本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用蘆竹制備生物質(zhì)炭的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物具有來源廣泛、可再生周期短、可生物降解、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，是重要的生物質(zhì)資源。但是這些農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物主要用于直接燃燒產(chǎn)熱，此外還有一部分用作飼料、肥料和制漿造紙工業(yè)的原料，這些領(lǐng)域的利用量不足農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物重量的50％。由于沒有得到有效的轉(zhuǎn)化利用，每年有大量的農(nóng)林生物質(zhì)被棄置于自然環(huán)境或露天焚燒，既造成了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，又造成了資源的極大浪費(fèi)。

現(xiàn)有技術(shù)公開了幾種利用廢棄農(nóng)作物制備生物質(zhì)炭的方法，但制備出的生物質(zhì)炭吸附能力不高，且在制備過程中浪費(fèi)了很多的熱量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是利用蘆竹加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，通過熱解炭化反應(yīng)將其制備成一種吸附能力強(qiáng)的生物質(zhì)炭吸附劑，用于處理工業(yè)廢水，實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種利用蘆竹制備生物質(zhì)炭的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐和微波活化裝置；

所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐用于熱解蘆竹，所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐設(shè)有干燥區(qū)和熱解區(qū)，所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐設(shè)有熱解進(jìn)料口、可燃?xì)馊肟?、空氣入口和熱解出料口?/p>

所述微波活化裝置用于活化制得的熱解炭，所述微波活化裝置設(shè)有微波活化進(jìn)料口和生物質(zhì)炭出口，所述微波活化進(jìn)料口與所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱解出料口相連。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐還設(shè)有高溫油氣出口，所述系統(tǒng)還包括燃燒室、余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)；

所述燃燒室用于處理高溫油氣，所述燃燒室設(shè)有高溫油氣入口、空氣入口和高溫?zé)煔獬隹冢龈邷赜蜌馊肟谂c所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的高溫油氣出口相連；

所述余熱鍋爐用于回收高溫?zé)煔獾臒崃?，所述余熱鍋爐設(shè)有高溫?zé)煔馊肟凇⑦M(jìn)水口和水蒸氣出口，所述高溫?zé)煔馊肟谂c所述燃燒室的高溫?zé)煔獬隹谙噙B；

所述汽輪發(fā)電機(jī)用于給所述微波活化裝置供電，所述汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)有水蒸氣入口和冷凝水出口，所述水蒸氣入口與所述余熱鍋爐的水蒸氣出口相連。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述高溫油氣出口設(shè)置在所述熱解區(qū)的頂部。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐采用雙螺旋出料機(jī)出料。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種利用上述系統(tǒng)制備生物質(zhì)炭的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

準(zhǔn)備長度為4-5cm的蘆竹片；

將可燃?xì)?、空氣和所述蘆竹片送入所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐中，先將所述蘆竹片干燥，然后再進(jìn)行熱解；

將熱解得到的生物質(zhì)炭送入所述微波活化裝置中進(jìn)行微波活化，制得生物質(zhì)炭成品。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括如下步驟：

熱解會(huì)產(chǎn)生高溫油氣，將所述高溫油氣進(jìn)行燃燒，得到高溫?zé)煔猓?/p>

將所述高溫?zé)煔馀c水進(jìn)行換熱，得到水蒸氣；

將所述水蒸氣用于汽輪機(jī)發(fā)電，所述水蒸氣變?yōu)槔淠瑢⑺隼淠厥蘸筚A存；將產(chǎn)生的電能用于給所述微波活化裝置供電。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的干燥溫度設(shè)置為100-150℃。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將所述熱解的溫度設(shè)置為300-800℃，時(shí)間設(shè)置為30-60min。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將所述微波活化的時(shí)間設(shè)置為30-45min。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選用水分含量為30-50wt％的蘆竹片作為原料。

