本發(fā)明屬于生物炭生產(chǎn)設(shè)備及工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備及用于生產(chǎn)生物炭的工藝。

背景技術(shù)：

隨著農(nóng)作物產(chǎn)量逐年提高，農(nóng)村城鎮(zhèn)化發(fā)展及農(nóng)民生活水平進(jìn)一步提升，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量顯著增加，與此同時(shí)，秸稈作為柴薪的利用比例逐步下降，大量過剩的秸稈被遺棄在田頭、路邊或溝渠，或在田頭焚燒，給生態(tài)環(huán)境和生命、財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大的隱患。我國是主要的水稻生產(chǎn)國家，每年產(chǎn)生大量的水稻秸稈，水稻秸稈是水稻脫谷獲籽之后所得的副產(chǎn)品，脫谷后的莖稈和附著的干葉成為秸稈，大部分的水稻秸稈被隨意丟棄和焚燒，造成極大的環(huán)境污染，影響農(nóng)民的生活質(zhì)量，也造成資源的極大浪費(fèi)。

生物炭是生物有機(jī)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。既可作為高品質(zhì)能源、土壤改良劑，也可作為還原劑、肥料緩釋載體及二氧化碳封存劑等，已廣泛應(yīng)用于固碳減排、水源凈化、重金屬吸附和土壤改良等，可在一定程度上為氣候變化、環(huán)境污染和土壤功能退化等全球關(guān)切的熱點(diǎn)問題提供解決方案。生物炭也能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，減少對(duì)碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞結(jié)構(gòu)十分容易聚集營養(yǎng)物質(zhì)和有益微生物，從而使土壤變得肥沃，利于植物生長，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的同時(shí)讓農(nóng)業(yè)更具持續(xù)性。更妙的是，它把碳鎖定在生物群內(nèi)，而非讓它排放到空氣中。生物質(zhì)炭化技術(shù)是公認(rèn)的解決氣候變化問題的可行技術(shù)措施之一，具有原材料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、生態(tài)安全、無污染、可大面積推廣等顯著特點(diǎn)。

生物質(zhì)炭化后產(chǎn)生的生物炭應(yīng)用于生態(tài)與環(huán)境領(lǐng)域可以固碳減排，是一種有效的碳匯技術(shù)，與農(nóng)、林業(yè)相結(jié)合，可解決農(nóng)林廢棄物污染與溫室氣體排放問題。生物炭施入農(nóng)田，可有效改善土壤理化性質(zhì)，增加作物產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。生物炭是一種固定二氧化碳的經(jīng)濟(jì)可行的方式，不僅固化了樹木和作物內(nèi)已吸收的二氧化碳，其產(chǎn)物“生物碳”保存在土壤中，幾千年都不會(huì)發(fā)生變化，生產(chǎn)可再生能源的同時(shí)，還提高了土壤肥力，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。生物炭可以被埋入廢棄煤礦，或耕種時(shí)埋入土壤中。生物炭填埋還有利于改善土壤排水系統(tǒng)，并將80％左右的諸如一氧化氮和甲烷等溫室氣體封存在土壤中，阻止其排放到大氣中。目前水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備及用于生產(chǎn)生物炭的工藝很多，但能耗高，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)過程可控性差，導(dǎo)致所得生物炭表觀比重小。因此研究出一種能耗低，周期短，所得生物炭表觀比重大的生物炭生產(chǎn)設(shè)備及用于生產(chǎn)生物炭的工藝，在相關(guān)領(lǐng)域具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)?zhí)?00880013328.X申請(qǐng)文件公開了一種用于生產(chǎn)生物炭的設(shè)備和工藝，該設(shè)備包括：粉碎裝置、加熱裝置、加壓裝置以及冷卻裝置，但此發(fā)明的能耗高，得到的生物炭表觀比重小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對(duì)目前水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備及用于生產(chǎn)生物炭的工藝能耗高，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)過程可控性差，導(dǎo)致生物炭生產(chǎn)成本高，所得生物炭表觀比重小的弊端，提供了水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備及用于生產(chǎn)生物炭的工藝，該設(shè)備和工藝能耗低，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)過程可控性強(qiáng)，所得生物炭表觀比重大。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備，包括進(jìn)料箱、粉碎器、反應(yīng)容器、出料輸送管、裂解箱、火爐、第一冷卻器、第二冷卻器，所述進(jìn)料箱位于所述粉碎器上面，所述進(jìn)料箱設(shè)有進(jìn)料口，所述粉碎器內(nèi)設(shè)有粉碎刀片，所述粉碎器與反應(yīng)容器之間通過出料閥門相連，所述反應(yīng) 容器上設(shè)有加熱器和加壓裝置，所述出料輸送管連接在反應(yīng)容器與火爐之間，所述第一冷卻器設(shè)于所述反應(yīng)容器的出口連接處，所述裂解箱位于所述火爐上面，所述火爐的側(cè)壁還設(shè)有出料管，所述第二冷卻器設(shè)于出料管上。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)容器上還設(shè)有壓力表。

