一种有机物自清洁气化‑热解耦合活化制备高品质热解气和活性炭的装置及方法

摘要

一种有机物自清洁气化‑热解耦合活化制备高品质热解气和活性炭的装置及方法，有机物在自清洁气化‑热解耦合活化装置内依次经过热解干燥区、气化活化区及固体产物出料区，有机物下落过程中先发生干燥和热解反应，产生热解气、焦油及半焦，焦油于装置内冷凝并吸附于有机物表面，多次重整后完全裂解成小分子热解气；半焦送入气化活化区，部分半焦气化产生的气化气经高温加压装置加压后送入蓄热式加热装置，经加热后的气化气返回气化活化区，并作为活化剂对半焦进行活化，不断丰富半焦微孔和中孔结构，最终生成比表面积较大的活性炭，并由固体产物出料区排出后收集；焦油重整及半焦活化过程中，热解气热值不断提升，高品质热解气经换热后由气柜收集。

说明书

技术领域

本发明属于能源利用与环保材料制造技术领域，具体涉及一种有机物自清洁气化-热解耦合活化制备高品质热解气和活性炭的装置及方法。

背景技术

有机物种类繁多，产量巨大。气化热解被认为是有机物资源化处理的有效方法。通过气化热解有机物可以得到可燃气、焦油、半焦等产物。可燃气体、焦油含有较高的热值，焦炭经活化后可形成活性炭。活性炭是一种具有巨大的比表面积和发达的孔隙的炭质材料，具备优良的吸附能力，因其在吸附过程中具备有化学稳定性高、吸附能力强、可再生等特点被广泛应用于液相和气相物质的吸附、分离、提纯以及能源的存储等领域。

有机物气化热解的过程中产生的焦油往往裹挟在可燃气中，成为管道阻塞、设备腐蚀等问题的根源。将焦油重整裂解为小分子可燃气，不仅解决焦油带来的一系列难题，而且还可以提高可燃气整体热值，方便其在工业上应用。

活性炭的制备方法有多种，按照活化剂的性质主要分为物理活化法、化学活化法以及物理化学活化法。物理活化法的优点是工艺简单、制备成本低，对环境的污染小后期无需洗涤，缺点是活化温度高，活性炭品质相对不高，经济附加值低，比较常用的物理活化试剂有水蒸气、二氧化碳等，采用这些试剂进行活化时多要消耗额外的能源来提供活化过程的热量；化学活化法的优点是制备温度相对物理活化法要低，能量需求相对较少，活性炭的品质较高，缺点是成本高，对环境的污染相对严重。

发明内容

本发明为克服现有生产工艺的不足，本发明提供一种有机物自清洁气化-热解耦合活化制备高品质热解气和活性炭的装置及方法，将焦油重整与气化气活化相结合，调整反应装置的整体结构，能量自给，清洁生产，连续自动化运行的同时实现高品质热解气及活性炭的制备。

本发明的技术方案：

一种有机物自清洁气化-热解耦合活化制备高品质热解气和活性炭的装置，包括自清洁气化-热解耦合活化装置1、高温除尘装置2、高温加压装置3、蓄热式加热装置、空气预热器6、鼓风机7、烟气净化装置8、余热回收装置9、低温冷凝装置10及气柜11；

所述的自清洁气化-热解耦合活化装置1至上而下依次为双封闭进料区12、干燥热解区13、承压隔断14、气化活化区15及固体产物出料区16；承压隔断14将干燥热解区13和气化活化区15分隔，并保证热解反应结束的物料均匀落至气化活化区15；承压隔断14与气化活化区15之间设有下部气化气出口17，干燥热解区13与双封闭进料区12之间设有上部热解气出口18；

所述的自清洁气化-热解耦合活化装置1的下部气化气出口17通入高温除尘装置2，经除尘的气化气由高温加压装置3加压后分别通入蓄热式加热装置及余热回收装置9，自清洁气化-热解耦合活化装置1的上部热解气出口18通入低温冷凝装置10；

