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一種農(nóng)作物秸稈連續(xù)有氧快速炭化工藝的制作方法

文檔序號(hào):5130574閱讀:479來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):一種農(nóng)作物秸稈連續(xù)有氧快速炭化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于秸桿炭化領(lǐng)域,尤其是涉及一種農(nóng)作物秸桿連續(xù)有氧快速炭化工藝。
背景技術(shù)
農(nóng)作物秸桿是一類(lèi)利用價(jià)值很高的生物質(zhì)資源,但目前的處理方式仍然以直接焚燒為主,不僅浪費(fèi)了可貴的資源,又造成嚴(yán)重的大氣污染。秸桿的高效炭化不僅能解決廢棄秸桿直接焚燒導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題,還能將廢棄秸桿轉(zhuǎn)化為具有高附加值的炭產(chǎn)品,創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此外,利用秸桿制造燒烤或工業(yè)用炭還能夠減少傳統(tǒng)制炭行業(yè)對(duì)木材的消耗,保護(hù)森林資源。目前國(guó)內(nèi)秸桿的炭化工藝主要是采用傳統(tǒng)的堆燒和窯燒工藝,均屬于干餾炭化的技術(shù)工藝,這類(lèi)工藝的缺點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面·(I)需要外部或內(nèi)部單獨(dú)熱源加熱來(lái)保證絕氧干餾過(guò)程的進(jìn)行,熱傳導(dǎo)效率低,能耗大;(2)炭化周期長(zhǎng),從秸桿開(kāi)始炭化到輸出最終炭產(chǎn)品,通常需要一天甚至數(shù)天以上的時(shí)間,生產(chǎn)效率低;(3)無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出炭,均采用間歇式的生產(chǎn)方式,因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種能耗小、炭化周期短,能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的工業(yè)化生產(chǎn)的農(nóng)作物秸桿連續(xù)有氧快速炭化工藝。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種農(nóng)作物秸桿連續(xù)有氧快速炭化工藝,包括如下步驟(I)將風(fēng)干切割后的秸桿以一定的進(jìn)料速率連續(xù)輸送至炭化反應(yīng)器中進(jìn)行炭化反應(yīng),通入空氣并點(diǎn)燃部分秸桿為整體炭化提供熱量,炭化反應(yīng)生成的炭以一定的出炭速率連續(xù)輸出。進(jìn)料速率與出炭速率之比決定了整體工藝的出炭率(即每公斤秸桿所能生產(chǎn)的炭量),通常秸桿原料的固定碳含量越高,熱值越高,進(jìn)料速率與出炭速率之比越小,出炭率越高。發(fā)明人經(jīng)過(guò)對(duì)不同種類(lèi)秸桿進(jìn)行試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn),在炭化過(guò)程中,控制秸桿的進(jìn)料速率(kg/h)與出炭速率(kg/h)之比為(2. 5 5) :1,優(yōu)選(2. 5 3. 5) :1,更優(yōu)選(2. 5 2.8) :1,得到的產(chǎn)品出炭率高,經(jīng)濟(jì)成本低??諝饬髁康拇笮Q定了炭化時(shí)秸桿燃燒的比例和炭化熱量的供給量。空氣流量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致炭產(chǎn)品灰分過(guò)大,甚至無(wú)法產(chǎn)炭;空氣流量過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致炭化熱量不足,秸桿炭化不充分,空氣流量與秸桿的種類(lèi)和進(jìn)料速率密切相關(guān)。發(fā)明人經(jīng)過(guò)對(duì)不同種類(lèi)秸桿進(jìn)行試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn),控制通入空氣的流量(Nm3/kgeff)在下述范圍內(nèi)(0. 3-1. 0)NmVkgeff X進(jìn)料速率kg稻稈/h,優(yōu)選0. 4 0. 