優(yōu)選地，所述裂解箱側(cè)壁設(shè)有氬氣進(jìn)氣口。

優(yōu)選地，所述出料輸送管靠近反應(yīng)容器一端設(shè)有下閘門，另一端設(shè)有上閘門,在所述出料輸送管內(nèi)靠近所述上閘門位置處設(shè)有進(jìn)料量檢測(cè)傳感器，所述進(jìn)料量檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)裂解箱的進(jìn)料量，與所述下閘門、上閘門和進(jìn)料量檢測(cè)傳感器相連設(shè)有MCU，與所述MCU相連設(shè)有顯示屏，所述MCU預(yù)存有裂解箱進(jìn)料量預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，所述MCU根據(jù)進(jìn)料量檢測(cè)傳感器采集的進(jìn)料量數(shù)據(jù)控制下閘門和上閘門的打開和關(guān)閉。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)容器還設(shè)有溫度檢測(cè)裝置，所述溫度檢測(cè)裝置設(shè)置在反應(yīng)容器的出口處，用于檢測(cè)反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)溫度，所述溫度檢測(cè)裝置與所述MCU和加熱器相連。

優(yōu)選地，所述裂解箱還設(shè)有測(cè)溫系統(tǒng)，所述測(cè)溫系統(tǒng)包括測(cè)溫計(jì)和測(cè)溫探頭，所述測(cè)溫探頭穿過裂解箱的測(cè)溫孔深入到裂解箱內(nèi)，測(cè)溫探頭外部與測(cè)溫計(jì)連接。

優(yōu)選地，所述裂解箱下部還設(shè)有焦油催化室，所述焦油催化室中設(shè)有焦油催化劑。

生物秸稈在反應(yīng)過程和裂解過程中，會(huì)產(chǎn)生焦油，焦油長期堆積，會(huì)引起管路堵塞，另外焦油氣噴濺的黑斑污染環(huán)境，熏黑，氣味難嗅，影響生產(chǎn)生物炭的質(zhì)量，焦油催化劑可轉(zhuǎn)化焦油為無毒無害的物質(zhì)。

優(yōu)選地，所述火爐出口處還設(shè)有焦油分離器，與所述焦油分離器相連設(shè)有焦油裂解室，與所述焦油裂解室相連設(shè)有焦油廢氣排氣管道。

由裂解室出來的產(chǎn)品雖然經(jīng)過催化劑催化反應(yīng)，在火爐內(nèi)仍有少量焦油存在，仍然影響產(chǎn)品質(zhì)量，通過焦油分離器將焦油分離出來，送往焦油裂解室對(duì) 焦油作進(jìn)一步地裂解處理，得到無毒無害的物質(zhì)。

本發(fā)明同時(shí)公開了一種用于生產(chǎn)生物炭的工藝，包括以下步驟，

1)取水稻秸稈經(jīng)進(jìn)料口投入進(jìn)料箱中，再進(jìn)入粉碎器，設(shè)置轉(zhuǎn)速為300～500r/min進(jìn)行粉碎，粉碎完成后，將粉碎后的水稻秸稈經(jīng)出料引入反應(yīng)容器中進(jìn)行反應(yīng)，得到熔融物，控制反應(yīng)容器中壓力為0.6～0.8Mpa，溫度為160～180℃，反應(yīng)1～2h；

2)將得到的熔融物經(jīng)第一冷卻器冷卻成室溫后，由出料輸送管輸送到裂解箱中，在1000～1200℃下進(jìn)行高溫裂解，同時(shí)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，裂解3～5h；

3)待裂解完成后，輸送到火爐中，控制溫度為600～800℃，進(jìn)行炭化1～2h，經(jīng)第二冷卻器冷卻至23～25℃，由出料管出料，即得到水稻秸稈生物炭。

優(yōu)選地，所述用于生產(chǎn)生物炭的工藝包括以下步驟，

1)取水稻秸稈經(jīng)進(jìn)料口投入進(jìn)料箱中，再進(jìn)入粉碎器，設(shè)置轉(zhuǎn)速為400r/min進(jìn)行粉碎，粉碎完成后，將粉碎后的水稻秸稈經(jīng)出料引入反應(yīng)容器中，控制反應(yīng)容器中壓力為0.7Mpa，溫度為170℃，反應(yīng)1.5h；

2)將得到的熔融物經(jīng)第一冷卻器冷卻成室溫后，由出料輸送管輸送到裂解箱中，在1100℃下進(jìn)行高溫裂解，同時(shí)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，裂解4h；

