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专利名称：斯列普活化炉高收率活化工艺

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311776811.6

专利申请（专利权）人：宁夏恒辉活性炭有限公司
权利人地址：宁夏回族自治区石嘴山市平罗县太沙工业区

专利发明（设计）人：魏乖如,邢风荣,胡广瑜,田仰才

专利摘要：本发明提出的一种斯列普活化炉高收率活化工艺，包括四个步骤，分别为炉体划分、“S”型烟道设置、产品道设置、物料从上向下依次经过预热段、补充炭化段、活化段、冷却段，最后经卸料器卸出炉；冷却半炉和加热半炉分别切换控制蒸汽入口、同时两个蓄热室分别切换空气阀门，向蓄热室内补充空气，用于提高附近位置的烟气的温度，本方案充分利用加热半炉抽出的烟气成分CO、CH4、H2等，补充进入的空气中的氧气与其进行反应，可燃气体大部分已经燃烧转变，进而转化为释放的热量，不仅可以转化为热量，提高蓄热室内的温度，而且可以将烟气中的可燃气体充分利用，不仅实现了资源的二次利用，还减轻了烟气后续处理的环保压力。

主权利要求：
1.一种斯列普活化炉高收率活化工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1：活化炉包括左半炉、右半炉、左蓄热室、右蓄热室，左半炉与右半炉具有相同结构，左蓄热室与右蓄热室具有相同结构，左半炉和右半炉从上向下依次为预热段、补充炭化段、活化段、冷却段，每一段的产品道上下连通，每一段的烟道呈“S”型上下连通，左半炉的烟道低端与右半炉的烟道低端连通，左半炉的烟道顶端通过左蓄热室与右蓄热室连通，且，右半炉的烟道顶端与右蓄热室连通，从而将左半炉和右半炉连通；
S2：物料从活化炉顶部水封槽进料口进入炉内，从上向下依次经过预热段、补充炭化段、活化段、冷却段，最后经卸料器卸出炉；
S3：左蒸汽入口设置于左蓄热室的底部，右蒸汽入口设置于右蓄热室的底部，左空气阀门设置于左蓄热室的上部，右空气阀门设置于右蓄热室的上部，在物料经过上述过程的同时，打开左蒸汽入口，关闭右蒸汽入口，水蒸气沿着左蒸汽入口进入左蓄热室、左半炉的烟道、右半炉的烟道、右蓄热室，然后排出，此时左半炉为冷却半炉，右半炉为加热半炉；同时关闭左空气阀门，打开右空气阀门，向右空气阀门内补充空气，用于提高附近位置的烟气的温度；
S4：运行一个周期后，关闭左蒸汽入口，打开右蒸汽入口，水蒸气沿着右蒸汽入口进入右蓄热室、右半炉的烟道、左半炉的烟道、左蓄热室，然后排出，此时左半炉为加热半炉，右半炉为冷却半炉；同时关闭右空气阀门，打开左空气阀门，向左空气阀门内补充空气，用于提高左蓄热室内各点位置的烟气的温度。
2.如权利要求1所述的斯列普活化炉高收率活化工艺，其特征在于包括所述S3、S4步骤中，所述补充气体为预热后的空气。
3.如权利要求2所述的斯列普活化炉高收率活化工艺，其特征在于包括所述S3、S4步骤中，所述预热后的空气是在活化料冷却段换热后的空气。
4.如权利要求1所述的斯列普活化炉高收率活化工艺，其特征在于包括所述S3、S4步骤中，将预热段的高度提高，同时将左蓄热室位于监测点的位置的高度提高，设置为第一提高段，将右蓄热室位于监测点的位置的高度提高，设置为第二提高段。