本發(fā)明利用汽輪機(jī)產(chǎn)生電能，供應(yīng)微波活化裝置活化蘆竹生物質(zhì)炭，增加蘆竹生物質(zhì)炭的吸附能力。

此外，本發(fā)明將蘆竹熱解產(chǎn)生的高溫油氣燃燒，燃燒的高溫?zé)煔猱a(chǎn)過熱蒸汽，進(jìn)行汽輪機(jī)發(fā)電，回收能量，減少對(duì)外來能源的需求，起到了節(jié)能減排的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中一種利用蘆竹制備生物質(zhì)炭的系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中一種利用蘆竹制備生物質(zhì)炭的工藝流程圖。

圖中：

100：蘆竹破碎裝置；101：蘆竹入口；102：破碎蘆竹出口；

200：蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐；201：熱解進(jìn)料口；202：可燃?xì)馊肟冢?03：空氣入口；204：熱解出料口；205：高溫油氣出口；

300：微波爐；301：微波活化進(jìn)料口；302：生物質(zhì)炭出口；303：洗滌出料口；304：洗滌水出口；

400：燃燒室；401：高溫油氣入口；402：空氣入口；403：高溫?zé)煔獬隹冢?/p>

500：余熱鍋爐；501：高溫?zé)煔馊肟冢?02：進(jìn)水口；503：水蒸氣出口；

600：汽輪發(fā)電機(jī)；601：水蒸氣入口；602：冷凝水出口。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供的利用蘆竹制備生物質(zhì)炭的系統(tǒng)包括熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐和微波活化裝置。

本發(fā)明中，蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐用于熱解蘆竹。蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱效率高，能達(dá)到86％以上。蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐設(shè)有熱解進(jìn)料口、可燃?xì)馊肟?、空氣入口和熱解出料口?/p>

為了更好的熱解蘆竹，蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐設(shè)置有干燥區(qū)和熱解區(qū)。在這種情況下，高溫油氣出口最好設(shè)置在熱解區(qū)的頂部，以便更好的排出高溫油氣和中溫?zé)煔狻?/p>

為了使熱解炭更好的排出蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐，蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱解出料口最好設(shè)置一出料裝置，本發(fā)明中，該出料裝置優(yōu)選為雙螺旋出料機(jī)。

本發(fā)明采用微波活化裝置活化制得的熱解炭，以提高制得的生物質(zhì)炭的吸附能力。微波活化裝置設(shè)有微波活化進(jìn)料口和生物質(zhì)炭出口，微波活化進(jìn)料口與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱解出料口相連。

微波場(chǎng)是一個(gè)變化頻率極高的交變電場(chǎng)，在這種振蕩強(qiáng)烈的電場(chǎng)中，一切極性基團(tuán)都將迅速改變自己的方向而擺動(dòng)，但因分子本身的熱運(yùn)動(dòng)和相鄰分子的相互作用及分子的慣性，使極性基團(tuán)隨電場(chǎng)變化的擺動(dòng)受阻，從而在極性基團(tuán)和分子之間產(chǎn)生巨大的能量。本發(fā)明采用微波活化裝置優(yōu)選為微波爐。

蘆竹熱解還會(huì)產(chǎn)生高溫油氣，在現(xiàn)有技術(shù)中，一般都將這些高溫油氣直接送入尾氣處理裝置進(jìn)行處理，然而，高溫油氣帶有大量的熱量和熱解油，這樣處理會(huì)造成大量的能耗損失。因此，在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)還可增加燃燒室、余熱鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)。

高溫油氣中的熱解油里面帶有大量的雜質(zhì)，要想將其分離出來十分困難，若處理不當(dāng)，還容易造成環(huán)境污染。本發(fā)明將其燃燒，不僅能有效處理熱解油，還能產(chǎn)生熱量，用以制備微波活化裝置所需的電。

燃燒室用以燃燒高溫油氣中的熱解油。燃燒室設(shè)有高溫油氣入口、空氣入口和高溫?zé)煔獬隹?，高溫油氣入口與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的高溫油氣出口相連。

