一种热解活化改性一体化系统

1.本实用新型涉及热解活化改性一体化技术，尤其是涉及一种固体原料热解活化改性一体化系统。


背景技术：

2.我国是经济大国，也是固废产出大国，在有机固废的利用技术中，热解或炭化技术是一种通过热化学转化反应将有机固废转换为热解炭、热解油和热解气的过程，其气体产物可以用于发电、供气，也可以用于集中供暖，热解油可以提质为燃料和各种化学品，热解炭通过进一步处理用以制备炭肥、土壤改良剂、活性炭和催化剂等。传统活性炭制备采用两步法，即炭化和活化，传统的炭化和活化反应器有固定床、移动床、回转窑、耙式炉等，主要问题为气体短路壁流、气固混合差、床层温度不均匀、产品品质不稳定、占地面积大、能耗高、污染重；流化床因气固混合好、床层温度均匀、产品质量稳定、结构紧凑、节能环保而得到越来越多的应用，但是在炭化和活化领域应用不多，而且在流化床设计、结构布置、部件配置、工艺优化等方面也有诸多不足，造成能耗高、产品质量差的问题。
3.间接加热热解技术，近年来在国内外发展较快，但主要以制备高热值热解气为主，热解炭品质不高，通过热解实现炭化并进行高效活化制备活性炭仍在摸索阶段，急需开发热解炭化活化改性的工艺与技术装备，高效低成本制备高值活性炭，确保活性炭吸附性能、颗粒强度和热稳定性，满足社会和市场的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是解决气固混合差、床层温度不均匀、产品品质不稳定、占地面积大、能耗高、污染重等问题，提供一种同时制备热解气和活性炭的系统与方法，优化工艺，改善结构型式，提高活性炭品质，降低能耗并有效减少污染物排放。
5.实现本实用新型目的的技术方案是：本实用新型一种固体原料热解活化改性一体化系统，具有固体原料供料单元、热解器、热解气冷凝净化单元、热解气燃烧单元、快速流化床活化器单元、一级和二级旋风分离器、旋风反应器、蒸汽发生器、活化器进气单元、活性炭出料单元，所述固体原料供料单元包括原料输送器和混合进料器，固体原料供料单元与螺杆干燥器连通连接，螺杆干燥器与热解器连通连接，所述热解器与快速流化床活化器连接，所述快速流化床活化器单元和一级旋风分离器与二级旋风分离器连通连接，二级旋风分离器气体输出端和热解器和蒸汽发生器连通连接，所述一级旋风分离器和二级旋风分离器的固体输出端与旋风反应器料封管连接，料封管与旋风反应器的输入端连接，所述旋风反应器和热解器与热解气冷凝净化单元连通连接，热解气冷凝净化单元通过引风机和热解气燃烧单元连通连接，快速流化床活化器单元和进气单元与活性炭出料单元连通连接。
6.更进一步的优化方案是所述的一种固体原料热解活化改性一体化系统，所述快速流化床活化器单元的旋风分离器包括活化器一级旋风分离器和二级旋风分离器，所述快速流化床活化器单元的输出端与活化器一级旋风分离器输入端连接，一级旋风分离器气体输
出端和二级旋风分离器的输入端连接，二级旋风分离器气体输出端和热解器夹套、蒸汽发生器连接，热解器夹套出气端与螺杆干燥器夹套进气端连通连接，螺杆干燥器夹套出气端和固体原料供料单元连通连接，二级旋风分离器固体输出端与一级旋风分离器固体输出端连接，所述一级旋风分离器和二级旋风分离器的固体输出端与旋风反应器的输入端连通连接，所述旋风反应器与热解器连通连接，所述热解气冷凝净化单元和旋风反应器连通连接，所述旋风反应器可完全置于热解器外部，也可部分置于热解器内部，当旋风反应器设置在热解器外部时，旋风反应器的固体输出端与热解器连通连接，旋风反应器的气体输出端与热解气冷凝净化单元连通连接。
