[实用新型]固体含碳物干燥、炭化、活化一体化设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种将固体含碳物(特别是污水处理厂产生的活性污泥产物和褐煤)经过干燥、炭化、活化生产活性碳、半焦、焦油和燃气的一种设备。 

背景技术

固体含碳物有原生的煤、油母页岩和煤矸石；次生的木材.农业秸秆、干果硬壳、有机固废和污水处理厂产生的活性污泥。由于它们含有数量不等的碳，经过燃烧，可提供热能。目前煤炭为人类提供了80％以上的电能。随之带来了严重的环境问题。 

随着城镇化提速，有机固废和污水处理厂产生的污泥的产量与日俱增，环境压力越来越大，常规的填埋和干化焚烧产生更加严重的环境问题。 

活性炭是一种最常用的吸附材料，广泛用于食品工业、药物精制、石化工业和环境治理等方面。 

我国的活性炭产量仅次于美国，居世界第二位，出口量世界第一，年出口量近10万吨。 

活性炭活化方法分为化学法和物理法。化学法的缺点是：要消耗化学试剂、对设备腐蚀、污染环境、成本高，已逐步被物理法所取代。物理法是将固体含碳物炭化后，再在高温下(800-1000℃)，用水蒸汽或二氧化碳活化。 

公知的活化炉有斯列普炉和多层盘式炉。斯列普炉间断生产，单台处理量低，只有几百吨／台年，成本高；多层盘式炉为世界上普遍采用的炉型。其外壳呈圆筒形，活化原料从炉顶加入，靠中心轴带动的耙臂，低速(0.5-3rpm)逐盘翻动而下，与由下部送入的活化剂接触被活化。目前，该炉国内尚不能生产。这两种炉型只能完成活化，不能进行炭化，能效都很低。 

近年来，褐煤的干燥、炭化提质备受关注，这是因为，全世界的褐煤地质储量约为4万亿吨，占全球煤炭地质储量的40％弱。据20世纪末的统计，我国已有探明褐煤保有储量1300亿吨，占全国煤炭总储量的13％左右。储量巨大。且埋藏深度浅，可采煤层厚，大多适宜露天开采，生产安全，开采成本低。 

但是其热值低(一般在2700-3600Kcal／kg之间)，水分高(全水分在26-40％之间)，毛煤松软，孔隙率大，易碎裂，比表面积大，易风化、氧化，燃点低，发火期较短，外运困难。内蒙是我国的褐煤主产区，根据规划，到2020年，内蒙的褐煤生产能力将达到8000万吨／年，霍林河矿区将成为世界级的特大型褐煤露天矿。由于内蒙严重缺水，不可能大量发展坑口电站，所产褐煤必需外运。唯一的选择是将低质量的褐煤提质后外运。研制高效的褐煤提质技术仍当务之急。 

褐煤中的水有三类，即自由水、内在水和结晶水。当褐煤加热到100℃以上时，大部分的自由水能够被蒸发。当褐煤在常压下继续加热到150℃以上时，褐煤结合水(内在水)开始被脱除，羟基官能团(主要是-COOH)发生分解，析出CO₂气体，同时将褐煤的结合水(内在水)排除。进一步提高温度，将导致越来越多的羟基官能团分解，从而引起褐煤的表面性质改变。结晶水是和灰份共存的水，要在更高的温度下才能分解。 

对于无需远途外运的提质褐煤，例如用于坑口电站的褐煤，仅需脱除自由水。需远途外运的提质褐煤，必需提高脱水深度，因为只脱除自由水的褐煤容易返潮。在更高的加热温度下，由于大量的羟基官能团分解，导致褐煤内部的毛细孔倒坍 和产生交联。毛细孔倒坍可以阻止水分进入毛细孔；而交联反应则能够对毛细孔进行密封，阻止倒坍的毛细孔在吸收水分时再膨胀。另外，当褐煤温度被加热到200℃以上时，其表面积会大大减少。表面积减少的主要原因是由于在高温干燥条件下引起褐煤内部的焦油的强烈迁移，即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中，由于焦油冷凝，从而对毛细孔进行密封，并使褐煤的表面积减少。 

由于上述过程，即毛细孔倒塌，交联和焦油迁移对毛细孔形成密封，结果褐煤变得越来越疏水，同时也能够观察到褐煤的硬化，这也导致褐煤的刚性结构的形成。其结果就是褐煤能够从软煤转换为硬煤，由亲水性转换为疏水性，从而可以实现褐煤的长途运输。 

褐煤的这种最佳提质温度是褐煤的一种特质，有的褐煤可能是250℃，而有的褐煤可能要高达550℃以上，即达到低温干馏所需的温度，这应由实验确定。因此，本实用新型对褐煤的这种最佳提质温度未加限定。 

公知的以长途外运为目的褐煤提质技术有多种。 

可以把它们分类如下： 

1.加热法： 

1.1气体热载体，它们有： 

滚筒提质；振动混流提质；带式炉提质；美国MR&E公司褐煤提质(LFC)技术；竖井式炉。