负极材料碳活化回转炉
回转炉炉体旋转(0.1-6r/min可调)搭配内部抄料板设计,物料翻滚均匀,彻底解决静态煅烧的“生烧、过烧、夹生”问题,品质均匀性提升30%。
技术概述
碳活化回转炉（Integrated Carbonization–Activation Rotary Furnace，ICA-RF）将“炭化”与“活化”两段工艺耦合于同一回转式反应器内，通过连续化、密闭化及自动化控制，实现木质、椰壳、果壳、煤基等多源含碳原料向高品质活性炭的一体化转化。系统具有流程短、能耗低、收率高、污染小等特点，所得活性炭碘值≥900 mg/g、亚甲蓝值≥150 mg/g、比表面积800–1 500 m²/g，可满足气相/液相高端吸附领域要求。
工艺原理
2.1 反应机制
a) 炭化段（低温热解，400–600 ℃，缺氧气氛）
主反应：
原料中有机物 → 固定碳（C）+ 挥发分（H₂、CH₄、CO、焦油）+ 副产水
目标：获得固定碳≥75 %（质量分数）、挥发分≤12 %的多孔炭基体。
b) 活化段（高温气化，800–1 000 ℃，受控气化剂）
主反应：
C + H₂O → CO + H₂ ΔH = +131 kJ/mol
C + CO₂ → 2CO ΔH = +172 kJ/mol
（可选）C + ½O₂ → CO ΔH = –111 kJ/mol（空气活化，放热辅助）
目标：在炭骨架内形成>2 nm介孔与<2 nm微孔交织的三维孔系，提高比表面积至目标区间。
a) 炭化段（低温热解，400–600 ℃，缺氧气氛）
主反应：
原料中有机物 → 固定碳（C）+ 挥发分（H₂、CH₄、CO、焦油）+ 副产水
目标：获得固定碳≥75 %（质量分数）、挥发分≤12 %的多孔炭基体。
b) 活化段（高温气化，800–1 000 ℃，受控气化剂）
主反应：
C + H₂O → CO + H₂ ΔH = +131 kJ/mol
C + CO₂ → 2CO ΔH = +172 kJ/mol
（可选）C + ½O₂ → CO ΔH = –111 kJ/mol（空气活化，放热辅助）
目标：在炭骨架内形成>2 nm介孔与<2 nm微孔交织的三维孔系，提高比表面积至目标区间。
2.2 传热与传质模式
炉体呈1–3°倾斜，转速0.5–3 r/min；物料在重力与抄板共同作用下呈活塞流+滚落复合运动，填充率8–12 %。高温烟气与物料逆向流动，通过辐射—对流—传导耦合传热，确保径向温差<30 ℃、轴向温度梯度可控。
炉体呈1–3°倾斜，转速0.5–3 r/min；物料在重力与抄板共同作用下呈活塞流+滚落复合运动，填充率8–12 %。高温烟气与物料逆向流动，通过辐射—对流—传导耦合传热，确保径向温差<30 ℃、轴向温度梯度可控。
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工艺流程与设备配置
3.1 原料预处理工段
• 破碎：颚破+锤破两段闭路，出料粒度3–10 mm（≥90 %通过率）。
• 干燥：三回程滚筒干燥机，入口烟气160–180 ℃，出料含水率≤10 %（wb）。
• 磁选+筛分：去除金属及>10 mm粗粒，保障炉内流化均匀。
3.2 进料与密封系统
• 计量：变频调速螺旋秤，计量精度±0.5 %，额定能力0.5–5 t/h。
• 密封：双闸板+氮气幕组合锁气，氧含量<1 %（vol），泄漏率<0.1 %。
• 计量：变频调速螺旋秤，计量精度±0.5 %，额定能力0.5–5 t/h。
• 密封：双闸板+氮气幕组合锁气，氧含量<1 %（vol），泄漏率<0.1 %。
3.3 炭化段（炉体前1/3长度）
• 加热：燃烧器负荷20–200×10⁴ kcal/h，燃料可选天然气、液化石油气或自产不凝气。
• 温控：红外+K型热电偶双闭环，精度±5 ℃。
• 油气分离：列管冷凝器（75 ℃）+电捕焦油器，焦油回收率≥95 %，所得燃料油热值≥35 MJ/kg。
• 加热：燃烧器负荷20–200×10⁴ kcal/h，燃料可选天然气、液化石油气或自产不凝气。
• 温控：红外+K型热电偶双闭环，精度±5 ℃。
• 油气分离：列管冷凝器（75 ℃）+电捕焦油器，焦油回收率≥95 %，所得燃料油热值≥35 MJ/kg。
3.4 活化段（炉体后2/3长度）
• 活化剂：水蒸气/CO₂混合比3:1–1:1，预热至280–300 ℃后沿炉长多点注入，蒸汽碳比0.8–1.2 kg/kg。
• 反应时间：通过炉体转速与倾角联合调节，通常1–3 h。
• 在线监测：激光在线比表面积分析仪（BET-Laser）反馈孔隙发育度，闭环调节活化剂流量。
• 活化剂：水蒸气/CO₂混合比3:1–1:1，预热至280–300 ℃后沿炉长多点注入，蒸汽碳比0.8–1.2 kg/kg。
• 反应时间：通过炉体转速与倾角联合调节，通常1–3 h。
• 在线监测：激光在线比表面积分析仪（BET-Laser）反馈孔隙发育度，闭环调节活化剂流量。
3.5 冷却与成品处理
• 冷却：间接水冷滚筒，出料温度≤80 ℃，冷却水闭路循环，补水量<0.1 t/t产品。
• 筛分：三级振动筛（0.5–5 mm），粒径分布可按客户要求调整。
• 包装：全自动吨袋/25 kg阀口袋双模式，称重精度±0.2 %，配备金属检测+重量复检。
• 冷却：间接水冷滚筒，出料温度≤80 ℃，冷却水闭路循环，补水量<0.1 t/t产品。
• 筛分：三级振动筛（0.5–5 mm），粒径分布可按客户要求调整。
• 包装：全自动吨袋/25 kg阀口袋双模式，称重精度±0.2 %，配备金属检测+重量复检。
3.6 尾气治理与能量回收
• 除尘：旋风（效率85 %）+耐高温布袋（PTFE覆膜，≤50 mg/Nm³）。
• 脱硫：石灰石–石膏法，Ca/S=1.03，SO₂≤35 mg/Nm³。
• 脱硝：SNCR（尿素）+低温SCR（180 ℃），NOx≤50 mg/Nm³。
• 余热锅炉：3.82 MPa、450 ℃饱和蒸汽，产汽量~0.35 t/t产品，用于前端干燥或外供。
• 能量利用率：系统热效率≥72 %，综合能耗（折标煤）≤0.38 t/t产品。
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