本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蘆竹生物質(zhì)炭的制備系統(tǒng)及制備方法。

背景技術(shù)：

蘆竹屬多年生、具發(fā)達(dá)根狀莖的禾本科植物。其稈粗大直立，堅(jiān)韌，具多數(shù)節(jié)，常生分枝，可用作藥物、肥料和制漿造紙工業(yè)的原料，但其利用率不高，每年有大量的蘆竹被棄置于自然環(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)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是將蘆竹通過熱解炭化反應(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)明提供一種蘆竹生物質(zhì)炭的制備系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括浸泡裝置、洗滌裝置、蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐和燃燒室；

所述浸泡裝置設(shè)有浸泡進(jìn)料口、浸泡液入口和浸泡出料口；

所述洗滌裝置設(shè)有洗滌進(jìn)料口、洗滌水入口和洗滌出料口，所述洗滌進(jìn)料口與所述浸泡裝置的浸泡出料口相連；

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)馊肟凇⒖諝馊肟?、高溫?zé)煔馊肟凇⑻J竹生物質(zhì)炭出口和高溫油氣出口，所述熱解進(jìn)料口與所述洗滌裝置的洗滌出料口相連；

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，所述高溫?zé)煔獬隹谂c所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的高溫?zé)煔馊肟谙噙B。

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)有中溫?zé)煔獬隹?，所述制備系統(tǒng)還包括旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器；

所述旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器設(shè)有中溫?zé)煔馊肟?、空氣入口、預(yù)熱空氣出口和冷凝水出口，所述中溫?zé)煔馊肟谂c所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的中溫?zé)煔獬隹谙噙B，所述預(yù)熱空氣出口與所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的空氣入口相連。

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，所述高溫?zé)煔馊肟谠O(shè)置在所述熱解區(qū)的底部，所述中溫?zé)煔獬隹谠O(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，所述旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器采用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣，所述旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器的空氣入口與所述鼓風(fēng)機(jī)相連。

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)制備蘆竹生物質(zhì)炭的方法，所述方法包括如下步驟：

準(zhǔn)備長度為4-5cm的蘆竹片；

將所述蘆竹片放入裝有浸漬液的所述浸泡裝置中進(jìn)行浸泡；所述浸漬液為NaOH和H₂O₂組成的混合水溶液；

將浸泡后的蘆竹片送入所述洗滌裝置中用水洗滌；

將可燃?xì)狻⒖諝夂拖礈旌蟮奶J竹片送入所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐中，先將所述洗滌后的蘆竹片干燥，然后再進(jìn)行熱解；

將熱解產(chǎn)生的高溫油氣送入所述燃燒室燃燒，得到高溫?zé)煔?；將所述高溫?zé)煔馑腿胨鲂顭崾捷椛涔苄D(zhuǎn)床熱解爐中保溫活化，制得蘆竹生物質(zhì)炭。

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：

所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐還會(huì)排出中溫?zé)煔猓粚⑺鲋袦責(zé)煔馀c空氣進(jìn)行換熱，制得預(yù)熱空氣和冷凝水；將所述預(yù)熱空氣送入所述蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐中，用于熱解；所述冷凝水回收后貯存。

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

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

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將所述混合水溶液中的NaOH的濃度設(shè)置為0.2-2wt％、H₂O₂的濃度設(shè)置為0.10-1.00wt％。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將所述蘆竹片浸泡的固液比設(shè)置為1:50-1:10g/ml，浸泡時(shí)間設(shè)置為4-10h。

本發(fā)明在高溫條件下利用煙氣來活化蘆竹生物質(zhì)炭，提高了蘆竹生物質(zhì)吸附劑的吸附能力。

進(jìn)一步地，本發(fā)明利用自身產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈦砘罨J竹生物質(zhì)炭，減少了對(duì)外來能源的需求，起到節(jié)能減排的效果。

此外，活化后的中溫?zé)煔膺M(jìn)入旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器，可將煙氣溫度降至100℃以下，同時(shí)產(chǎn)生的預(yù)熱空氣作為助燃空氣通入旋轉(zhuǎn)床輻射管燃燒，可充分回收煙氣的顯熱和煙氣中蒸汽的汽化潛熱，還可以回收煙氣中大量的冷凝水，大大降低了熱解能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中一種蘆竹生物質(zhì)炭的制備系統(tǒng)的示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中一種制備蘆竹生物質(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：浸泡裝置；201：浸泡進(jìn)料口；202：浸泡液入口；203：浸泡出料口；204：廢棄液出口；