5.如权利要求4所述的斯列普活化炉高收率活化工艺，其特征在于包括所述S3、S4步骤中，所述第一提高段内部设置耐高温内壁，第二提高段内部设置耐高温内壁。 说明书 : 斯列普活化炉高收率活化工艺技术领域[0001] 本发明涉及活性炭制备技术领域，尤其设计一种斯列普活化炉高收率活化工艺。背景技术[0002] 活性炭通过制粉，混捏、成型，炭化、再经过活化形成具有一定孔隙度的颗粒，活化是活性炭造孔、形成孔隙结构的的重点步骤，通常，活化炉分为左半炉、右半炉，两个半炉内部下连烟道相通，一个半炉处于冷却状态、另一个半炉处于加热状态，加热后的半炉内高温烟气被抽出进入蓄热室内，蓄热室内储存热量后，下一周期的水蒸气进入后被加热，从而提高进入冷却半炉内水蒸气的温度，降低冷却半炉的热量损失和炉内的能耗。[0003] 但是由于蓄热室内空间较大，砌筑保温措施，热量散失仍然很严重，尤其是冬季，加热半炉抽出的高温烟气温度高达1000℃，进入蓄热室后，热量散失严重，温度降低严重，从而降低对下一周期水蒸气的加热能力。发明内容[0004] 鉴于以上缺陷，本发明提出一种斯列普活化炉高收率活化工艺，包括以下步骤：[0005] S1：活化炉包括左半炉、右半炉、左蓄热室、右蓄热室，左半炉与右半炉具有相同结构，左蓄热室与右蓄热室具有相同结构，左半炉和右半炉从上向下依次为预热段、补充炭化段、活化段、冷却段，每一段的产品道上下连通，每一段的烟道呈“S”型上下连通，左半炉的烟道低端与右半炉的烟道低端连通，左半炉的烟道顶端通过左蓄热室与右蓄热室连通，且，右半炉的烟道顶端与右蓄热室连通，从而将左半炉和右半炉连通；[0006] S2：物料从活化炉顶部水封槽进料口进入炉内，从上向下依次经过预热段、补充炭化段、活化段、冷却段，最后经卸料器卸出炉；[0007] S3：左蒸汽入口设置于左蓄热室的底部，右蒸汽入口设置于右蓄热室的底部，左空气阀门设置于左蓄热室的上部，右空气阀门设置于右蓄热室的上部，在物料经过上述过程的同时，打开左蒸汽入口，关闭右蒸汽入口，水蒸气沿着左蒸汽入口进入左蓄热室、左半炉的烟道、右半炉的烟道、右蓄热室，然后排出，此时左半炉为冷却半炉，右半炉为加热半炉；同时关闭左空气阀门，打开右空气阀门，向右空气阀门内补充空气，用于提高附近位置的烟气的温度；[0008] S4：运行一个周期后，关闭左蒸汽入口，打开右蒸汽入口，水蒸气沿着右蒸汽入口进入右蓄热室、右半炉的烟道、左半炉的烟道、左蓄热室，然后排出，此时左半炉为加热半炉，右半炉为冷却半炉；同时关闭右空气阀门，打开左空气阀门，向左空气阀门内补充空气，用于提高左蓄热室内各点位置的烟气的温度。[0009] 本方案中，充分利用加热半炉抽出的烟气成分CO、CH4、H2等，补充进入的空气中的氧气与其进行反应，可燃气体大部分已经燃烧转变，也就证明配入的空气参与反应，进而转化为释放的热量，不仅可以转化为热量，提高蓄热室内的温度，而且可以将烟气中的可燃气体充分利用，不仅实现了资源的二次利用，还减轻了烟气后续处理的环保压力。同时对下一周期水蒸气换热作用明显，显著提高进入下一周期冷却半炉水蒸气的温度，避免温度波动。附图说明[0010] 图1为本方案的一种状态示意图。即左半炉10为冷却炉，右半炉20为加热炉。[0011] 图2为图1的下一个周期的状态示意图。即右半炉20为冷却炉，左半炉10为加热炉。[0012] 图3为蓄热室的结构示意图。[0013] 图4为冷却段出料结构示意图。[0014] 图5、6为现有技术中的活化炉的示意图。[0015] 左半炉10、右半炉20、左蓄热室30、左蒸汽入口31、左空气阀门32、右蓄热室40、右蒸汽入口41、右空气阀门42、进入口51、排出口52、产品道61、风道62。