所述的蓄热式加热装置包括蓄热式加热装置A4及蓄热式加热装置B5；蓄热式加热装置上设有气化气进口、空气进口、气化气出口及烟气出口；蓄热式加热装置的气化气出口通入自清洁气化-热解耦合活化装置1的气化活化区15，蓄热式加热装置的烟气出口通入空气预热器6；

所述的空气预热器6的空气进口连接鼓风机7，空气预热器6的空气出口通入蓄热式加热装置，空气预热器6的烟气出口通入烟气净化装置8；

所述的余热回收装置9的气化气出口通入气柜11；

所述的低温冷凝装置10的热解气出口通入气柜11。

一种有机物自清洁气化-热解耦合活化制备高品质热解气和活性炭的方法，将干燥热解区13产生的焦油冷凝吸附于有机物表面，多次重整后裂解成小分子热解气；气化活化区15产生的气化气经高温加热后返回至气化活化区15，并作为活化剂对半焦进行活化，不断丰富半焦微孔和中孔结构，最终生成比表面积较大的活性炭，步骤如下：

Ⅰ干燥热解阶段：有机物经自清洁气化-热解耦合活化装置1的双封闭进料区 12送入干燥热解区13，干燥热解区13下部发生热解反应，产生热解气、焦油及半焦，半焦经承压隔断14落入气化活化区15，热解气及焦油以气态形式向上流动，流动过程中焦油遇冷会冷凝并吸附于有机物表面，再次随着有机物向下移动，遇热会再次裂解为热解气；焦油及半焦，多次重整后焦油被去除并完全裂解成热解气及半焦，干燥热解区13内的热解气热值较高，温度低于105℃，经上部热解气出口18送入低温冷凝装置10；

Ⅱ气化蓄热阶段：气化活化区15内的部分半焦发生气化反应，生成气化气，气化气一部分送入干燥热解区13为有机物的干燥热解提供能量，另一部分经下部气化气出口17通入高温除尘装置2进行除尘，同时开启气化气进气阀A19，经除尘后的气化气送入蓄热式加热装置A4，开启空气进气阀A21，空气预热器6出口空气送入蓄热式加热装置A4，气化气与空气发生低氧超绝热燃烧反应，反应生成高温烟气对蓄热式加热装置A4内的蓄热体进行蓄热，烟气出气阀A25开启，换热后的烟气送入空气预热器6并与其内部的空气进行间接换热，空气预热器6 内的低温烟气送入烟气净化装置8进行净化，合格的烟气排入大气，蓄热式加热装置A4蓄好热量后，其空气进气阀A21与烟气出气阀A25关闭；

Ⅲ活化阶段：气化气出气阀A23、气化气进气阀B20与空气进气阀B22开启，气化气出气阀B24关闭，高温除尘装置2出口的气化气分别送入蓄热式加热装置 A4及蓄热式加热装置B5，气化气在蓄热式加热装置A4内吸热升温，升温后的高温气化气返回自清洁气化-热解耦合活化装置1的气化活化区15，并对气化活化区 15内剩余半焦进行活化，不断丰富半焦微孔结构，最终生成比表面积较大的活性炭；与此同时，送入蓄热式加热装置B5内的气化气与空气发生低氧超绝热燃烧反应，反应生成高温烟气对蓄热式加热装置B5内的蓄热体进行蓄热，烟气出气阀B26开启，重复对空气预热器6内的空气间接换热及后续烟气净化，蓄热式加热装置一台用于气化气的加热时，另一台用于蓄热，交替运行；

Ⅳ连续运行阶区：重复Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ步骤，实现整套装置气化-热解耦合活化制备高品质热解气和活性炭的连续自动化运行。

所述的蓄热式加热装置内的蓄热体为交叉状或蜂窝状。

当自清洁气化-热解耦合活化装置1的下部气化气出口17的气化气除满足蓄热及活化需求量外，还有剩余，气化气出气阀C27开启，剩余的气化气经余热回收装置9将热量回收后送入气柜11。