3)待裂解完成后，輸送到火爐中，控制溫度為700℃，進(jìn)行炭化1.5h，經(jīng)第二冷卻器冷卻至24℃，由出料口出料，即得到水稻秸稈生物炭。

本發(fā)明與其它生產(chǎn)活性炭方法相比，有益技術(shù)效果是：

1)本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，所用設(shè)備能耗低，成本低于其他方法8％以上；

2)生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)過程可控性強(qiáng)，所得生物炭表觀比重大。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的上、下閘門打開和關(guān)閉的方框原理圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

圖1給出了本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，一種水稻秸稈生物炭生產(chǎn)設(shè)備，包括進(jìn)料箱2、粉碎器4、反應(yīng)容器6、出料輸送管10、裂解箱11、火爐12、第一冷卻器9、第二冷卻器13，所述進(jìn)料箱2位于所述粉碎器4上面，所述進(jìn)料箱2設(shè)有進(jìn)料口1，所述粉碎器4內(nèi)設(shè)有粉碎刀片3，所述粉碎器4與反應(yīng)容器6之間通過出料閥門5相連，所述反應(yīng)容器6上設(shè)有加熱器8和加壓裝置，所述出料輸送管10連接在反應(yīng)容器6與火爐12之間，所述第一冷卻器9設(shè)于所述反應(yīng)容器6的出口連接處，所述裂解箱11位于所述火爐12上面，所述火爐12的側(cè)壁還設(shè)有出料管14，所述第二冷卻器13設(shè)于出料管14上。

所述反應(yīng)容器6上還設(shè)有壓力表7。

所述裂解箱11側(cè)壁設(shè)有氬氣進(jìn)氣口。

實(shí)施例2

圖2給出了本發(fā)明的第2個(gè)實(shí)施例，如圖2、圖4所示，實(shí)施例2與實(shí)施例1不同的是，所述出料輸送管10靠近反應(yīng)容器6一端還設(shè)有下閘門15，另一端設(shè)有上閘門16,在所述出料輸送管10內(nèi)靠近所述上閘門16位置處設(shè)有進(jìn)料量檢測(cè)傳感器17，所述進(jìn)料量檢測(cè)傳感器17用于檢測(cè)裂解箱11的進(jìn)料量，與所述下閘門15、上閘門16和進(jìn)料量檢測(cè)傳感器17相連設(shè)有MCU18，與所述MCU18相連設(shè)有顯示屏，所述MCU18預(yù)存有裂解箱11進(jìn)料量預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，所述MCU18根據(jù)進(jìn)料量檢測(cè)傳感器17采集的進(jìn)料量數(shù)據(jù)控制下閘門15和上閘門16的打開和關(guān)閉。

所述反應(yīng)容器6還設(shè)有溫度檢測(cè)裝置19，所述溫度檢測(cè)裝置19設(shè)置在反應(yīng) 容器6的出口處，用于檢測(cè)反應(yīng)容器6內(nèi)的反應(yīng)溫度，所述溫度檢測(cè)裝置19與所述MCU18和加熱器8相連。

所述裂解箱11還設(shè)有測(cè)溫系統(tǒng)，所述測(cè)溫系統(tǒng)包括測(cè)溫計(jì)和測(cè)溫探頭，所述測(cè)溫探頭穿過裂解箱11的測(cè)溫孔深入到裂解箱11內(nèi)，測(cè)溫探頭外部與測(cè)溫計(jì)連接。

實(shí)施例2其余與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例3

圖3給出了本發(fā)明的第3個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，實(shí)施例3與實(shí)施例2不同的是，所述裂解箱11下部還設(shè)有焦油催化室21，所述焦油催化室21中設(shè)有焦油催化劑。

所述火爐12出口處還設(shè)有焦油分離器23，與所述焦油分離器23相連設(shè)有焦油裂解室22，與所述焦油裂解室22相連設(shè)有焦油廢氣排氣管道。

實(shí)施例3其余與實(shí)施例2相同。

實(shí)施例4

本發(fā)明同時(shí)公開了一種用于生產(chǎn)生物炭的工藝，包括以下步驟，

1)取水稻秸稈經(jīng)進(jìn)料口1投入進(jìn)料箱2中，再進(jìn)入粉碎器4，設(shè)置轉(zhuǎn)速為400r/min進(jìn)行粉碎，粉碎完成后，將粉碎后的水稻秸稈經(jīng)出料引入反應(yīng)容器6中進(jìn)行反應(yīng)，得到熔融物，控制反應(yīng)容器6中壓力為0.7Mpa，溫度為170℃，反應(yīng)1.5h；

2)將得到的熔融物經(jīng)第一冷卻器9冷卻成室溫后，由出料輸送管10輸送到裂解箱11中，在1100℃下進(jìn)行高溫裂解，同時(shí)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，裂解4h；

