一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于环保技术领域，提供了一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置与方法，一体化装置包括料仓、海水储罐、进料装置、间壁式换热装置、微波式热解活化一体化装置、冷凝回收装置、加压装置A、水蒸汽储罐、加压装置B、热解气储罐、蓄热式燃烧换热装置；本发明专利技术的制备工艺运行上采用有序和间歇操作，可序批式联产高品质储能活性炭同步实现海水淡化，操作方便，经济效益较高，生产过程对环境的污染小，易于大规模推广生产，具有广阔的商业及工业应用前景。此外，从炭材料制备角度，同时巧妙地利用了化学活化剂：海水中无机盐和物理活化剂：水蒸气+热解气，实现化学‑物理同步活化。

【技术实现步骤摘要】
一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置与方法
本专利技术属于环保
，具体涉及一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置与方法，可实现化学产品的零投入和热解废气的近零排放。
技术介绍
地球上75％面积被水覆盖，总储水量约为13亿平方公里，但其中97.5％水体是海水，而2.5％的淡水资源中97％又是冰川，能被人类直接利用的淡水资源仅占0.26％。随着全球经济的快速发展和人口的不断激增，水资源短缺问题日益加剧。缓解水资源短缺问题对于我国乃至全世界都具有深远的战略意义。既然海水储量如此丰富，那么海水淡化是从源头增加全球淡水资源储备、解决淡水资源匿乏的有效途径之一。现有海水淡化技术包括热法和膜法两大方向。其中热法包括：多级闪蒸、多效蒸馏及压气蒸馏等；而膜法包括：反渗透、电渗析及膜蒸馏等。现有热法海水淡化技术的问题是：操作温度高、能耗大、设备投资大等。而膜法：组建价格昂贵、运行费用高，不适合大规模工业应用。在热法海水淡化系统中，常用做法是将高温淡化后水蒸气冷却转化为淡水。而浓海水的后端处置主要是直接排回大海、地表灌溉或排入污水处理系统，此举存在巨大的环境潜在危机，因此如何实现浓海水资源化和零排放是亟需解决的问题，也是非常有挑战性的课题。另一方面，化学活化法是工业上及实验室常用的活性炭制备方法，其中起到关键催化作用的是各种催化剂，包括氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、磷酸、硫酸、氯化锌等。因此存在以下问题：(1)现有活化剂均属于强碱性或强酸性，长期运行会对设备造成严重的腐蚀，降低使用寿命，从而限制活性炭大规模生产；(2)现有催化剂均属于化工试剂，活化过程中会产生大量的残留液，这些残留液通常不能及时地得到治理，会造成水体二次污染，影响生态环境；(3)为了获得比表面积较高的高品质活性炭，实验室或实际生产中均需要购置大量的活化剂，生产工艺成本较高。此外，在化学活化过程中无可避免都将产生大量的热解气，而这些热解气需要进行特定的处理才能排放至大气中，否者会造成大气环境二次污染。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种利用固体废弃物和原生海水序批式海水淡化同步联产高品质活性炭的方法。关键核心点包括以下几方面：(1)在生产活性炭的同时利用生物质自身孔道结构及表面化学官能团对原生海水起到“锁扣”作用，进而提高海水淡化效率；(2)传统的海水淡化工艺中需要将蒸汽冷凝获得淡水，而本专利技术工艺中，部分蒸汽无需冷凝直接利用高温蒸汽作为物理活化剂，催化生物质造孔制备活性炭部分蒸汽冷凝回收淡水。(3)浓缩后的海水与生物质在蒸发浓缩作用下充分混合均匀，同时高温蒸发浓缩作用将有利于“打碎”或“打散”生物质固有氢键结构，为活化阶段造孔提供“松散”的分子结构。而海水中的无机盐，特别是氯化钠、氯化镁、氯化钙起到催化与孔径模板作用。(4)活化过程热解气一部分作为物理催化剂再次循环通入活化炉中，另一部分热解气利用其自身热值为海水蒸发浓缩过程提供辅助热源，减少海水淡化过程电能的消耗，降低工艺成本，同时实现活化过程的零排放。