1.本发明涉及活化炉活性炭活化及再生技术领域，具体涉及一种物理法制备活性炭两级流化活化一体炉及方法。
背景技术：2.现有制备活性炭的工业化装置中，有以下几种：一、斯列普炉：斯列普炉起停困难，活化周期长，活化剂的使用效率低，以水处理炭碘吸附值1000为例，物料的进出料停留时间大于48h，物料中固定碳转化率≤50％；二、回转炉：分解产生初级活性炭产品，且活性炭产量低。内热式，因气体接触不均匀，转化率低，活性炭品质差，产量低，不好管理；外热式，无法运用高温工况的物料，物料对设备硫腐蚀严重，无法大面积推广应用。以传导供热方式，受到载体材料的限制，物料进出停留时间6h以上；三、多段炉(耙式炉)：造价高昂、维护成本高，活化过程存在死角，不容易管理，停留时间在8h以上。
3.综上所述，现有活化炉系统存在如下缺陷：对原料有强的选择性，设备维护成本高，活化时间偏长，导致无效活化较多，把活化合格的有效孔结构扩大为无效的大孔，导致成品转化率低；活化尾气难于处理，甚至需要外部热源来进行无害化处理；由于常规活化采用的原料为碳化料，需冷却直接水冷或间冷，导致原料热解过程中打开的孔隙再次封闭起来，导致活化难度增加，同时抑制了制备高品质活性炭的空间。
技术实现要素：4.为此，本发明提供一种物理法制备活性炭两级流化活化一体炉及方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明提供一种物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，所述一体炉包括炉体，
7.所述炉体包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；
8.所述上部流化区上部设置有上部空气极箱，上部流化区内设置有与所述上部空气极箱连通的多个风帽；
9.所述中部流化区内设置有混合气体极箱，所述混合气体极箱上部设置多个风帽；
10.所述下部流化区内置有环形气体极箱，所述环形气体极箱呈环形，所述环形气体极箱上部设有与所述环形气体极箱连通的多个风帽，所述环形气体极箱上设有多个出渣口；
11.所述出渣口设为贯穿所述环形气体极箱的出渣管，在所述出渣管上环设有空气夹套，所述空气夹套与所述环形气体极箱连通。
12.本发明的一个实施例中，所述出渣口设置为2个或4个，所述出渣口在所述环形气体极箱上对称设置。
13.本发明的一个实施例中，所述混合气体极箱的侧壁外缘呈倾斜结构，底部与所述环形气体极箱的上部连接。
14.本发明的一个实施例中，所述下部流化区的炉体内侧壁具有一倾斜结构，该倾斜
结构的底部与所述环形气体极箱的上部连接。
15.本发明的一个实施例中，所述一体炉的上部还设有料仓；
16.所述出渣管与冷渣机连接。
17.本发明还提供一种物理法制备活性炭的系统，其包括所述的两级流化活化一体炉、旋风分离器、空气煤气换热器、第一烟气蒸汽换热器、第二烟气蒸汽换热器、分气缸、余热蒸汽锅炉、第一气体混合器以及第二气体混合器；
18.所述活化一体炉上部流化区的煤气出口通过所述旋风分离器与所述空气煤气换热器连接；
19.所述空气煤气换热器分别与所述第一气体混合器连接、焚烧炉连接；
20.所述第一烟气蒸汽换热器分别与所述第二烟气蒸汽换热器、分气缸和空气夹套连接；
21.所述第二烟气蒸汽换热器分别与所述分气缸、余热蒸汽锅炉、第一气体混合器连接；
22.所述第一气体混合器与所述混合气体极箱连接；
23.所述分气缸通过所述第二气体混合器与所述上部空气极箱连接。
24.本发明的一个实施例中，所述系统还包括省煤器、布袋除尘器、引风机以及烟筒；
25.所述省煤器通过所述余热蒸汽锅炉与所述布袋除尘器连接；
26.所述布袋除尘器通过引风机与所述烟筒连接。
27.本发明的一个实施例中，所述空气煤气换热器与焚烧炉之间设有低氮燃烧器离心鼓风机。
28.本发明的一个实施例中，所述分气缸和所述第二气体混合器之间设有第一罗茨风机；
29.所述空气煤气换热器连接有第二罗茨风机。
30.本发明的一个实施例中，所述旋风分离器还连接有密封料罐。
31.本发明还提供利用上述系统制备活性炭的方法。
32.本发明具有如下优点：
33.本发明的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，能够更好的保护物料中的固定碳，减少固定碳的无效烧蚀。本发明的活化一体炉利用流化床的优点，传质传热快，反应均匀、水蒸气活化剂利用效率高、节能，而且反应料层中的物料温度可控制。
34.本发明的一体炉的炉内是微正压连续运行，产生的煤气尾气可以安全输送，尾气的热值大于800大卡/m3，无酚水类污染，可以资源化利用，物料的利用效率高，原材料转化率高，产量大，气废能资源化利用，无液废，安全节能。
35.本发明提供的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉能够持续稳定供热，高效供给活化剂，使得气体与物料均匀接触，活化均匀，活性炭产品品质稳定均匀，所有反应流程可调整，固体进出停留时间少于150min；