7.更进一步的优化方案是所述的一种固体原料热解活化改性一体化系统，所述热解器通过底部的料封段和循环段与快速流化床活化器单元连通连接，所述料封段可采用斜槽料封或l、j、u型式的非机械阀密封，所述循环段可采用l、j、u型式的非机械阀密封，螺杆干燥器和热解器设置加热夹套。
8.更进一步的优化方案是所述的一种固体原料热解活化改性一体化系统，所述快速流化床活化器单元依次包括提升管、沉降槽、下行管，提升管和沉降槽连通连接，沉降槽和下行管连通连接，所述提升管和沉降槽水平方向尺寸不同，提升管竖直偏心布置于沉降槽里，提升管顶端距离沉降槽顶部至少20厘米，提升管与下行管临近的外管壁之间距离为5-10厘米，沉降槽底部斜槽与水平方向的夹角为50-70度，下行管底部设置下行管活性炭出料管(20)。
9.更进一步的优化方案是所述的一种固体原料热解活化改性一体化系统，所述进气单元的气体包括水蒸气、热烟气、空气或其他热气体，所述进气单元在提升管底部和快速流化床活化器单元连通连接，所述快速流化床活化器单元和活性炭出料单元连通连接，活性炭出料单元包括高位活性炭出料罐、低位活性炭出料罐、下行管活性炭出料管，所述提升管的竖直方向，可以布置多个出料口和出料罐。
10.更进一步的优化方案是所述的一种固体原料热解活化改性一体化系统，所述固体原料供料单元包括输送器和混合进料器，输送器和混合进料器连通连接，混合进料器由料仓、阀门和滚轮组成，滚轮整体中空，中心轴为空心，空心轴前后贯通，滚轮进气管在轴中心进入内腔，滚轮进气管和螺杆干燥器夹套出气端连通连接，滚轮的内腔出气管在另端轴中心排出，净化后放空，冷凝液在滚轮的底部通过滚轮表面孔洞排出，净化后水回收利用。
11.本实用新型是一种基于斜槽移动床和快速流化床、适用于固体原料的热解活化改性一体化系统，利用燃气燃烧的热烟气和水蒸气对固体原料进行热解活化一体化处理。热烟气和水蒸气进入流化床活化器提升管，炭基颗粒一部分进入活性炭出料单元作为产品输出，另一部分经沉降槽、下行管、循环段进入热解器，活化尾气则进入一级旋风分离器和二级旋风分离器，气固分离后，固体进入料封管，然后经过旋风反应器进入热解器，炭基材料循环，将活化器的热量由反应器内部传送至热解器，二级旋风分离器出来的活化尾气，一支进入蒸汽发生器，利用活化尾气热量生产蒸汽，另一支进入热解器加热夹套对热解器进行间接加热，热解器夹套出来的热气体进入螺杆干燥器夹套，螺杆干燥器夹套出来的气体进入供料单元的空心滚轮进行原料的预干燥，实现热量的梯级利用以及间接直接加热相结合的高效加热，提高了系统热效率，同时快速流化床活化器温度均匀、炭基材料品质均匀稳定，装置结构紧凑、占地面积小、能耗低、氮硫氯污染物大多固化在炭基材料，从而减少了污
染物排放，相比于传统炭化活化技术有更大的优势和更广阔的市场前景。
12.本实用新型具有积极的效果：
13.(1)本实用新型的系统可以将固体原料的干燥、热解与活化在同一装置内同时完成，夹套外部加热和热床料循环内部加热相结合，实现能量梯级利用，极大的提高了热解活化效率，减少了污染物排放，降低了能耗，减少了占地面积，分段热处理，提高了炭基材料产率，快速流化床活化器气固混合好、床层温度均匀、产品质量稳定，有巨大的技术优势。
14.(2)快速流化床活化器产生的活化尾气，经过一级旋风分离器和二级旋风分离器后，固体进入料封管，经过旋风反应器返回热解器，将热量由活化器送到热解器，旋风分离器出来的热气体则进入蒸汽发生器和热解器加热夹套，热解器加热夹套出来的气体进入螺杆干燥器夹套，螺杆干燥器夹套出来的气体进入供料单元进行间接预热，实现能量梯级利用，蒸汽自产自用，作为活化气体介质、流化气体和料封输送气，分别送入热解器和活化器，提高了系统效率和床料循环效果，改善了炭基材料品质。
