本發(fā)明屬于環(huán)保炭技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機制生物炭生產(chǎn)裝置及該生物炭的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
生物炭是生物有機材料(生物質(zhì))在缺氧或絕氧環(huán)境中，經(jīng)高溫?zé)崃呀夂笊傻墓虘B(tài)產(chǎn)物。我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)生了大量生物質(zhì)資源，大部分的生物質(zhì)資源都被浪費，沒有較好的利用。為了更好地利用生物質(zhì)資源，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成密度大、熱值高、燃燒時間長的機制生物炭，此種利用生物質(zhì)的方式被越來越廣泛的應(yīng)用。
目前生產(chǎn)機制生物炭的方式有兩種：一種是先將生物質(zhì)擠壓成型，再進行外熱式炭化的工藝，該工藝生產(chǎn)機制炭品質(zhì)較好，但存在能耗高、生產(chǎn)周期長、效率低等缺點；另一種是利用炭粉，采用淀粉性粘合劑將炭粉粘結(jié)并壓制成型的工藝，該工藝存在沒有足夠多的碳粉來源，多通過小顆粒炭塊破碎成粉再進行成型，限制該工藝的發(fā)展。
已公開的現(xiàn)有技術(shù)中，ZL201210547343.0《一種機制木炭的生產(chǎn)方法》包括下述步驟：⑴將生物質(zhì)材料破碎；直接放入熱解爐內(nèi)裂解，產(chǎn)出低溫炭，溫度250-350℃，低溫炭中的含氧量約20％，含氫量約5％，裂解時間約4-6小時；⑵將低溫炭通過球磨機磨成20-100目的炭粉；⑶將步驟⑵炭粉送入攪拌機內(nèi),按一定比例加入生物質(zhì)焦油,攪拌均勻成漿料，送至擠壓機內(nèi)擠壓成各種形狀的型炭；⑷、將型炭放入熱解爐中，溫度500-1000℃，裂解時間約4-6小時，移出冷卻，得高溫機制木炭。該工藝耗費大量資源，成本較高，而且過程復(fù)雜，產(chǎn)生一定的污染，不環(huán)保。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種機制生物炭生產(chǎn)裝置及方法，通過將生物質(zhì)在流化床炭化爐的高溫環(huán)境下，以及爐內(nèi)氣流擾動條件下，使生物質(zhì)發(fā)生一次破碎、二次破碎，生成炭粉，控制流化床炭化爐運行工況，以獲得不同品質(zhì)的生物炭和焦油產(chǎn)量，從而獲得不同密度、熱值和強度的機制生物炭，便于控制機制生物炭品質(zhì)，解決了現(xiàn)有的生物炭生產(chǎn)過程中出現(xiàn)耗費大量資源，成本較高，而且過程復(fù)雜，產(chǎn)生一定的污染，不環(huán)保等問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
本發(fā)明為一種機制生物炭生產(chǎn)裝置，包括流化床炭化爐、濕式分離器、混合水池、固液分離器、循環(huán)水泵、燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機、炭成型機和烘干機，所述流化床炭化爐排出口與濕式分離器進口相連；所述濕式分離器的第一排出口與燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機相連，所述燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機出口與烘干機相連；所述濕式分離器第二排出口管路與混合水池相連，所述混合水池通過循環(huán)水泵與濕式分離器循環(huán)相連；所述混合水池中設(shè)有固液分離器，所述固液分離器排出口通過管路連接到炭成型機，所述炭成型機排出口與烘干機相連。
進一步地，所述流化床炭化爐底部設(shè)有進風(fēng)口，所述流化床炭化爐一側(cè)依次設(shè)有床料加料口和原料加料口，所述流化床炭化爐頂部設(shè)有流化床炭化爐排出口；且流化床炭化爐底部進風(fēng)口連接有給風(fēng)機。
進一步地，所述流化床炭化爐的床料加料口下部設(shè)有用于均勻分布空氣與溫度的布風(fēng)裝置。
進一步地，所述濕式分離器包括濕式分離器進口、第一排出口、第二排出口和循環(huán)水入口；所述循環(huán)水入口與循環(huán)水泵相連。
進一步地，所述混合水池一側(cè)設(shè)置密度檢測裝置。
一種機制生物炭生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
步驟一，通過進風(fēng)口、床料加料口和原料加料口分別向流化床炭化爐內(nèi)加入空氣、床料和生物質(zhì)原料，生物質(zhì)在流化床炭化爐內(nèi)發(fā)生炭化反應(yīng)，生成的生物質(zhì)炭、燃?xì)夂徒褂屯ㄟ^流化床炭化爐排出口送入濕式分離器；