8Nm3/kg稻稈X進(jìn)料速率kg稻稈/h,更優(yōu)選(0. 5 0. 6) NmVkgeff X進(jìn)料速率kgeff/h,則可以避免空氣流量過(guò)大或過(guò)小,使得秸桿炭化充分,得到的炭產(chǎn)品灰分含量少,產(chǎn)品質(zhì)量高。炭化反應(yīng)器內(nèi)溫度控制也是炭化工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。溫度過(guò)低則炭化速率過(guò)慢,且不容易充分炭化;溫度過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致秸桿向液化和氣化反應(yīng)進(jìn)行,減少產(chǎn)品中炭的含量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn),將炭化反應(yīng)器內(nèi)炭化溫度控制在350-550°C,優(yōu)選400 550°C,更優(yōu)選450-500 0C的范圍內(nèi),秸桿炭化充分、產(chǎn)品炭含量高。炭化反應(yīng)器內(nèi)壓力分布為_(kāi)8kPa -IkPa,優(yōu)選_5kpa _3kPa。在此范圍內(nèi),炭化反應(yīng)的速率和運(yùn)行能耗有著較佳平衡點(diǎn)。物料停留時(shí)間與成炭質(zhì)量密切相關(guān),物料停留時(shí)間過(guò)短則炭化不夠充分,成炭質(zhì)量低,物料停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則容易導(dǎo)致炭的二次轉(zhuǎn)化,減少產(chǎn)品中含炭量。控制物料在炭化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為20 40分鐘,更優(yōu)選25 35分鐘,能夠得到高質(zhì)量的炭產(chǎn)品。(2)經(jīng)過(guò)步驟(I)炭化反應(yīng)之后,秸桿轉(zhuǎn)化成主產(chǎn)品(炭)和副產(chǎn)品(可燃性氣體、·氣態(tài)焦油和木醋液)。炭經(jīng)由帶有冷卻水套的封閉螺旋輸送器送出,出炭溫度低于80°C (含80度。C )。副產(chǎn)品進(jìn)入單獨(dú)的后續(xù)處理系統(tǒng)并冷卻分離成液態(tài)焦油、液態(tài)木醋液和可燃性氣體。封閉的螺旋輸送器能夠避免空氣與成炭的接觸,防止炭的二次反應(yīng);螺旋輸送器上的冷卻水套能夠保證炭迅速冷卻到所需要的出炭溫度;出炭溫度低于80°C則是保證輸出的成炭與外界空氣不發(fā)生二次反應(yīng)(高于此溫度,則有可能導(dǎo)致炭的二次反應(yīng),含炭量減少,灰分增加)。優(yōu)選的,所述風(fēng)干切割后的秸桿由如下方法處理得到將秸桿自然風(fēng)干,并切割成5 15cm長(zhǎng)度。本發(fā)明還提供一種由上述工藝制備得到的炭。本發(fā)明的炭化工藝不僅可以應(yīng)用到農(nóng)作物秸桿類(lèi)中,如棉秸桿、玉米秸桿、水稻秸桿、大豆秸桿、麥秸桿中,還可以用于稻殼、廢棄枝椏、木屑等其它生物質(zhì)原料。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是(I)本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的間歇式生產(chǎn)方式,實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)反應(yīng)器的連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出炭,可以應(yīng)用于大型工業(yè)化生產(chǎn),得到含碳量67% 73%的炭產(chǎn)品。(2)本發(fā)明改變了傳統(tǒng)工藝中炭化過(guò)程的熱傳導(dǎo)模式。傳統(tǒng)工藝主要利用外部或內(nèi)部獨(dú)立熱源提供熱量,熱源與秸桿不進(jìn)行直接接觸,主要是通過(guò)輻射和導(dǎo)熱進(jìn)行熱傳導(dǎo)。而本發(fā)明則是充分利用炭化反應(yīng)器內(nèi)部秸桿燃燒的熱量,通過(guò)輻射、導(dǎo)熱和煙氣與秸桿的強(qiáng)迫熱對(duì)流提高熱交換速率,極大地提高了熱傳導(dǎo)效率和升溫速率,從而顯著地縮短秸桿的炭化周期(從秸桿原料進(jìn)入反應(yīng)器到輸出成品炭),由傳統(tǒng)工藝的炭化周期約為24 72h縮短至0. 5 lh,極大地提高了生產(chǎn)效率。(3)本發(fā)明的炭化工藝能耗顯著減少。以同樣采用燃燒秸桿提供熱源為例傳統(tǒng)工藝中每炭化I公斤秸桿需額外燃燒0. 2 0. 3公斤秸桿,而本工藝中每炭化I公斤秸桿僅需額外燃燒約0. I公斤秸桿,相對(duì)于傳統(tǒng)工藝,本工藝降低能耗50%以上。