具体实施方式[0016] 参见图1?6，本发明提成的一种斯列普活化炉高收率活化工艺，包括以下步骤：[0017] S1：活化炉包括左半炉10、右半炉20、左蓄热室30、右蓄热室40，左半炉10与右半炉20具有相同结构，左蓄热室30与右蓄热室40具有相同结构，左半炉10和右半炉20从上向下依次为预热段、补充炭化段、活化段、冷却段，每一段的产品道61上下连通，每一段的烟道呈“S”型上下连通，左半炉10的烟道低端与右半炉20的烟道低端连通，左半炉10的烟道顶端通过左蓄热室30与右蓄热室40连通，且，右半炉20的烟道顶端与右蓄热室40连通，从而将左半炉10和右半炉20连通；[0018] S2：物料从活化炉顶部水封槽进料口进入炉内，从上向下依次经过预热段、补充炭化段、活化段、冷却段，最后经卸料器卸出炉；[0019] S3：左蒸汽入口31设置于左蓄热室30的底部，右蒸汽入口41设置于右蓄热室40的底部，左空气阀门32设置于左蓄热室30的上部，右空气阀门42设置于右蓄热室40的上部，在物料经过上述过程的同时，打开左蒸汽入口31，关闭右蒸汽入口41，水蒸气沿着左蒸汽入口31进入左蓄热室30、左半炉10的烟道、右半炉20的烟道、右蓄热室40，然后排出(水蒸气进入左半炉10和右半炉20后，反应后已经转化为高温烟气)，此时左半炉10为冷却半炉，右半炉20为加热半炉；同时关闭左空气阀门32，打开右空气阀门42，向右空气阀门42内补充空气，用于提高附近位置的烟气的温度。(烟气水蒸气流动的动力为外部的高压风机提供的压力，左蒸汽入口31、右蒸汽入口41靠近蓄热室底部的设计，目的在于将进入的低温水蒸气从蓄热室底部向上移动的过程中，通过蓄热室内的残留高温对水蒸气进行换热预热，从而提高水蒸气进入冷却半炉的温度)[0020] 冷却半炉内部发生的主要的化学反应有：[0021] C+H2O＝H2+CO?热量；C+2H2O＝CO2+2H2?热量；CO2+C＝2CO?热量[0022] 加热半炉内部发生的主要的化学反应有：[0023] CO+1/2O2＝CO2+热量；H2+1/2O2＝H2O+热量；CH4+2O2＝2H2O+CO2+热量[0024] 水蒸气进入冷却半炉，主要与碳反应生成气体并排出，完成初步造孔的过程，所以冷却半炉的目的在于活性炭内部进行造孔。而加热半炉通过拉高温度，目的在于对形成的空隙进行烧结固化，降低灰分等杂质含量，提高活性炭的强度。无论活化炉两个半炉的状态如何切换，位置1’、2’、3’、4’、5’、6’、7’、8’、9’、10’、11’、12’均作为常开式氧气补入口，氧气配入量根据炉型不同而配置，这属于本领域常规操作，且有多年经验可循，无需赘述。[0025] 在原有设计中，11’点位置的温度为950?980℃左右，13’点温度为850?900℃左右，15’位置温度更低，可见烟气从11’进入13’，烟气温度在没有供空气时已经开始降低，进入15’温度持续下降，再经过右蓄热室40排出后，温度已经大幅度的下降，此高温烟气对右蓄热室40的蓄热、加热作用已经不明显，经检测，原设计中，此15’的温度已低至880℃，经由蓄热室的排出口52排出时，受环境因素等外界热散失影响，排出口52的温度地址800℃以下，而蓄热室的设计目的在于，将加热半炉中的烟气抽出，降低活化后产品中灰分等杂质含量，提高产品强度，并通过高温烟气收集其中的资源再利用的同时，还通过其热量对蓄热室进行二次加热，并将蓄积的热量保存在蓄热室内，为下一周期水蒸气进入时提供补充热量，加热水蒸气。[0026] 补充进入的空气是与高温烟气中的可燃气体(CO、CH4、H2)反应，进而释放热量。