300：洗滌裝置；301：洗滌進(jìn)料口；302：洗滌水入口；303：洗滌出料口；304：洗滌水出口；

400：蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐；401：熱解進(jìn)料口；402：可燃?xì)馊肟冢?03：空氣入口；404：高溫?zé)煔馊肟冢?05：高溫油氣出口；406：蘆竹生物質(zhì)炭出口；407：中溫?zé)煔獬隹冢?/p>

500：燃燒室；501：高溫油氣入口；502：空氣入口；503：高溫?zé)煔獬隹冢?/p>

600：旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器；601：中溫?zé)煔馊肟冢?02：空氣入口；603：冷凝水出口；604：預(yù)熱空氣出口。

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)明提供的蘆竹生物質(zhì)炭的制備系統(tǒng)包括浸泡裝置、洗滌裝置、蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐和燃燒室。

本發(fā)明中，浸泡裝置用于對(duì)蘆竹進(jìn)行預(yù)處理，破壞蘆竹細(xì)胞中的木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到“軟化”蘆竹的目的，有利于后續(xù)熱解。浸泡裝置設(shè)有浸泡進(jìn)料口、浸泡液入口和浸泡出料口。

洗滌裝置用于清洗從浸泡裝置中排出的帶有浸泡液的蘆竹。本發(fā)明中，洗滌所用的洗滌液為清水。洗滌裝置設(shè)有洗滌進(jìn)料口、洗滌水入口和洗滌出料口，洗滌進(jìn)料口與浸泡裝置的浸泡出料口相連。

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。本發(fā)明將高溫?zé)煔庵苯油ㄈ胄顭崾捷椛涔苄D(zhuǎn)床熱解爐中，在蘆竹完成熱解后，第一時(shí)間被高溫?zé)煔饣罨苡行У奶岣咛J竹生物質(zhì)炭的吸附能力。蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐設(shè)有熱解進(jìn)料口、煙氣入口、可燃?xì)馊肟?、空氣入口和生物質(zhì)吸附劑出口，熱解進(jìn)料口與烘干裝置的烘干出料口相連。

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，高溫油氣出口和中溫?zé)煔獬隹谧詈迷O(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?；高溫?zé)煔馊肟谧詈迷O(shè)置在熱解區(qū)的底部，這樣高溫?zé)煔馀c熱解炭的接觸效果最好，有利于其活化。

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。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，還能將產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜诨罨療峤馓俊?/p>

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，高溫?zé)煔獬隹谂c蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐的高溫?zé)煔馊肟谙噙B。

從蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐排出的中溫?zé)煔膺€有一定的溫度，還有熱量可以繼續(xù)利用。本發(fā)明將其用于預(yù)熱蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐所用的空氣，降低蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐熱解時(shí)的能耗。中溫?zé)煔庵羞€帶有部分水蒸汽，與空氣換熱后，這部分水蒸氣冷凝為水，可被回收后重新利用。因此，在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)還可增加旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器。

本發(fā)明所提供的上述系統(tǒng)中的各個(gè)裝置，除了熱解裝置必須使用蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐外，其余各個(gè)裝置均不需要限定其具體設(shè)備是什么，只要有相應(yīng)的功能即可。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)制備蘆竹生物質(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；

將所述蘆竹片放入裝有浸漬液的所述浸泡裝置中進(jìn)行浸泡；所述浸漬液為NaOH和H₂O₂組成的混合水溶液；

將浸泡后的蘆竹片送入所述洗滌裝置中用水洗滌；

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

將熱解產(chǎn)生的高溫油氣送入所述燃燒室燃燒，得到高溫?zé)煔?；將所述高溫?zé)煔馑腿胨鲂顭崾捷椛涔苄D(zhuǎn)床熱解爐中保溫活化，制得蘆竹生物質(zhì)炭。

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。

本發(fā)明采用NaOH和H₂O₂組成的混合水溶液來對(duì)蘆竹進(jìn)行預(yù)處理，NaOH和H₂O₂能有效的破壞蘆竹細(xì)胞中木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)。該混合水溶液中NaOH和H₂O₂的具體含量及浸泡時(shí)的固液比、浸泡的時(shí)間都不需要特別限定，只要能將木質(zhì)素部分脫除即可。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明所用的混合水溶液中NaOH的濃度為0.2-2wt％、混合水溶液中H₂O₂的濃度為0.10-1.00wt％、浸泡時(shí)的固液比為1:50-1:10g/ml、浸泡時(shí)間為4-10h時(shí)，脫除木質(zhì)素的效果較好，而且也不會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)。

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。

保溫活化的時(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)明最佳的保溫活化時(shí)間為30-45min。