36.本发明的活化一体炉的上部流化区能迅速热解、初步活化物料；固体物料高温进入中部流化区以及下部流化区，使得活化物料的强度增加，起到预氧化作用，在保证下部流化状态的气量的情况下，可减少空气的投入量，增加活性炭收率，在混合气体极箱中，空气量的占比少于50％，混合气体中氧气的体积占比少于15％。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
38.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
39.图1为本发明实施例提供的一种物理法制备活性炭两级流化活化一体炉的结构示意图；
40.图2为本发明实施例提供的物理法制备活性炭系统的组成示意图；
41.图3为本发明实施例提供的另一实施例的物理法制备活性炭系统的组成示意图；
42.图中：100-炉体；110-上部空气极箱；111-风帽；120-环形气体极箱；121-出渣管；122-空气夹套；130-混合气体极箱；140-冷渣机；200-料仓；300-分气缸；310-第一气体混合器；312-第一罗茨风机；313-第二罗茨风机；320-第二气体混合器；400-空气煤气换热器；500-焚烧炉；600-料罐；610-第一烟气蒸汽换热器；620-第二烟气蒸汽换热器；700-余热蒸汽锅炉；800-省煤器；900-烟气布袋除尘器；901-煤气布袋除尘器；910-引风机；920-烟筒；930-旋风分离器；940-煤气间接冷却塔；950-低温煤气储罐；970-第二煤气蒸汽换热器；980-第一煤气蒸汽换热器。
具体实施方式
43.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。
44.实施例1
45.如图1和图2所示，本发明提供一种物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，该一体炉包括炉体100，炉体100包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；上部流化区上部设置有上部空气极箱110、上部流化区内设置多个风帽111，风帽111与上部空气极箱110连通；中部流化区内设置有混合气体极箱130，使得高温空气与高温过热水蒸气混合，混合气体极箱130上部的设置多个风帽111；下部流化区内置有环形气体极箱120，环形气体极箱120呈环形，环形气体极箱120上部设有多个风帽111，环形气体极箱可使得高温过热水蒸气与可燃气体混合，环形气体极箱120上设有多个出渣口，出渣口为贯穿环形气体极箱120出渣管121，在出渣管121环设有空气夹套122，空气夹套122与环形气体极箱120连通。过热水蒸气通过空气夹套进入炉体的内置环形极箱，水蒸气通过内置环形极箱上的风帽进入到炉体内，可使得过热水蒸气均匀分布，与下段的高温炭料深度活化，同时给物料降温，水蒸气与碳的活化反应是吸热反应。
46.本发明的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉中，物料从一体炉的进料口进入
一体炉后，在一体炉内下行(流化)到出炉过程中，经历了三段活化反应，第一阶段为初步活化阶段，二氧化碳与碳活化，以及水蒸气与碳活化，同时活化物料快速升温，闪速热解；第二阶段为中度活化阶段，中度活化阶段中，二氧化碳和水蒸气为活化剂，与物料碳进行活化反应，反应热的提供是底部上来的活化尾气与高温空气中的氧气放热，气气均相反应快于气固反应，减少了固定碳的烧蚀，提供了活化吸热反应的能量，从而实现高温炭料连续活化反应；第三阶段为环形内置极箱出来的高温过热水蒸气作为活化剂与高温的物料碳进行深度活化；本发明的两级流化活化一体炉，通过设置上部流化区、中部流化区以及下部流化区，且在各个流化区内设置多个风帽111，提升了活化剂的使用效率，减少了水蒸气的投放量，节约了活化时间，提高了固定碳的收率，减少了活化过程在碳表面的无效活化，从而生产出高品质的活性炭。
47.较佳的，出渣口设置为2个或4个，出渣口在环形气体极箱120上对称设置。混合气体极箱130的侧壁外缘呈倾斜结构，底部与环形气体极箱120的上部连接。下部流化区的炉体100内侧壁具有一倾斜结构，该倾斜结构的底部与环形气体极箱的上部连接，在下部流化区内环形气体极箱120上风帽111输送过热水蒸气的作用下，可使得原料充分均匀反应，而混合气体极箱130的外缘和下部流化区的炉体100内侧壁的倾斜结构，使得物料可以充分与水蒸气活化剂接触，使得反应进行的更充分。
48.作为可变换的实施方式，两级流化活化一体炉中，在上部流化区和中部流化区之间，再设置一组风帽111，使得物料在炉体100内更充分反应。
