中，用于将过热水蒸汽作为补充活化剂送入活化段中。
111.在图3所示装置中，常温的第一温度水依次经过冷却装置、烟气换热器和燃烧段换热器的加热，转变成600～800℃的过热蒸汽，由蒸汽喷管通入活化炉。
112.在该实施例中，通过上述装置可强化活性炭制备过程，具体为：1)除原料在预热段和燃烧段产生的活性气体外，在反应炉活化段额外通入水蒸汽作为炭化料活化的辅助活化剂，大幅提高活化段内活化剂浓度，促进炭化料活化反应正向进行；2)活性炭制备过程中副产品煤气在燃烧器内燃烧生成的1000～1300℃的高温烟气，通过管束换热器将活化段温度维持在800～950℃，维持活化段中下部的炭化料活化所需的温度条件。
113.另外，可通过增加氧化剂流量，或者提高氧化剂氧浓度，强化燃烧段内燃烧强度，一方面提高炭化料温度以保障后续炭化料的高效活化，另一方面可通过燃烧段换热器将水蒸汽进一步加热至可直接参与活化反应的状态，提高了能量利用率。
114.根据本发明的实施例，通过采用上述装置，充分利用了活性炭制备过程中所产生的热量，将反应炉活化段整体温度维持在较高区间。同时，反应炉内活化剂浓度大幅提高，有利于活化反应进行。在这些措施下，反应炉活化段的长度可适当延长，以增加物料在炉内停留时间，实现更高比表面积活性炭的制备。
115.本发明的另一方面还提供了一种利用上述活性炭制备装置的活性炭制备方法，可参考图1所示装置结构对该方法进行理解，该方法包括：
116.s1：将氧化剂通过移动床反应炉的氧化剂入口通入移动床反应炉内；
117.s2：将物料送入移动床反应炉，以便氧化剂和物料依次在移动床反应炉的预热段、燃烧段以及活化段进行反应，其中：
118.在预热段，物料在氧化剂气氛下，进行干燥、脱挥发分以及低温氧化，生成可燃气和炭化料；
119.在燃烧段，可燃气和炭化料在氧化剂气氛下进行氧化反应，以及在燃烧段氧化反应产生热量，以便将热量提供给预热段和活化段；
120.在活化段，炭化料在活化剂气氛下，进行活化反应，以生成活性炭和煤气；
121.其中，活化剂来源于预热段和燃烧段的产物。
122.s3：将活性炭和煤气排出移动床反应炉。
123.根据本发明的实施例，其中：物料在被送入移动床反应炉的预热段前，依次经过移动床反应炉的导流段、和燃料段，其中导流段用于对物料进行导流；燃料段，用于装载物料，其中燃料段的物料移动方向的下游端邻接于预热段。
124.根据本发明的实施例，制备活性炭的具体操作流程如下：
①
反应炉内加入物料，使物料高度位于燃料段内；
②
开启氧化剂气源，打开点火装置，开始点火；
③
在这种通气模式下，点火成功的标志是，炉内形成稳定向上传播的点火锋面；
④
点火成功后，关闭点火装置，
根据温度变化，监视点火锋面所在位置；
⑤
当点火锋面传播至燃烧段，通过调节活性炭出料速率，控制反应炉内物料下移速度，将点火锋面位置严格限定在燃烧段内；
⑥
当点火锋面向上传播速度等于炉内物料下移速度时，进入活性炭稳定制备阶段；
⑦
在上述整个过程中，实时监测炉内料层高度，并进行相应加料操作，维持炉内料位在燃料段内。
125.根据本发明的实施例，图1所示实施例的装置中，氧化剂被通入移动床反应炉的导流段；为维持活性炭的稳定制备，需要将将点火锋面位置严格限定在燃烧段内，达到稳定运行需保证：物料的下移速度v
ac
等于点火锋面向上传播速度vf。
126.具体地，在稳定运行阶段，可通过调整活性炭的出料速率、氧化剂的参数，使得在移动床反应炉内的反应满足稳定运行条件，即满足：物料的下移速度v
ac