本专利技术的技术方案：一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置，包括料仓1、海水储罐2、进料装置3、间壁式换热装置4、微波式热解活化一体化装置5、冷凝回收装置6、加压装置A7、水蒸汽储罐8、加压装置B9、热解气储罐10、蓄热式燃烧换热装置11；所述的料仓1和海水储罐2与进料装置3连通，用于进料，进料装置3与间壁式换热装置4的物料进口12连通；所述的间壁式换热装置4设有湿物料进口12、干物料出口13、高温热解气进口14、低温热解气出口15及水蒸汽出口16，干物料出口13与微波式热解活化一体化装置5的干物料进口17连接，高温热解气进口14与微波式热解活化一体化装置5的高温热解气出口19相连，低温热解气出口15与加压装置B9入口相连，水蒸汽出口16通过管道分别与冷凝回收装置6入口、加压装置A7入口相连；所述的微波式热解活化一体化装置5设有干物料进口17、活化热解气体进口18、高温热解气出口19、活性炭出口20，活化热解气体进口18分别与水蒸汽储罐8出口、蓄热式燃烧换热装置11出口连接；所述的加压装置A7出口与水蒸汽储罐8入口相连；所述的加压装置B9出口与热解气储罐10入口相连；所述的热解气储罐10出口与蓄热式燃烧换热装置11入口相连。一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化方法，步骤如下：Ⅰ预混进料阶段：将生物质原料与海水分别由料仓1及海水储罐2送入进料装置3，进料装置3传输的过程中实现生物质原料与海水的充分均匀混合，进料过程中设定停留时间10-120min，生物质原料质量与海水体积固液比为1:10～1:2000，进料质量为100～2000g；Ⅱ蒸发浓缩阶段：进料装置3内混合好的物料由湿物料进口12送入间壁式换热装置4，与来自微波式热解活化一体化装置5内的高温热解气进行间接换热，热解气走管内，湿物料走管外，湿物料内蕴含的水分被蒸出，由水蒸汽出口16分别送入冷凝回收装置6及加压装置A7，冷凝回收装置6将水蒸汽冷凝后以淡水形式回收，加压装置A7将剩余水蒸汽加压后送入水蒸汽储罐8储存；与此同时，高温热解气换热后温度骤降，由低温热解气出口15送入加压装置B9，经加压后送入热解气储罐10储存；Ⅲ活化阶段：蒸发浓缩工艺结束后，将间壁式换热装置4内的干燥固体物料与浓缩海盐混合物由干物料出口13经干物料进口17送入微波式热解活化一体化装置5内，同时将热解气储罐10内储存的热解气送入蓄热式燃烧换热装置11进行加热，加热后的热解气送入热解活化一体化装置5，为干燥固体物料热解活化提供初始能量及物理活化剂，热解气通入1～10min后，将水蒸汽储罐8内的水蒸汽通入微波式热解活化一体化装置5内，为微孔开凿及调整气体产物成分提供活化剂及氧化剂，整个热解活化阶段维持微波式热解活化一体化装置5内辐射功率为400～900W物料；辐射时间为10～60min；热解气进气流速100～2000ml/min；水蒸气进气流速100～2000ml/min；排气流速为200～4000ml/min。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术利用原生海水中自然存在的无机盐(氯化钠、氯化钾等)作为活性炭制备过程的催化剂和造孔剂，避免了强酸或强碱等腐蚀性化学试剂的使用，有利于降低设备的腐蚀性，同时为海水的资源化利用提供新途径。(2)本专利技术利用固废生物质作为原料，一方面利用生物质自身存在的天然孔道结构和表面化学官能团以“锁扣”的方式锁留住海水中的无机盐，此设计将有利于提高淡化水的品质，同时实现浓缩海水的原位利用。另一方面，固废生物质来源丰富，成本低廉，有利于实现固体废物的高值化利用和资源的有效循环。(3)本专利技术改进了水蒸气冷凝工艺，将部分淡化后水蒸气直接通入到活化系统中作为物理活化剂1对生物质原料起到二次造孔作用；而活化工艺过程产生的热解气不直接排放到大气环境中，而是进行二次循环利用。