圖I是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明炭化工藝的一個(gè)炭化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中I、封閉料斗2、傳送帶3、進(jìn)料口4、炭化反應(yīng)器5、空氣進(jìn)氣口6、閥門(mén)7、流量計(jì)8、篦子9、氣體出口10、炭倉(cāng)11、封閉螺旋輸送器12、出炭口13、冷卻水套14、壓力、溫度 測(cè)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式附圖I是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明炭化工藝的一個(gè)炭化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明,但不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例I一種以棉秸桿為原料的炭化工藝,包括如下步驟(I)棉秸桿風(fēng)干與切割將棉秸桿自然風(fēng)干,并簡(jiǎn)單切割為5 15cm長(zhǎng)度;(2)將風(fēng)干切割后的棉秸桿送入封閉料斗1,通過(guò)調(diào)節(jié)傳送帶2控制棉秸桿以260kg/h的進(jìn)料速率經(jīng)由進(jìn)料口 3連續(xù)輸送至炭化反應(yīng)器4中??諝馔ㄟ^(guò)空氣進(jìn)氣口 5進(jìn)入炭化反應(yīng)器4,通入空氣的流量為130Nm3/h,空氣流量由閥門(mén)6和流量計(jì)7進(jìn)行控制。點(diǎn)燃空氣進(jìn)氣口 5處的秸桿,并開(kāi)始炭化反應(yīng)過(guò)程。炭化反應(yīng)器4內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)壓力、溫度測(cè)點(diǎn)14,對(duì)炭化反應(yīng)器4內(nèi)的壓力和溫度進(jìn)行檢測(cè)。炭化過(guò)程中,炭化反應(yīng)器內(nèi)平均溫度控制約為480°C,炭化反應(yīng)器內(nèi)壓力分布為_(kāi)2kPa,物料在炭化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為25分鐘。(3)經(jīng)過(guò)步驟(2)炭化反應(yīng)之后,棉秸桿轉(zhuǎn)化成主產(chǎn)品(炭)和氣態(tài)副產(chǎn)品。炭和氣態(tài)副產(chǎn)品在篦子8處分離,炭先進(jìn)入炭倉(cāng)10,然后進(jìn)入帶有冷卻水套13的封閉螺旋輸送器11,并通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制炭倉(cāng)10內(nèi)的炭以95kg/h的出炭速率由出炭口 12連續(xù)輸出,出炭溫度為65°C ;氣態(tài)副產(chǎn)品由氣體出口 9進(jìn)入單獨(dú)的后續(xù)處理系統(tǒng)并冷卻分離成液態(tài)焦油、液態(tài)木醋液和可燃性氣體。炭化效果炭化周期36min,炭產(chǎn)品含碳量70%,滿(mǎn)足使用要求。實(shí)施例2一種以大ii稻桿為原料的炭化工藝,除在炭化過(guò)程中,控制大ii稻桿的進(jìn)料速率為400kg/h,出炭速率為140kg/h,通入空氣的流量220Nm3/h ;炭化反應(yīng)器內(nèi)平均溫度控制約為510°C,炭化反應(yīng)器內(nèi)壓力分布為_(kāi)5kPa,物料在炭化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為35分鐘,出炭溫度為70°C外,其他條件同實(shí)施例I。炭化效果炭化周期50min,炭產(chǎn)品含碳量72%,滿(mǎn)足使用要求。實(shí)施例3:一種以麥秸桿為原料的炭化工藝,除在炭化過(guò)程中,控制麥秸桿的進(jìn)料速率為500kg/h,出炭速率為160kg/h,通入空氣的流量260Nm3/h ;炭化反應(yīng)器內(nèi)平均溫度控制約為530°C,炭化反應(yīng)器內(nèi)壓力分布為_(kāi)7kPa,物料在炭化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為40分鐘,出炭溫度78°C外,其他條件同實(shí)施例I。炭化效果炭化周期60min,炭產(chǎn)品含碳量69%,滿(mǎn)足使用要求。以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等,均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專(zhuān)利涵蓋范圍之內(nèi)?!?br> 權(quán)利要求