3)待裂解完成后，輸送到火爐12中，控制溫度為700℃，進(jìn)行炭化1.5h，經(jīng)第二冷卻器13冷卻至24℃，經(jīng)出料管14出料，即得到水稻秸稈生物炭。

實(shí)施例5

一種用于生產(chǎn)生物炭的工藝，包括以下步驟，

1)取水稻秸稈經(jīng)進(jìn)料口1投入進(jìn)料箱2中，再進(jìn)入粉碎器4，設(shè)置轉(zhuǎn)速為300r/min進(jìn)行粉碎，粉碎完成后，將粉碎后的水稻秸稈經(jīng)出料引入反應(yīng)容器6中進(jìn)行反應(yīng)，得到熔融物，控制反應(yīng)容器6中壓力為0.6Mpa，溫度為160℃，反應(yīng)1h；

2)將得到的熔融物經(jīng)第一冷卻器9冷卻成室溫后，由出料輸送管10輸送到裂解箱11中，在1000℃下進(jìn)行高溫裂解，同時(shí)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，裂解3h；

3)待裂解完成后，輸送到火爐12中，控制溫度為600℃，進(jìn)行炭化1h，經(jīng)第二冷卻器13冷卻至23℃，經(jīng)出料管14出料，即得到水稻秸稈生物炭。

實(shí)施例6

一種用于生產(chǎn)生物炭的工藝，包括以下步驟，

1)取水稻秸稈經(jīng)進(jìn)料口1投入進(jìn)料箱2中，再進(jìn)入粉碎器4，設(shè)置轉(zhuǎn)速為500r/min進(jìn)行粉碎，粉碎完成后，將粉碎后的水稻秸稈經(jīng)出料引入反應(yīng)容器6中進(jìn)行反應(yīng)，得到熔融物，控制反應(yīng)容器6中壓力為0.8Mpa，溫度為180℃，反應(yīng)2h；

2)將得到的熔融物經(jīng)第一冷卻器9冷卻成室溫后，由出料輸送管10輸送到裂解箱11中，在1200℃下進(jìn)行高溫裂解，同時(shí)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，裂解5h；

3)待裂解完成后，輸送到火爐12中，控制溫度為800℃，進(jìn)行炭化2h，經(jīng)第二冷卻器13冷卻至25℃，經(jīng)出料管14出料，即得到水稻秸稈生物炭。

試驗(yàn)例1：生物炭表觀比重測(cè)定

分別取本發(fā)明實(shí)施例4得到的生物炭作為實(shí)驗(yàn)組和申請(qǐng)?zhí)?00880013328.X的發(fā)明得到的生物炭作為對(duì)照組，測(cè)定表觀比重，結(jié)果見表1。

表1生物炭表觀比重

經(jīng)測(cè)定，本發(fā)明得到的生物炭的表觀比重為1.92-2.04，而申請(qǐng)?zhí)?00880013328.X的發(fā)明專利得到的生物炭的表觀比重為1.2-1.38，本發(fā)明得到的生物炭的表觀比重明顯高于用其它生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)方法得到的生物炭。

試驗(yàn)例2：生物炭物理特性測(cè)定

比較本實(shí)施例4得到的生物炭與木質(zhì)生物質(zhì)和煤焦炭的物理特性，結(jié)果見表2。

表2生物炭物理特性與其它材料對(duì)照表

本發(fā)明得到的生物炭在硬度和易燃性方面的性能更加優(yōu)越。

通過本發(fā)明所述工藝生產(chǎn)生物炭，能獲得高硬度和高熱值的生物炭，在反應(yīng)容器中，通過在160至180的溫度下加熱生物質(zhì)，作為生物質(zhì)原料的主要成分之一的半纖維素被熱解，且木質(zhì)素在保持其構(gòu)架的情況下與固結(jié)效應(yīng)相互作用借此增強(qiáng)強(qiáng)度。

試驗(yàn)例3

比較本發(fā)明用于生產(chǎn)生物炭的工藝取不同的參數(shù)值情況下和參數(shù)值不在本發(fā)明范圍情況下得到的生物炭物理特性，結(jié)果見表3。

表3生物炭物理特性

從表中可以看出，改變本發(fā)明的制備工藝的參數(shù)將對(duì)生物炭的表觀比重和熱值產(chǎn)生很大的影響，只有限定在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，才能獲得表觀比重高、熱值高的生物炭。

工業(yè)實(shí)用性

通過使用本實(shí)施例的生物炭生產(chǎn)設(shè)備及工藝，可以高效地生產(chǎn)具有高硬度和高發(fā)熱量的生物炭，該生物炭可以用作煤焦炭的替代物。根據(jù)本實(shí)施例生產(chǎn)的生物炭可以用于鑄鐵或煉鐵的化鐵爐或鼓風(fēng)爐中的熱源、還原劑等，以及用作利用高壓縮強(qiáng)度生物炭的材料。

以上所述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。