一部分热解气利用其余热补给海水淡化体系，另部分热解气利用其中CO2等气体作为活化工艺物理活化剂2。以上工艺的设计将有利于实现生产过程气体的零排放，避免对大气环境污染，同时实现余热的循环利用。(4)本专利技术的制备工艺运行上采用有序和间歇操作，可序批式联产高品质储能活性炭同步实现海水淡化，操作方便，经济效益较高，生产过程对环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置，其特征在于，所述的海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置包括料仓(1)、海水储罐(2)、进料装置(3)、间壁式换热装置(4)、微波式热解活化一体化装置(5)、冷凝回收装置(6)、加压装置A(7)、水蒸汽储罐(8)、加压装置B(9)、热解气储罐(10)、蓄热式燃烧换热装置(11)；所述的料仓(1)和海水储罐(2)与进料装置(3)连通，用于进料，进料装置(3)与间壁式换热装置(4)的物料进口12连通；所述的间壁式换热装置(4)设有湿物料进口(12)、干物料出口(13)、高温热解气进口(14)、低温热解气出口(15)及水蒸汽出口(16)，干物料出口(13)与微波式热解活化一体化装置(5)的干物料进口(17)连接，高温热解气进口(14)与微波式热解活化一体化装置(5)的高温热解气出口(19)相连，低温热解气出口(15)与加压装置B(9)入口相连，水蒸汽出口(16)通过管道分别与冷凝回收装置(6)入口、加压装置A(7)入口相连；所述的微波式热解活化一体化装置(5)设有干物料进口(17)、活化热解气体进口(18)、高温热解气出口(19)、活性炭出口(20)，活化热解气体进口(18)分别与水蒸汽储罐(8)出口、蓄热式燃烧换热装置(11)出口连接；所述的加压装置A(7)出口与水蒸汽储罐(8)入口相连；所述的加压装置B(9)出口与热解气储罐(10)入口相连；所述的热解气储罐(10)出口与蓄热式燃烧换热装置(11)入口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置，其特征在于，所述的海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化装置包括料仓(1)、海水储罐(2)、进料装置(3)、间壁式换热装置(4)、微波式热解活化一体化装置(5)、冷凝回收装置(6)、加压装置A(7)、水蒸汽储罐(8)、加压装置B(9)、热解气储罐(10)、蓄热式燃烧换热装置(11)；所述的料仓(1)和海水储罐(2)与进料装置(3)连通，用于进料，进料装置(3)与间壁式换热装置(4)的物料进口12连通；所述的间壁式换热装置(4)设有湿物料进口(12)、干物料出口(13)、高温热解气进口(14)、低温热解气出口(15)及水蒸汽出口(16)，干物料出口(13)与微波式热解活化一体化装置(5)的干物料进口(17)连接，高温热解气进口(14)与微波式热解活化一体化装置(5)的高温热解气出口(19)相连，低温热解气出口(15)与加压装置B(9)入口相连，水蒸汽出口(16)通过管道分别与冷凝回收装置(6)入口、加压装置A(7)入口相连；所述的微波式热解活化一体化装置(5)设有干物料进口(17)、活化热解气体进口(18)、高温热解气出口(19)、活性炭出口(20)，活化热解气体进口(18)分别与水蒸汽储罐(8)出口、蓄热式燃烧换热装置(11)出口连接；所述的加压装置A(7)出口与水蒸汽储罐(8)入口相连；所述的加压装置B(9)出口与热解气储罐(10)入口相连；所述的热解气储罐(10)出口与蓄热式燃烧换热装置(11)入口相连。2.一种海水淡化原位联产高品质活性炭的一体化方法，其特征在于，步骤如下：Ⅰ预混进料阶段：将生物质原料与海水分别由料仓(1)及海水储罐(2)送入...

【专利技术属性】
技术研发人员：高原，孙瑞璇，李爱民，张雷，姬国钊，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21