15.(3)热解器采用斜槽移动床结构型式兼有流化特点，提高了固体输送性能、改善了气固混合效果、降低了能耗，热解器的固体颗粒流动至料封段，经过料封输送气吹送至快速流化床活化器，固体颗粒经过活化后，一部分由活性炭出料单元送出，另一部分经过提升管、沉降槽、下行管和循环段后返回热解器，床料循环提高了系统效率、延长了停留时间、降低了能耗、改善了产品品质。
16.(4)固体原料供料单元由输送器和混合进料器实现连续供料，混合进料器由料仓、阀门和滚轮组成，滚轮整体中空，中心轴为空心，空心轴前后贯通，滚轮进气管在轴中心进入内腔，滚轮进气管和螺杆干燥器夹套出气端连通连接，滚轮的内腔出气管在另端轴中心，净化后放空，冷凝液在滚轮的底部通过滚轮表面孔洞排出，净化后水回收利用。
17.(5)旋风反应器是活化器二级旋风分离器气固分离后的固体和热解气的交汇处，固体炭颗粒的吸附和催化作用可以高效降解热解油并脱除热解气的污染物杂质，旋风反应器通过料封管和二级旋风分离器实现料封式隔离，通过其下面的下料管实现固体炭颗粒的输送和料封，旋风反应器的出气端和热解气冷凝净化单元连接，旋风反应器可完全置于热解器外部，也可部分置于热解器内部，布置形式灵活，当旋风反应器设置在热解器外部时，旋风反应器的固体输出管道与热解器连通，旋风反应器的气体输出端与热解气冷凝净化单元连接；旋风反应器的设计和料封机构的布置，有效减少了污染物排放，提高了炭基材料的品质。
附图说明
18.为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
19.图1为本实用新型的结构示意图；
20.附图标记：1、热解器，2、提升管，3、沉降槽，4、下行管，5、循环段，6、旋风反应器，7、一级旋风分离器，8、二级旋风分离器，9、料封段，10、螺杆干燥器，11、热解气冷凝净化单元，12、混合进料器，13、输送器，14、高位活性炭出料罐，15、低位活性炭出料罐，16、进气单元，17、蒸汽发生器，18、热解气燃烧单元，19、料封管， 20、下行管活性炭出料管、21滚轮。
具体实施方式
21.(实施例1)
22.见图1所示，本实用新型具有的固体原料热解活化改性一体化系统，具有固体原料供料单元、热解器1、热解气冷凝净化单元11、热解气燃烧单元18、快速流化床活化器单元、一级旋风分离器7、二级旋风分离器8，旋风反应器6、蒸汽发生器17、活化器进气单元16、活性炭出料单元。固体原料供料单元包括输送器13和混合进料器12，固体原料供料单元将固体原料输送到螺杆干燥器10进行干燥，然后进入热解器1进行热解，热解炭经过料封段9和蒸汽吹送进入快速流化床活化器单元进行活化，从而制备炭基材料，快速流化床活化器单元包括提升管2、沉降槽3、下行管4，下行管底部有活性炭出料管20，提升管2竖直方向布置有高位活性炭出料罐14，低位活性炭出料罐15，进气单元16在提升管2底部和快速流化床活化器单元连接，燃气与空气混合燃烧后的热烟气由进气单元进入快速流化床活化器单元，水蒸气作为活化气体介质、流化介质和料封输送气体，分别由进气单元16、热解器1、循环段5、料封段9、旋风反应器6上面的料封管18进入热解活化改性一体化系统。
23.热解器1通过循环段5、料封段9和快速流化床活化器单元连接，热解器1里面的固体依靠重力、流化、气送和料封机制，由热解器1经由料封段9进入快速流化床活化器单元的提升管2，在提升管2固体被热气体吹送到沉降槽3，进而进入下行管4，然后经过循环段5循环返回热解器1，活化尾气由提升管2进入一级旋风分离器7和二级旋风分离器8，一级旋风分离器7和二级旋风分离器8的固体进入料封管19，由料封管19 进入旋风反应器6，进而返回热解器1，二级旋风分离器8出来的活化尾气进入蒸汽发生器17和热解器1的夹套，热解器1的夹套出来的气体进入螺杆干燥器10的夹套，螺杆干燥器10的夹套出来的气体进入固体原料供料单元的滚轮21对固体原料进行预干燥，实现床料的顺畅循环和能量梯级利用，达成污染物固化，极大地提高了系统效率，减少了污染物排放，降低了能耗。