如前所述，從蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐排出的中溫?zé)煔膺€帶有一定熱量。為了減少對(duì)外來能源的需求，可將中溫?zé)煔馀c空氣進(jìn)行換熱，預(yù)熱熱解所用的空氣，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

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)施例提供一種蘆竹生物質(zhì)炭的制備系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：蘆竹破碎裝置100、浸泡裝置200、洗滌裝置300、蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400、燃燒室500和旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器600。

蘆竹破碎裝置100設(shè)有蘆竹入口101和破碎蘆竹出口102。

浸泡裝置200設(shè)有浸泡進(jìn)料口201、浸泡液入口202、浸泡出料口203、和廢棄液出口204。其中，浸泡進(jìn)料口201與蘆竹破碎裝置100的破碎蘆竹出口102相連。

洗滌裝置300設(shè)有洗滌進(jìn)料口301、洗滌水入口302、洗滌出料口303和洗滌水出口304。其中，洗滌進(jìn)料口301與浸泡裝置200的浸泡出料口203相連。

蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400設(shè)有熱解進(jìn)料口401、可燃?xì)馊肟?02、空氣入口403、高溫?zé)煔馊肟?04、高溫油氣出口405、蘆竹生物質(zhì)炭出口406和中溫?zé)煔獬隹?07。其中，熱解進(jìn)料口401與烘干裝置400的烘干出料口402相連，高溫?zé)煔馊肟?04和中溫?zé)煔獬隹?07設(shè)置在蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400的底部，高溫油氣出口404設(shè)置在蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400的頂部。

燃燒室500設(shè)有高溫油氣入口501、空氣入口502和高溫?zé)煔獬隹?03。其中，高溫油氣入口501與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400的高溫油氣出口405相連，高溫?zé)煔獬隹?03與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400的高溫?zé)煔馊肟?04相連。

旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器600設(shè)有中溫?zé)煔馊肟?01、空氣入口602、冷凝水出口603和預(yù)熱空氣出口604。其中，中溫?zé)煔馊肟?01與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400的中溫?zé)煔獬隹?07相連，預(yù)熱空氣出口604與蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400的空氣入口403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30.6wt％。將該蘆竹用蘆竹破碎裝置100破碎成4-5cm的蘆竹片。

S2：將所述蘆竹片放入裝有浸漬液的浸泡裝置200中進(jìn)行浸泡。

所用浸漬液為NaOH和H₂O₂組成的混合水溶液，其中，混合水溶液中NaOH的濃度為1.5wt％，混合水溶液中H₂O₂的濃度為0.5wt％，浸泡時(shí)的固液比為1:30g/ml，浸泡時(shí)間為8h。

S3：將浸泡后的蘆竹片送入洗滌裝置300中用水洗滌干凈。

S4：將可燃?xì)?、空氣和洗滌后的蘆竹片送入蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400中，先將洗滌后的蘆竹片干燥，然后再進(jìn)行熱解。

蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400干燥區(qū)的溫度為100℃，熱解區(qū)的溫度為300℃，熱解的時(shí)間為60min。

S5：將熱解產(chǎn)生的高溫油氣送入燃燒室500燃燒，得到高溫?zé)煔?；將高溫?zé)煔馑腿胄顭崾捷椛涔苄D(zhuǎn)床熱解爐400中保溫活化，制得蘆竹生物質(zhì)炭。

高溫?zé)煔饣罨臅r(shí)間為45min。

S6：蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400還會(huì)排出中溫?zé)煔?；將中溫?zé)煔馀c空氣進(jìn)行換熱，制得預(yù)熱空氣和冷凝水；將預(yù)熱空氣送入蓄熱式輻射管旋轉(zhuǎn)床熱解爐400中，用于熱解；冷凝水回收后貯存。

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745m²/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)明在高溫條件下利用煙氣來活化蘆竹生物質(zhì)炭，提高了蘆竹生物質(zhì)吸附劑的吸附能力。

進(jìn)一步地，本發(fā)明利用自身產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈦砘罨J竹生物質(zhì)炭，減少了對(duì)外來能源的需求，起到節(jié)能減排的效果。

此外，活化后的中溫?zé)煔膺M(jìn)入旋轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器，可將煙氣溫度降至100℃以下，同時(shí)產(chǎn)生的預(yù)熱空氣作為助燃空氣通入旋轉(zhuǎn)床輻射管燃燒，可充分回收煙氣的顯熱和煙氣中蒸汽的汽化潛熱，還可以回收煙氣中大量的冷凝水，大大降低了熱解能耗。

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。