[0027] 该步骤中，左半炉10为冷却半炉，且通入水蒸气，通入的水蒸气进入烟道后，导致该半炉温度较低，右半炉20为加热半炉，炉内温度较高，排出烟气温度较高(相较于右蓄热室内部而言)，右蓄热室40温度也较高，通过检测15’点位置，温度达到1100℃左右，而15’点的高温烟气来源于13’位置的高温烟气，检测可知，13位置的温度为850?900℃左右，与原有设计相比，右空气阀门42及空气的配入，15’位置的温度没有降低，反而有所显著提高，经检测，15’位置的温度可达到1100℃左右，经由蓄热室排出后，排出口52的温度也可以保持在1050?1100℃，热量散失较少。通过本方案的设计，检测15’点位置相对于13’位置的温度不会降低，反而可以提高此处的温度，进而提高右蓄热室40内部的温度，为下一周期水蒸气的进入后，提供更多的补充热源，对下一周期水蒸气的加热效果更加明显。预热后的水蒸气进入冷却半炉后，炉体温度损失。逦露冉档徒闲。换嵊跋旎蚶屠淙窗肼诓康奈露，由于水蒸气造孔活化(活化造孔的原理在于：碳与气体反应，反应速度及效率随着温度的升高而增大，水蒸气活化，温度一般为850?950℃较佳，温度太低，则反应效率下降，成孔率降低，温度太高，碳烧失率增大，强度下降，灰分增加，造孔率下降)，需要在高温下进行，加之冷却半炉发生的本来就是吸热反应，若温度拉低太多，则会影响反应效率，成孔率明显降低。[0028] 为了验证方案优越性，本申请不仅跟踪检测加热半炉对应蓄热室进入口(15’位置点)、排出口(17’位置点)的温度，还跟踪检测下一周期切换后冷却半炉内对应蓄热室进入口(17’)、排出口(15’)的温度，本数据基于加热半炉是右半炉20(如图1)，下一周期冷却半炉是右半炉20(如图2)。[0029][0030] 上表可知，当右半炉为加热半炉时，采用本方案后，从右半炉进入右蓄热室高温烟气温度可达到1100℃，即使经过右蓄热室排出后，温度也可达到1060℃。一个周期切换后，当右半炉转变为冷却半炉，右蓄热室内平均温度仍然可以保持在1030℃左右，从右蒸汽入口41进入的水蒸气，经由右蓄热炉的换热，从进入口41进入右半炉20，依次沿着17’、15’等进入右半炉20内部烟道，外部送入的水蒸气为已经过加热手段出来的过热蒸汽，温度可达到300℃(17’)，先进入右蓄热室底部，经由右蓄热室换热，到达顶部即将进入右半炉20时，检测气体温度为935℃(15’)，显然，该水蒸气已经被上一周期右蓄热室内残留的高温换热升温，从而使进入右半炉20的水蒸气温度提高至935℃，进入右半炉后水蒸气依次经由13’、11’等位置的烟道进入炉内，监测可知，13’点温度为850?900℃，11’点位置的温度为950?980℃，显然进入的水蒸气的与先接触、就近的13’、11’温度接近，自然不会将炉内温度拉低，保持右半炉内温度稳定，从而保证整个活化炉温度稳定性，使活化后产品品质稳定、优秀。[0031] 而对原始设计中，即未增加左空气阀门32、右空气阀门42及加热半炉未向左空气阀门32、右空气阀门42配入空气。当右半炉为加热半炉时，从右半炉进入右蓄热室高温烟气温度已经衰减严重，到达蓄热室顶部(15’点)，只能达到880℃，经过右蓄热室排出后，温度只能达到700℃。