步驟二，生物質(zhì)炭、燃?xì)夂徒褂徒?jīng)濕式分離器分離后，燃?xì)馔ㄟ^第一排出口排出，經(jīng)燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機升壓后送入烘干機；
步驟三，生物炭和焦油被水?dāng)y帶進入混合水池，生物炭和焦油經(jīng)固液分離器分離、收集后送入炭成型機，提取液經(jīng)循環(huán)水泵送入濕式分離器繼續(xù)參與分離；
步驟四，生物炭以焦油做粘合劑，經(jīng)炭成型機處理后送入烘干機烘干，即得機制生物炭。
進一步地，所述流化床炭化爐的運行溫度600～900℃，爐內(nèi)流速2～5m/s。
進一步地，所述流化床炭化爐加入的床料為耐磨床料顆粒，粒徑為0.5～5mm。
進一步地，所述混合水池中提取液密度1.0～1.1g/cm3。
本發(fā)明的原理：
生物質(zhì)在流化床炭化爐的高溫環(huán)境下，以及爐內(nèi)氣流擾動條件下，高溫使生物質(zhì)處于軟化狀態(tài)；爐內(nèi)氣流擾動增加了原料之間以及床料與原料之間的摩擦、碰撞，產(chǎn)生摩擦力及剪切力。在兩方面條件共同作用下，生物質(zhì)發(fā)生一次破碎、二次破碎，生成炭粉。
焦油與表面粗糙不平的生物炭接觸時，由于生物炭表面多孔，兩者可以成犬齒溶合在一起；其次，在范德華力推動下，焦油與生物炭分子相互擴散產(chǎn)生互溶，形成粘結(jié)過渡區(qū)；另外，焦油與生物炭中部分化學(xué)鍵相連，減少裂縫擴展的發(fā)生，更容易抵御各種損壞性環(huán)境的破壞和侵蝕。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1、本發(fā)明通過控制流化床炭化爐運行工況，以獲得不同品質(zhì)的生物炭和焦油產(chǎn)量，從而獲得不同密度、熱值和強度的機制生物炭，便于控制機制生物炭品質(zhì)。
2、本發(fā)明通過將生物質(zhì)炭在流化床炭化爐內(nèi)即時破碎，后續(xù)工藝無需破碎設(shè)備，避免了破碎設(shè)備產(chǎn)生的能耗和污染問題，通過在流化床炭化爐高溫環(huán)境中粉碎，保證了生物質(zhì)炭粉碎后本身的品質(zhì)不受外界環(huán)境的影響。
3、本發(fā)明利用焦油做粘合劑，有效解決了焦油問題，降低成本；同時，混合水池提取液密度大于1.1g/cm3時，提取液即可出售，提高總體經(jīng)濟效益。
4、本發(fā)明的生產(chǎn)過程產(chǎn)物被完全利用，沒有廢氣廢液產(chǎn)生，生產(chǎn)過程環(huán)保，避免有害物質(zhì)的產(chǎn)生。
當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例中一種機制生物炭生產(chǎn)裝置的示意圖；
附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：
1-流化床炭化爐；101-進風(fēng)口；102-床料加料口；103-原料加料口；104-流化床炭化爐排出口；105-布風(fēng)裝置；2-濕式分離器；201-濕式分離器進口；202-第一排出口；203-第二排出口；204-循環(huán)水入口；3-混合水池；4-固液分離器；401-固液分離器排出口；5-循環(huán)水泵；6-燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機；7-烘干機；8-炭成型機；801-炭成型機排出口；9-給風(fēng)機；10-密度檢測裝置。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例及附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
請參考附圖1所示，一種機制生物炭生產(chǎn)裝置，包括流化床炭化爐1、濕式分離器2、混合水池3、固液分離器4、循環(huán)水泵5、燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機6、炭成型機8和烘干機7，
將流化床炭化爐排出口104與濕式分離器進口201相連；
將濕式分離器2的第一排出口202與燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機6相連，燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機6出口與烘干機7相連；通過燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機6將烘干機7的剩余熱量壓入濕式分離器2中，充分利用烘干機7的氣體余熱。