49.本发明的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉的上部还设有料仓200，通过料仓向炉体100内加入待活化的物料半焦或者原煤，出渣管121与冷渣机140连接，经过活化处理获得的活性炭经出渣管121进入到冷渣机140中。
50.本发明的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，能够更好的保护物料中的固定碳，减少固定碳的无效烧蚀。本发明的活化一体炉利用流化床的优点，传质传热快，反应均匀，活化剂利用效率高，而且节能，而且反应料层的物料温度可控制，可以生产高品质活性炭。
51.本发明的一体炉的炉内是微正压连续运行，产生的活化尾气可以安全输送，尾气的热值大于800大卡/m3，无酚水类污染，可以资源化利用，物料的能量利用效率高，原材料转化率高，产量大，气废能资源化利用，无液废，安全节能。
52.实施例2
53.本发明还提供一种物理法制备活性炭的系统，其包括两级流化活化一体炉、旋风分离器930、空气煤气换热器400、第一烟气蒸汽换热器610、第二烟气蒸汽换热器620、分气缸300、余热蒸汽锅炉700、第一气体混合器310以及第二气体混合器320；活化一体炉上部流化区的煤气出口通过旋风分离器930与空气煤气换热器400连接；空气煤气换热器400分别与第一气体混合器310连接、焚烧炉500连接；第一烟气蒸汽换热器610分别第二烟气蒸汽换热器620、分气缸300和空气夹套122连接；第二烟气蒸汽换热器620分别与分气缸300、余热蒸汽锅炉700、第一气体混合器310连接；第一气体混合器310与混合气体极箱130连接；分气缸300通过第二气体混合器320与上部空气极箱110连接。进一步的，本发明的一种物理法制备活性炭的系统还包括省煤器800、烟气布袋除尘器900、引风机910以及烟筒920；省煤器800通过余热锅炉700与烟气布袋除尘器900连接；烟气布袋除尘器通过引风机910与烟筒
920连接。空气煤气换热器400与焚烧炉500之间设有低氮燃烧器离心鼓风机。
54.本发明物理法制备活性炭的系统中，在活化一体炉内反应后的煤气经旋风分离器930分离后，获得粉状活性炭，旋风分离器930还连接有料罐600，粉炭进入到料罐600中进行收集；分离后的高温煤气经空气煤气换热器400换热，换热后的煤气再经焚烧炉500后，进过第一蒸汽烟气换热器、第二蒸汽烟气换热器进入到余热锅炉700中，再经省煤器800、烟气布袋除尘器900后排出。
55.省煤器800中换热后的热水，在余热锅炉700中加热获得饱和水蒸汽，饱和水蒸汽从余热锅炉700进入到分气缸300中，进入分气缸300中的饱和水蒸汽一部分经过第二烟气蒸汽换热器620后进入到第一气体混合器310中，一部分经第一烟气蒸汽换热器610后进入到空气夹套122中，其余一部分经第二气体混合器320进入到上部空气极箱110中。
56.分气缸300和第二气体混合器320之间设有第一罗茨风机312，同样第一罗茨风机312使得饱和水蒸汽和空气充分混合；空气煤气换热器400和连接有第二罗茨风机313，第二罗茨风机313进入的空气经过空气煤气换热器400进一步换热，收集热量，变成过热空气输送至混合器310，高效利用。
57.实施例3
58.如图3所示，本发明还提供一种物理法制备活性炭的系统，该系统包括两级流化活化一体炉、旋风分离器930、空气煤气换热器400、第一煤气蒸汽换热器980、第二煤气蒸汽换热器970、分气缸300、余热蒸汽锅炉700、第一气体混合器310、煤气布袋除尘器901、煤气间接冷却塔940、低温煤气储罐950；该活化一体炉上部流化区的煤气出口通过旋风分离器930与空气煤气换热器400连接；空气煤气换热器400分别与第一气体混合器310连接、第一煤气蒸汽换热器980连接；第一煤气蒸汽换热器980分别与余热蒸汽锅炉700、分气缸300和混合气体极箱130连接；余热蒸汽锅炉700分别与第二煤气蒸汽换热器970、分气缸300连接。
59.第二煤气蒸汽换热器970分别与分气缸300、余热锅炉700、第一气体混合器310、煤气布袋除尘器901连接；煤气布袋除尘器901通过煤气间接冷却塔940与低温煤气罐950连接，低温煤气罐950与空气夹套122连接。
60.第一气体混合器310与混合气体极箱130连接，且在低温煤气储罐950与空气夹套122之间设有加压煤气风机960；分气缸300还与上部空气极箱110连接，且在分气缸300和上部空气极箱110之间设有第一罗茨风机312。
61.进一步的，本发明的环形气体极箱可通入高温水蒸气的同时混合可燃气体即可，可保护固定碳，避免固定碳的无效烧蚀，可以将废活性炭再生到接近活性炭的原有品质。
62.两级流化活化中，水蒸气利用效率高，节约了水蒸气，导致旋风后端的活化尾气热值高，可以作为能源利用(与传统的斯列普炉，回转窑，耙式炉等相比较，他们的尾气是气废，需要外部热源做无害化处理后才能排放，此发明专利经济利用价值高)