一个周期切换后，当右半炉转变为冷却半炉，右蓄热室内平均温度仍然可以约为700℃左右，从右蒸汽入口41进入的水蒸气，经由右蓄热炉的换热，从进入口41进入右半炉20，依次沿着17’、15’等进入右半炉20内部烟道，外部送入的水蒸气为已经过加热手段出来的过热蒸汽，温度可达到300℃(17’)，先进入右蓄热室底部，经由右蓄热室换热，到达顶部即将进入右半炉20时，检测气体温度为690℃(15’)，显然，该水蒸气经过右蓄热室内残留的高温换热效果不好，进入冷却半炉的气体温度只能达到690℃，显然该温度已经低于最佳反应温度，而且该低温气体进入冷却半炉，与13’点温度(850?900℃)，11’点位置的温度(950?980℃)差距较大，进入的水蒸气因温差会对炉温温度平衡造成严重干扰，产品稳定性较差。以上数据显示，本方案改进后进入冷却半炉的水蒸气的温度可达到935℃，不仅远远高于原有设计中690℃，本方案中进入冷却半炉的水蒸气温度与就近接触的13’、11’温度更加接近，温度干扰几乎没有。[0032] 以下为对原有设计和本方案蓄热室排出口52气体成分进行检测，[0033][0034] 注，以上数据为突出效果，均取整，不在保留小数。[0035] 上述表格可知，对于蓄热室而言，进入口51为加热半炉中高温烟气进入蓄热室的位置，排出口52为蓄热室内烟气排出位置，通过检测进入口51和排出口52的气体成分可知，现有设计中，进入口51成分中可燃气体占比为80％，排出口52中可燃气体占比为77％，成分基本没有变化。说明，烟气从上连通烟道进入蓄热室、再由蓄热室排出后成分几乎无变化，而本方案中，进入口51成分中可燃气体占比同于现有技术，为80％，排出口52中可燃气体占比为43％，可燃气体合计变化量达到37％，所以转化为热量的可燃气体达到37％，已经与空气反应，转化为热量富集在蓄热室内部，很显然，通过空气的配入，可燃气体大部分已经燃烧转变，也就证明配入的空气参与反应，进而转化为释放的热量，不仅可以转化为热量，提高蓄热室内的温度，而且可以将烟气中的可燃气体充分利用，不仅实现了资源的二次利用，还减轻了烟气后续处理的环保压力。这与现有技术中将蓄热室或活化炉排出的高温烟气排出后再利用是不同的，例如排出蓄热室、排出活化炉，排出后的高温烟气已经离开活化炉、蓄热室，即使二次燃烧或引入其他系统利用其成分和热量，也只能将高价值成分，如CO\CH4\H2等应用于外部，不能保留在蓄热室内，对蓄热室内的热量、温度并无贡献。[0036] S4：运行一个周期后，关闭左蒸汽入口31，打开右蒸汽入口41，水蒸气沿着右蒸汽入口41进入右蓄热室40、右半炉20的烟道、左半炉10的烟道、左蓄热室30，然后排出(同理水蒸气进入右半炉20和左半炉10后，反应后已经转化为高温烟气)，此时左半炉10为加热半炉，右半炉20为冷却半炉；同时关闭右空气阀门42，打开左空气阀门32，向左空气阀门32内补充空气，用于提高左蓄热室内各点位置的烟气的温度。目的在于通过打开左空气阀门32配入的空气拉高16’位置附近的温度，进而拉高左蓄热室30内部整体的温度。如专利号为2019204163330中，已经对活化炉的结构进行详细介绍，其中的反应段13即为活化段，S型烟气通道14即为本方案中的烟道。一个周期之后，两个半炉切换后，左半炉10作为加热半炉，右半炉20作为冷却半炉，烟气从进入口61进入蓄热室，同样对左蓄热室30排出口62气体进行检测。[0037][0038] 本方案中，进入口61成分中可燃气体占比同于现有技术，为80％，排出口62中可燃气体占比为41％，可燃气体合计变化量达到39％，所以转化为热量的可燃气体达到39％。可见两个半炉状态切换后，高温烟气中可燃气体转化率接近，至少有37％被利用，进行有效转化。[0039] 进一步，包括所述S3、S4步骤中，所述补充气体为预热后的空气。[0040] 进一步，包括所述S3、S4步骤中，所述预热后的空气是在活化料冷却段换热后的空气。