蓄热式加热装置内部能量供给不足时，气柜11内高品质热解气返回蓄热式加热装置，与空气燃烧放出热量为蓄热式加热装置提供能量。

本发明的有益效果：

(1)热解产生的焦油于装置内重整裂解，转化为热解气，整套工艺设备无焦油腐蚀、阻塞等现象发生，也解决后续焦化废水难处理的难题，整套工艺热解气热值较高，在12MJ/Nm³以上。

(2)气化气既为热载体，又作为活化剂活化半焦，活化生成的活性炭具有较丰富的中孔及微孔结构，比表面积在1000m²/g以上。

(3)有机物气化-热解耦合活化制备高品质热解气及活性炭的过程中充分利用有机物中蕴含的能源，实现外来能量的零供给，甚至可以对外提供能量。

附图说明

图1为本发明整套装置的结构示意图。

图中：1自清洁气化-热解耦合活化装置；2高温除尘装置；3高温加压装置； 4蓄热式加热装置A；5蓄热式加热装置B；6空气预热器；7鼓风机；8烟气净化装置；9余热回收装置；10低温冷凝装置；11气柜；12双封闭进料区；13 干燥热解区；14承压隔断；15气化活化区；16固体产物出料区；17下部气化气出口；18上部热解气出口；19气化气进气阀A；20气化气进气阀B；21空气进气阀A；22空气进气阀B；23气化气出气阀A；24气化气出气阀B；25烟气出气阀A；26烟气出气阀B；27气化气出气阀C。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例

如图1所示，将有机物经自清洁气化-热解耦合活化装置1的双封闭进料区12 送入干燥热解区13，干燥热解区下部发生热解反应，产生热解气，焦油及半焦，半焦经承压隔断14落入气化活化区15，焦油多次重整后裂解为小分子热解气，上部热解气经上部热解气出口18送入低温冷凝装置10进行冷凝，温度低于30℃的热解气送入气柜11储存；落入气化活化区15内的部分半焦发生气化反应，生成气化气，气化气一部分送入干燥热解区13为有机物的干燥热解提供能量，一部分经下部气化气出口17通入高温除尘装置2进行除尘，同时开启气化气进气阀 A19，经除尘后的气化气送入蓄热式加热装置A4，开启空气进气阀A21，空气预热器出口空气送入蓄热式加热装置A4，气化气与空气发生低氧超绝热燃烧反应，反应生成高温烟气对蓄热式加热装置A4内的蓄热体进行蓄热，烟气出气阀A25 开启，换热后的烟气送入空气预热器6并与其内部的空气进行间接换热，空气预热器6内的低温烟气送入烟气净化装置8进行净化，合格的烟气排入大气，蓄热式加热装置A4蓄好热量后，其空气进气阀A21与烟气出气阀A25关闭；气化气出气阀A23、气化气进气阀B20与空气进气阀B22开启，气化气出气阀B24关闭，高温除尘装置2出口的气化气分别送入蓄热式加热装置A4及蓄热式加热装置B5，气化气在蓄热式加热装置A4内吸热升温，升温后的高温气化气返回自清洁气化-热解耦合活化装置1的气化活化区15，并对气化活化区15内剩余半焦进行活化，不断丰富半焦微孔结构，最终生成比表面积大于1000m²/g的活性炭；与此同时，送入蓄热式加热装置B5内的气化气与空气发生低氧超绝热燃烧反应，反应生成高温烟气对蓄热式加热装置B5内的蓄热体进行蓄热，烟气出气阀B26开启，重复对空气预热器6内的空气间接换热及后续烟气净化步骤，蓄热式加热装置一台用于气化气的加热时另一台用于蓄热，交替运行。

当自清洁气化-热解耦合活化装置1的下部气化气出口17的气化气除满足蓄热及活化需求量外，还有剩余，气化气出气阀C27开启，剩余的气化气经余热回收装置9将热量回收后送入气柜11。

蓄热式加热装置内部能量供给不足时，气柜11内高品质热解气返回蓄热式加热装置，与空气燃烧放出热量为蓄热式加热装置提供能量。

本发明包括但不限于本实施例，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以采用其他方式做出替换，这些替换也应视为本发明的保护范围。