24.快速流化床活化器单元的提升管2和沉降槽3连通连接，沉降槽3和下行管4连通连接，提升管2和沉降槽3水平方向尺寸不同，提升管2竖直偏心布置于沉降槽3里，提升管2顶端距离沉降槽3顶部至少20厘米，提升管2与下行管4临近的外管壁之间距离为5-10厘米，沉降槽3底部斜槽与水平方向的夹角为50-70度，下行管底部设置下行管活性炭出料管20，提升管2布置高位活性炭出料罐14和低位活性炭出料罐15，实现固体的高效循环、灵活出料和炭基材料品质精准调控。活性炭出料单元包括高位活性炭出料罐14、低位活性炭出料罐15和下行管活性炭出料管20，提升管2竖直方向可布置多个活性炭出料罐。
25.固体原料供料单元包括输送器13和混合进料器12，输送器13输送固体原料至混合进料器12进行混合、输送和挤压，混合进料器12由料仓、阀门和滚轮21组成，料仓承装固体原料，多个阀门交替开关实现连续正压供料，滚轮21挤压和输送固体原料，提高了固体原料的致密性和流动性，保证稳定供料；滚轮21整体中空，中心轴为空心，空心轴前后贯通，螺杆干燥器10夹套出气端连通连接滚轮21进气管，滚轮21进气管在轴中心进入内腔，滚轮21的内腔出气管在另端轴中心，净化后放空，冷凝液在滚轮 21的底部通过滚轮21表面孔洞排出，净化后水回收利用。
26.其工作过程为：固体原料由供料单元进入，经过输送器13机械运送、混合进料器 12的混合、滚轮21的挤压和多阀门的交替开关，实现连续正压供料；固体原料进入螺杆干燥器10进行干燥，然后进入斜槽移动床进行热解，热解气主要组成为co2、h2o、 co、h2、c2，c3，
依次经过旋风反应器6、热解气冷凝净化单元11，经过引风机送入热解气燃烧单元18，经过螺杆挤压输送、重力输送、蒸汽流化、蒸汽吹送，热解炭由料封段9进入快速流化床活化器单元的提升管2，燃气燃烧产生的热烟气和水蒸气将热解炭活化，化学活化剂可在固体原料供料单元的料仓顶部加入以改善活化效果，一部分活性炭由活性炭出料单元移出，包括括高位活性炭出料罐14、低位活性炭出料罐15和下行管活性炭出料管20，另一部分活性炭经过沉降槽3进入下行管4，经过循环段5返回热解器1，实现床料的高效顺畅循环和系统效率的提升，活化尾气顺序通过一级旋风分离器7和二级旋风分离器8，一级旋风分离器7和二级旋风分离器8的固体进入料封管 19，由料封管19进入旋风反应器6，进而返回热解器1，二级旋风分离器8出来的活化尾气进入蒸汽发生器17和热解器1的夹套，热解器1的夹套出来的气体进入螺杆干燥器10的夹套，螺杆干燥器10的夹套出来的气体进入固体原料供料单元的滚轮21对固体原料进行预干燥，滚轮21整体中空，中心轴为空心，空心轴前后贯通，螺杆干燥器 10夹套出气端连通连接滚轮21进气管，滚轮21进气管在轴中心进入内腔，滚轮21的内腔出气管在另端轴中心，净化后放空，冷凝液在滚轮21的底部通过滚轮21表面孔洞排出，净化后水回收利用，综上述，本实用新型通过工艺优化、反应器结构改进、分段热处理布置、床料的顺畅循环和能量梯级利用，极大地提高了系统效率，提升了炭产率和品质，实现污染物固化，减少了污染物排放，降低了能耗。
27.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。