等于点火锋面向上传播速度vf，其中氧化剂的参数包括氧化剂的流量、或者氧化剂中的氧气浓度。即，当增大氧化剂的流量、或者氧化剂中的氧气浓度时，氧化过程加快，出料速度也加快，为了将点火锋面位置限定在燃烧段内，需要相应地加快出料速度。
127.为实现上述目的，通入炉内的氧化剂供给量应保持在较低水平，氧化剂表观流速控制在0.01～0.1m/s量级，氧通量相对原料加入量整体处于氧控制或极度氧控制状态，具体为：点火锋面略过的燃料理论燃烧所需氧气量与通入反应炉内的实际氧气量之间的当量比应不小于10。氧化剂可为空气、富氧气体(o2/n2、o2/co2、o2/n2/co2)等氧化性气体。在反应炉稳定运行过程，反应炉内物料依靠重力下移，下移速度(v
ac
)等于点火锋面向上传播速度(vf，以启炉阶段为例，则vf＝δd/δt，其中，δd为反应炉上特定两个热电偶间距，δt为启炉阶段上述两个热电偶达到最高温度时的时间间隔)，点火锋面位置处于燃烧段内。
128.根据本发明的实施例，其中：
129.在燃烧段，氧化反应包括可燃气的均相氧化反应、以及炭化料的异相氧化反应；上述方法还包括：调整氧化剂中的氧气浓度至50％以上，以便强化均相氧化反应的同时弱化异相氧化反应。
130.基于火焰锋面、物料和氧化剂三者之间的相对运动关系，氧化剂和物料向下移动过程中会发生如下变化：在导流段和燃料段(室温)，氧化剂和物料基本维持原状；在预热段(低于500℃)，物料会依次发生干燥、脱挥发分和低温氧化等转变，由一元固态燃料逐渐转变成可燃气和炭化料二元混合燃料，氧化剂中少量氧被消耗；在燃烧段(500～1000℃)，由于氧控制，仅有少量二元混合燃料发生氧化反应，在此区域内，剩余氧则全部被消耗；在活化段(700～1000℃)，主要发生炭化料与co2、水蒸气等活性气体(在预热段和燃烧段生成)之间的吸热活化反应，对炭化料进行充分活化。
131.在上述物料转化过程中，燃烧段内氧化反应涉及挥发分均相氧化和炭化料异相氧化。在燃烧段，应坚持强化均相氧化、弱化异相氧化的原则，可通过提高氧化剂的流速和氧浓度实现。一般情况下，均相氧化耗氧比例高于50％，对于富氧工况而言，均相氧化比例甚至高达80％以上。在预热段和燃烧段，燃料的燃烧份额低于10％，富氧工况下甚至低至5％。燃烧段内燃烧放热量为整个活性炭制备过程提供全部热源：通过导热和辐射的方式加热预热段，促使物料发生干燥、脱挥发分等转变；炭化料和可燃气在燃烧段内被加热至高温状态，气固体自身显热为活化段内炭化料的活化反应提供热量。
132.本发明实施例提供的活性炭制备装置和方法中，物料可采用颗粒状活性炭，包括破碎炭和成型炭，粒径一般大于3mm。
133.根据本发明的实施例，在上述运行条件下，活性炭产率为m
ac
＝(δd/δt)
·s·
ρ
ac
，其中s为反应炉截面积，ρ
ac
为活性炭产品堆积密度。在特定点火锋面传播速度下，活性炭产率与反应炉直径呈正比。对于内部直径为1m的反应炉而言，其活性炭产量可达1～5t/h。
134.根据本发明的实施例，通过采用上述活性炭制备方法，制备活性炭所需热量仅依靠少量原料的燃烧放热，热量利用率高，无需提供大功率辅助热源，能耗较低；依靠部分原料的燃烧实现原料的自加热，实现燃烧放热量的原位利用，这种自加热方式热利用率高，加热速率快，物料受热均匀；基于床层分区转化特性，焦油在预热段生成，经历燃烧段的高温氧化以及活化段的活性炭催化而裂解，尾气中无焦油，清洁环保，无需焦油处理设备；活性炭制备过程中部分活化剂为原料在预热和燃烧阶段生成的co2和h2o，充分利用原料中有效成分，表现出一定自活化属性，节省活化剂使用量。
135.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。