余熱鍋爐用于回收高溫?zé)煔獾臒崃浚酶邷赜蜌馊紵螽a(chǎn)生的高溫?zé)煔獾臒崃縼碇苽渌魵?。余熱鍋爐設(shè)有高溫?zé)煔馊肟?、進(jìn)水口和水蒸氣出口，高溫?zé)煔馊肟谂c燃燒室的高溫?zé)煔獬隹谙噙B。

汽輪發(fā)電機(jī)用于給微波活化裝置供電，所用的水蒸氣來自余熱鍋爐制備的水蒸氣。汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)有水蒸氣入口和冷凝水出口，水蒸氣入口與余熱鍋爐的水蒸氣出口相連。此外，汽輪發(fā)電機(jī)與微波活化裝置之間通過電線連接。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)制備生物質(zhì)炭的方法，該方法包括如下步驟：

準(zhǔn)備長度為4-5cm的蘆竹片；

將可燃?xì)?、空氣和所述蘆竹片送入蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐中，先將蘆竹片干燥，然后再進(jìn)行熱解；

將熱解得到的生物質(zhì)炭送入微波活化裝置中進(jìn)行微波活化，制得生物質(zhì)炭成品。

為了便于設(shè)備處理，且綜合考慮吸附劑的用途，原料的長度需在4-5cm才行。蘆竹加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品大多長度都較長，為了將其加工至4-5cm，上述系統(tǒng)還可增加一破碎裝置。

由于本發(fā)明中，蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐既用于熱解蘆竹，也用于干燥熱解前的蘆竹，因此，為了保證熱解效果，進(jìn)入蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的蘆竹的水分含量最好小于50wt％，但考慮到要想將蘆竹片的水分含量干燥至30wt％以下所用的熱量太多，且蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐也有能力處理水分含量在30-50wt％的蘆竹片，因此，本發(fā)明所用的蘆竹片的最佳水分含量為30-50wt％。

干燥的溫度并不需要特別限定，但為了保證干燥的效果，又節(jié)約干燥的時(shí)間，蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐干燥區(qū)的最佳溫度為100-150℃。

熱解的溫度和時(shí)間并不需要限定。熱解的溫度太高，浪費(fèi)能源，且不容易控制熱解效果；熱解溫度太低，熱解所需時(shí)間加長，造成生產(chǎn)效率低下。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明最佳的熱解溫度為300-800℃，對(duì)應(yīng)所需的熱解時(shí)間為30-60min。

微波活化的時(shí)間的也不需要特別限定。時(shí)間短，活化效果不佳；時(shí)間長，浪費(fèi)時(shí)間。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明最佳的微波活化時(shí)間為30-45min。

如前所述，蘆竹熱解還會(huì)產(chǎn)生高溫油氣。為了減少對(duì)外來能源的需求，在熱解后還可增加將高溫油氣進(jìn)行燃燒，用燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾臒崃颗c水進(jìn)行換熱，制備微波活化裝置所需的電能，因此，在熱解后還可增加下面的步驟：

將高溫油氣進(jìn)行燃燒，得到高溫?zé)煔猓?/p>

將高溫?zé)煔馀c水進(jìn)行換熱，得到水蒸氣；

將水蒸氣用于汽輪機(jī)發(fā)電，水蒸氣變?yōu)槔淠?，將冷凝水回收后貯存；將產(chǎn)生的電能用于給微波活化裝置供電。

本發(fā)明只對(duì)整個(gè)工藝過程作了簡化的介紹，任何一個(gè)熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員，都可以在本工藝的基礎(chǔ)上增減相關(guān)的設(shè)備來滿足要求。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述發(fā)明內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的檢測(cè)方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測(cè)方法。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種生物質(zhì)炭的制備系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：蘆竹破碎裝置100、蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐200、微波爐300、燃燒室400、余熱鍋爐500和汽輪發(fā)電機(jī)。

蘆竹破碎裝置100設(shè)有蘆竹入口101和破碎蘆竹出口102。

蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐500設(shè)有熱解進(jìn)料口501、可燃?xì)馊肟?02、空氣入口503、水蒸氣入口504、高溫油氣出口505和蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑出口506。其中，熱解進(jìn)料口501與烘干裝置400的烘干出料口402相連。蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐500設(shè)有干燥區(qū)和熱解區(qū)，其中，水蒸氣入口504設(shè)置在干燥區(qū)的底部，高溫油氣出口505設(shè)置在熱解區(qū)的頂部。