再將濕式分離器2第二排出口203管路與混合水池3相連，混合水池3 通過循環(huán)水泵5與濕式分離器2循環(huán)相連；混合水池3中設(shè)有固液分離器4，固液分離器排出口401通過管路連接到炭成型機8，炭成型機排出口801與烘干機7相連。
其中，流化床炭化爐1底部設(shè)有進風(fēng)口101，流化床炭化爐1一側(cè)依次設(shè)有床料加料口102和原料加料口103，流化床炭化爐1頂部設(shè)有流化床炭化爐排出口104；且流化床炭化爐1底部進風(fēng)口101連接有給風(fēng)機9。
其中，流化床炭化爐1的床料加料口102下部設(shè)有用于均勻分布空氣與溫度的布風(fēng)裝置105。
其中，濕式分離器2包括濕式分離器進口201、第一排出口202、第二排出口203和循環(huán)水入口204；循環(huán)水入口204與循環(huán)水泵5相連。
其中，混合水池3一側(cè)設(shè)置密度檢測裝置10。
一種機制生物炭生產(chǎn)方法，包括以下步驟：
步驟一，通過進風(fēng)口101、床料加料口103和原料加料口102分別向流化床炭化爐1內(nèi)加入空氣、床料和生物質(zhì)等原料，生物質(zhì)在流化床炭化爐1內(nèi)發(fā)生炭化反應(yīng)，生成的生物質(zhì)炭、燃?xì)夂徒褂?，通過流化床炭化爐排出口104將生成的生物質(zhì)炭、燃?xì)夂徒褂退腿霛袷椒蛛x器2；
步驟二，生物質(zhì)炭、燃?xì)夂徒褂徒?jīng)濕式分離器2分離后，燃?xì)馔ㄟ^第一排出口202排出，經(jīng)燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機6升壓后送入烘干機7；
步驟三，生物炭和焦油被水?dāng)y帶進入混合水池3，生物炭和焦油經(jīng)固液分離器4分離、收集后送入炭成型機8，提取液經(jīng)循環(huán)水泵5送入濕式分離器2繼續(xù)參與分離；
步驟四，生物炭以焦油做粘合劑，經(jīng)炭成型機8處理后送入烘干機7烘干，即得機制生物炭。
其中，流化床炭化爐1的運行溫度600～900℃，爐內(nèi)流速2～5m/s。
其中，流化床炭化爐1加入的床料為耐磨床料顆粒，粒徑為0.5～5mm。
其中，混合水池3中提取液密度1.0～1.1g/cm3。
生物質(zhì)在流化床炭化爐的高溫環(huán)境下，和爐內(nèi)氣流擾動條件下，高溫使生物質(zhì)處于軟化狀態(tài)；爐內(nèi)氣流擾動增加了原料之間以及床料與原料之間的摩擦、碰撞，產(chǎn)生摩擦力及剪切力。在兩方面條件共同作用下，生物質(zhì)發(fā)生一次破碎、二次破碎，生成炭粉。
焦油與表面粗糙不平的生物炭接觸時，由于生物炭表面多孔，兩者可以成犬齒溶合在一起；其次，在范德華力推動下，焦油與生物炭分子相互擴散產(chǎn)生互溶，形成粘結(jié)過渡區(qū)；另外，焦油與生物炭中部分化學(xué)鍵相連，減少裂縫擴展的發(fā)生，更容易抵御各種損壞性環(huán)境的破壞和侵蝕。
實施例一
原料竹屑，床料為粒徑4mm的氧化鋁球，加入流化床炭化爐，控制爐體運行溫度780℃，爐內(nèi)流速3m/s，炭化后竹炭經(jīng)濕式分離器和固液分離器分離后，進入炭成型機壓制成型，成型竹炭在烘干機內(nèi)經(jīng)部分燃?xì)夂娓珊?，即得機制竹炭。運行過程中，混合水池提取液密度超過1.1g/cm3時，則抽取部分提取液出售，并向混合水池補充循環(huán)水，控制提取液密度在1.0～1.1g/cm3之間，機制竹炭固定碳含量86％，灰分3％，水分8％，揮發(fā)分3％，表面有金屬光澤，熱值7681kcal/kg。
實施例二
原料杏殼，床料為粒徑2mm的石英砂，加入流化床炭化爐，控制爐體運行溫度750℃，爐內(nèi)流速4m/s，炭化后杏殼炭經(jīng)濕式分離器和固液分離器分離后，進入炭成型機壓制成型，成型杏殼炭在烘干機內(nèi)經(jīng)部分燃?xì)夂娓珊?，即得機制杏殼炭。運行過程中，混合水池提取液密度超過1.1g/cm3時，則抽取部分提取液出售，并向混合水池補充循環(huán)水，控制提取液密度在1.0～1.1g/cm3之間。機制杏殼炭固定碳含量80％，灰分5％，水分7％，揮發(fā)分8％，表面有金屬光澤，熱值7493kcal/kg。
實施例三
原料麥秸，床料為粒徑1mm的河沙，加入流化床炭化爐，控制爐體運行溫度680℃，爐內(nèi)流速2.5m/s，炭化后麥秸炭經(jīng)濕式分離器和固液分離器分離后，進入炭成型機壓制成型，成型麥秸炭在烘干機內(nèi)經(jīng)部分燃?xì)夂娓珊?，即得機制麥秸炭。運行過程中，混合水池提取液密度超過1.1g/cm3時，則抽取部分提取液出售，并向混合水池補充循環(huán)水，控制提取液密度在1.0～1.1g/cm3之間。機制麥秸炭固定碳含量75％，灰分8％，水分7％，揮發(fā)分10％，表面有金屬光澤，熱值7075kcal/kg。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。