冷却段设置产品道61和风道62，二者相互隔绝，通过热传递实现换热，产品道61内排出活性炭物料，风道62内通入空气，冷却的空气将热的活性炭传递至隔离墙上的热量带走，实现换热冷却，换热后的空气温度提高，形成热空气，通过空气管道输送至左空气阀门32或右空气阀门42。通过检测，外部空气进入补充入口，空气温度为?20?10℃(平均?5℃)，而本方案中冷却后的换热气体温度可达到70℃，进入蓄热室后，降低因温差带来的热量损耗，所以补充进入的空气不仅与高温烟气中的可燃气体反应放出热量，而且预热后的空气相对于室温空气进入，能够降低温差带来的热量损耗。[0041] 在加热半炉被抽出的烟气流量保持稳定的前提下，原加热半炉的进入口51或进入口61进入蓄热室的流量也保持稳定，仅此预热空气的引入，从热量温度影响角度来分析，对于蓄热室内部，单位流量空气进入后，进入的单位立方气体温度提高至少70?(?5)＝75℃，对于蓄热室而言，容积为2000立方米，当空气进入补充入口的流量为700立方/h左右，700/2000＝3.5，所以本方案中通入换热后的空气相较于通入室温空气，流量不变的前提下，将蓄热室内原温度的基础上，单位立方体积内每小时温度可以提高3.5℃，对于2000立方的蓄热室而言，平均温度可提高3.5℃，也就是相较于采用室温空气经由右空气阀门42补充至蓄热室内，单位立方体积内每小时温度避免被拉低3.5℃，升温、保温效果具有显著优势。本方案中，右空气阀门42按照空气通入流量为700立方/h计算，其中有效反应成分为氧气，占比为21％，则氧气通入量为147立方/h。氧气需求量大，通入纯氧的成本根本不现实，只能通过通入空气来实现配氧，由于氧气在空气中占比的限制，有效成分只能达到147立方/h，该含量的氧气能够将加热半炉排出的热烟气中的可燃成分燃烧37％，则说明通过空气的配入即可使烟气中有效转化率达到37％。[0042] 从节能降耗角度来分析，空气进入补充入口的流量为700立方/h左右，单位温度可70?(?5)＝75℃，700m3/h*75℃＝52500℃/h＝72.2大卡，1吨无烟煤燃值7000大卡，因此1小时可节约72.2/7000＝0.01吨无烟煤，一吨无烟煤按1500元/吨计算，1小时可降低15元的成本，按照工厂24h运转的模式，一天可降低360元，一年可节约投入13.14万元。[0043] 进一步，包括所述S3、S4步骤中，活化炉还设置为炉体内通入空气的配气入口，所述配气入口为12个，第1、2配气入口为冷却段的空气入口，第3、4、5、6、7、8、9、10配气入口为活化段的空气入口，第11、12为补充炭化段的空气入口，所述12个配气入口的空气流量均匀设置，且左空气阀门32、右空气阀门42的气体流量为配气入口的流量的3?4倍。[0044] 进一步，包括所述S3、S4步骤中，将预热段的高度提高，同时将左蓄热室30位于监测点16’的位置的高度提高，设置为左提高段，将右蓄热室40位于监测点15’的位置的高度提高，设置为右提高段。[0045] 进一步，包括所述S3、S4步骤中，所述左提高段内部设置耐高温内壁，右提高段内部设置耐高温内壁。具体的，耐高温内壁由原来的普通的粘土耐火砖改为高铝耐火砖，原因为粘土耐火砖熔点为1000?1200℃，高铝耐火砖熔点1300?1400℃，保证能长期使用，延长活化炉的使用寿命。[0046] 上面结合附图对本方案实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2023-12-22

专利公开日期：2024-09-06

专利公告号：CN117509642B