63.本发明的活化一体炉的上部流化区能迅速热解、初步活化物料，物料高温进入中部流化区以及下部流化区，使得活化物料的强度增加，起到预氧化作用，在保证下部流化状态的气量的情况下，可减少空气的投入量，增加活性炭收率，在混合气体极箱中，空气量的体积占比少于50％，混合气体中氧气的体积占比少于15％。
64.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，所有通入空气的地方可以用纯氧或者富氧替代，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，
这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
技术特征：1.一种物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，其特征在于，所述一体炉包括炉体，所述炉体包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；所述上部流化区上部设置有上部空气极箱，上部流化区内设置有与所述上部空气极箱连通的多个风帽；所述中部流化区内设置有混合气体极箱，所述混合气体极箱上部设置多个风帽；所述下部流化区内置有环形气体极箱，所述环形气体极箱呈环形，所述环形气体极箱上部设有与所述环形气体极箱连通的多个风帽，所述环形气体极箱上设有多个出渣口；所述出渣口设为贯穿所述环形气体极箱的出渣管，在所述出渣管上环设有空气夹套，所述空气夹套与所述环形气体极箱连通。2.如权利要求1所述的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，其特征在于，所述出渣口设置为2个或4个以上，所述出渣口在所述环形气体极箱上对称设置。3.如权利要求1所述的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，其特征在于，所述混合气体极箱的侧壁外缘呈倾斜结构，底部与所述环形气体极箱的上部连接。4.如权利要求1所述的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，其特征在于，所述下部流化区的炉体内侧壁具有一倾斜结构，该倾斜结构的底部与所述二气体极箱的上部连接。5.如权利要求1所述的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，其特征在于，所述一体炉的上部还设有料仓；所述出渣管与冷渣机连接。6.一种物理法制备活性炭的系统，其包括权利要求1-5中任一所述的两级流化活化一体炉、旋风分离器、空气煤气换热器、第一烟气蒸汽换热器、第二烟气蒸汽换热器、分气缸、余热蒸汽锅炉、第一气体混合器以及第二气体混合器；所述活化一体炉上部流化区的煤气出口通过所述旋风分离器与所述空气煤气换热器连接；所述空气煤气换热器分别与所述第一气体混合器连接、焚烧炉连接；所述第一烟气蒸汽换热器分别与所述第二烟气蒸汽换热器、分气缸和空气夹套连接；所述第二烟气蒸汽换热器分别与所述分气缸、余热蒸汽锅炉、第一气体混合器连接；所述第一气体混合器与所述混合气体极箱连接；所述分气缸通过所述第二气体混合器与所述上部空气极箱连接。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括省煤器、布袋除尘器、引风机以及烟筒；所述省煤器通过所述余热蒸汽锅炉与所述布袋除尘器连接；所述布袋除尘器通过引风机与所述烟筒连接。8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述空气煤气换热器与焚烧炉之间设有低氮燃烧器离心鼓风机。9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述分气缸和所述第二气体混合器之间设有第一罗茨风机；所述空气煤气换热器和连接有第二罗茨风机；所述旋风分离器还连接有密封料罐。
10.利用权利要求6-9任一所述的系统制备活性炭的方法。
技术总结本发明公开了一种物理法制备活性炭两级流化活化一体炉及方法，所述一体炉包括炉体，所述炉体包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；所述上部流化区上部设置有上部空气极箱、上部流化区内设置多个与所述上部空气极箱连通的风帽；所述中部流化区内设置有混合气体极箱，所述混合气体极箱的上部设置多个风帽，炉内底部内置有环形气体极箱，环形气体极箱上部设置有气体出口与环形气体极箱相连。本发明的物理法制备活性炭两级流化活化一体炉，能够更好的保护物料中的固定碳，减少固定碳的无效烧蚀。本发明的活化一体炉利用流化床的优点，传质传热快，反应均匀、活化剂利用效率高、节能，而且反应料层中的物料温度可控制，提高了活性炭的收率，可以制备高品质活性炭。可以制备高品质活性炭。可以制备高品质活性炭。
技术研发人员：孙孝德 范玉佼
受保护的技术使用者：孙孝德
技术研发日：2022.05.09
技术公布日：2022/7/5