燃燒室600設(shè)有高溫油氣入口601、空氣入口602和高溫?zé)煔獬隹?03。其中，高溫油氣入口601與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐500的高溫油氣出口505相連。

余熱鍋爐700設(shè)有高溫?zé)煔馊肟?01、進(jìn)水口702、中溫?zé)煔獬隹?03和水蒸氣出口704。其中，高溫?zé)煔馊肟?01與燃燒室600的高溫?zé)煔獬隹?03相連，水蒸氣出口704與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐500的水蒸氣入口504相連。

旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器800設(shè)有中溫?zé)煔馊肟?01、空氣入口802、低溫?zé)煔獬隹?03、預(yù)熱空氣出口804和冷凝水出口805。其中，中溫?zé)煔馊肟?01與余熱鍋爐700的中溫?zé)煔獬隹?03相連，預(yù)熱空氣出口804與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐500的空氣入口503相連。

尾氣處理裝置900設(shè)有低溫?zé)煔馊肟?01和凈化氣出口902。其中，低溫?zé)煔馊肟?01與旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器800的低溫?zé)煔獬隹?03相連。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種利用實(shí)施例1所提供的系統(tǒng)制備蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑的方法，如圖2所示，其具體過程如下。

S1：準(zhǔn)備長度為4-5cm的蘆竹片。

本實(shí)施例采用的蘆竹原料購自廣西桂林星泰公司，蘆竹原料含水率38.7wt％。將該蘆竹用蘆竹破碎裝置100破碎成4-5cm的蘆竹片。

S2：可燃?xì)狻⒖諝夂退鎏J竹片送入蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐200中，先將蘆竹片干燥，然后再進(jìn)行熱解。

蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐200的干燥區(qū)的溫度為150℃，其熱解區(qū)的溫度為600℃，熱解的時(shí)間為45min。

S3：將熱解得到的生物質(zhì)炭送入微波爐300中進(jìn)行微波活化，制得生物質(zhì)炭成品。

微波活化的時(shí)間為45min。

S4：熱解會(huì)產(chǎn)生高溫油氣，將高溫油氣送入燃燒室400中進(jìn)行燃燒，得到高溫?zé)煔狻?/p>

S5：將高溫?zé)煔馀c水送入余熱鍋爐500中進(jìn)行換熱，得到水蒸氣；

S6：將水蒸氣送入汽輪發(fā)電機(jī)600中發(fā)電，水蒸氣變?yōu)槔淠?，將冷凝水回收后貯存；將產(chǎn)生的電能用于給微波爐300供電。

分析上述步驟制得的蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑的理化性質(zhì)，其結(jié)果如表1所示。

表1蘆竹生物炭吸附劑的理化性質(zhì)

從表1中可以看出，本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法制備出的蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑的比表面積達(dá)到了814m²/g，說明其吸附能力相當(dāng)強(qiáng)。其次，從表1中碘值、亞甲基藍(lán)脫色力兩個(gè)指標(biāo)可以看出，按照本發(fā)明所提供的系統(tǒng)及方法制備出的蘆竹生物質(zhì)炭吸附劑達(dá)到了凈水活性炭的標(biāo)準(zhǔn)，表明其是一種性能優(yōu)異的吸附劑。

綜上可知，本發(fā)明利用汽輪機(jī)產(chǎn)生電能，供應(yīng)微波活化裝置活化蘆竹生物質(zhì)炭，增加蘆竹生物質(zhì)炭的吸附能力。

此外，本發(fā)明將蘆竹熱解產(chǎn)生的高溫油氣燃燒，燃燒的高溫?zé)煔猱a(chǎn)過熱蒸汽，進(jìn)行汽輪機(jī)發(fā)電，回收能量，減少對(duì)外來能源的需求，起到了節(jié)能減排的效果。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。