1.一種農(nóng)作物秸桿連續(xù)有氧快速炭化工藝,其特征在于包括如下步驟 (1)將風(fēng)干切割后的秸桿以一定的進(jìn)料速率連續(xù)輸送至炭化反應(yīng)器中進(jìn)行炭化反應(yīng),通入空氣并點(diǎn)燃部分秸桿為整體炭化提供熱量,炭化反應(yīng)生成的炭以一定的出炭速率連續(xù)輸出; 炭化反應(yīng)過(guò)程中,控制稻桿的進(jìn)料速率與出炭速率之比為(2. 5 5)kg/h :lkg/h,通入空氣的流量為0. 3 I. ONmVkgeif X進(jìn)料速率kgeff/h ;炭化反應(yīng)器內(nèi)平均溫度控制在350 550°C,炭化反應(yīng)器內(nèi)壓力分布為_(kāi)8kPa -lkPa,物料在炭化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為20 40分鐘; (2)經(jīng)過(guò)步驟(I)炭化反應(yīng)之后,秸桿轉(zhuǎn)化成的炭經(jīng)由帶有冷卻水套的封閉螺旋輸送器送出,出炭溫度低于80°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝,其特征在于所述風(fēng)干切割后的秸桿由如下方法處理得到將秸桿自然風(fēng)干,并切割成5 15cm長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的工藝,其特征在于控制秸桿的進(jìn)料速率與出炭速率之比為(2. 5 3. 5) kg/h :lkg/h,優(yōu)選(2. 5 2. 8) kg/h :lkg/h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的工藝,其特征在于通入空氣的流量為0.4 O.8NmVkgeif X進(jìn)料速率kg稻稈/h,優(yōu)選O. 5 O. 6NmVkgeif X進(jìn)料速率kg稻稈/h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的工藝,其特征在于炭化反應(yīng)器內(nèi)平均溫度控制在400 550°C,優(yōu)選 450 500°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的工藝,其特征在于炭化反應(yīng)器內(nèi)壓力分布為 _5kPa _3kPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的工藝,其特征在于物料在炭化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為25-35分鐘。
8.一種由權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述工藝制備得到的炭。
全文摘要
本發(fā)明提供一種農(nóng)作物秸稈連續(xù)有氧快速炭化工藝,包括如下步驟(1)將風(fēng)干切割后的秸稈以一定的進(jìn)料速率連續(xù)輸送至炭化反應(yīng)器中進(jìn)行炭化反應(yīng),通入空氣并點(diǎn)燃部分秸稈為整體炭化提供熱量,炭化反應(yīng)生成的炭以一定的出炭速率連續(xù)輸出;(2)經(jīng)過(guò)步驟(1)炭化反應(yīng)之后,秸稈轉(zhuǎn)化成的炭經(jīng)由帶有冷卻水套的封閉螺旋輸送器送出,出炭溫度低于80℃。本發(fā)明的工藝相比傳統(tǒng)工藝能耗減少50%、炭化周期縮短至0.5~1h,并且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的工業(yè)化生產(chǎn),具有能耗低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10B53/02GK102786970SQ201210326108
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者喬立元, 周延明, 楊肖, 陳金城 申請(qǐng)人:天津德塔生態(tài)炭發(fā)展有限公司
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