CN101715476B - 碳化炉及使用该碳化炉制备焦木酸液的方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种用于加工焦木酸液的碳化炉和使用该碳化炉制备焦木酸液的方法。更具体地说，本发明提供了一种碳化炉，该碳化炉由于没有热损失而获得高产量的焦木酸液，并且该碳化炉不仅由于能进行连续操作而能提高工作效率还能够显著地防止环境污染。为此目的，将碳化炉设置为：用研磨粉碎机将原料加工成合适大小，将粉碎后的原料加入气密性的燃烧室内，用点火装置(如燃烧器)对由此转移的原料进行碳化和干燥，以及冷却并储藏干燥后的原料，而将焦木酸液的主要成分(包含在碳化过程产生的燃烧气体中)进行低温冷凝以回收焦木酸液，在再燃烧室中将残渣进行再燃烧以使向外排出的燃烧气体中不燃性挥发气体的释放量最少，同时使燃烧气体循环回燃烧室，从而能提高燃烧室内的温度。

Description

碳化炉及使用该碳化炉制备焦木酸液的方法

技术领域

本发明涉及一种用于加工焦木酸液(pyroligneous liquor)的碳化炉及使用该碳化炉制备焦木酸液的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于加工焦木酸液的碳化炉，该碳化炉能从被加入其中的易碳化物(carbonizablematerial)等物质加工得到木炭(wood carbide)和焦木酸液，本发明还涉及一种使用所述碳化炉来制备焦木酸液的方法。

背景技术

通常来说，对各种不同种类的有机物质进行燃烧会产生碳化物。换而言之，在缺氧条件或含氧量低的条件下以及在高温条件(800-850℃)下，对有机物质进行加热，会使该有机物质发生化学降解而生成三类物质：例如，含有氢气、烃(例如甲烷)和一氧化碳的可燃气体馏分、含有有机化合物(例如乙酸、丙酮和甲醇)的液态焦油馏分或油馏分，以及含有纯碳、玻璃、金属和泥沙的炭馏分。

除可燃气体馏分和液态焦油馏分或油馏分之外，剩余的炭馏分主要由碳含量为70-80％的高碳(C)碳化物组成，同时还含有各种其它组分，例如不燃性玻璃、金属物质和泥土，这根据有机物质的种类而存在很大的差别。

炭是带有黑色的烧焦物质，一般来说，它是通过使树或木头发生碳化而使其体积减少至初始体积的约1/3，并使细胞膜发生萎缩而得到的。根据碳化温度和燃烧(烧焦)方法的不同，炭可能具有各种形态和组成。炭大体上可分为白炭和黑炭，且含有碳(约85％)、水(约10％)、灰分(约3％)及其它(2％)。

这种炭(即，木炭)主要由碳成分组成，并因此不易遭受光或有机体的氧化作用和降解作用。特别是在炭中含量约为3％的灰分是对植物生长和结果实来说至关重要的矿物组分，且它由植物从土壤中获得。灰分是木炭pH的决定因素，也为动物和植物提供微量元素。因此，已知的是灰分对微生物的增殖具有显著的效果。

在显微镜下观察木炭时，会观察到大量的薄管状的孔隙，这些具有数微米至数百微米大小的孔隙在各个方向上彼此连通。由于这些微小孔隙的存在，木炭表现出强大的锁水能力和水渗透性。此外，这些孔隙为微生物(例如细菌、放线菌(Actinomycetes)等)的生长和增殖提供了有利的结构，该结构的产生得益于孔隙的小尺寸。结果，微生物在这些孔隙内的增殖促进了有机物质的降解。

前述木炭由于具有大的内表面积而具有强吸附能力，并因而能较好地吸附难溶于水的环境污染物，例如农药等。另外，当微生物附着到木炭上时，通过形成大微生物膜，木炭能利于水或土壤/空气的净化。此外，木炭具有防水性，因而可以用于各种用途，例如，作为防止可能在木质结构的床铺下方等地方发生结露的湿度调节剂。随着近来韩国在家用炭消耗方面的大范围的增长和普及，木炭作为环境友好型农业物质的地位开始变得重要起来。

焦木酸液(通过液化和收集在制备木炭的过程中产生的烟而得到，并进行超过6个月的老化加工以除去毒性物质和有害物质)可以在农业中作为农药的替代物使用，并且可以在畜牧业中用作处理粪便和尿液的恶臭的除臭剂或作为家养动物的饲料使用。此外，在作为制备药用产品的原料使用时，焦木酸液能有效地治疗皮肤癣菌病(脚癣)和特异性皮炎。

另外，焦木酸液还可以用于其它的用途，例如园艺学、蘑菇培育、保健饮料和除臭剂等。

同时，传统的用来制备木炭和焦木酸液的设备由于大量热损失而发生原料的不均匀受热，从而导致了焦木酸液的回收率(产量)低。

此外，由于应该在开始回收焦木酸液时再次对设备进行安装，因此这种对设备进行反复的拆卸和安装会给传统的制备设备带来不便。

发明内容

因此，为了解决上述问题而做出了本发明，本发明的一个目的是提供一种新型的用来加工焦木酸液的碳化炉，由于没有发生热损失而使焦木酸液的产量高，并且本发明不仅由于能进行连续加工而提高了工作效率，还能显著地防止环境污染。为此目的，将所述碳化炉设置为：将原料在研磨粉碎机中加工成合适的大小，将粉碎后的原料加入气密性的燃烧室内，用点火装置(如燃烧器)对由此转移的原料进行碳化和干燥，冷却并储藏干燥后的原料，而使包含在碳化过程产生的燃烧气体中的焦木酸液的主要成分被低温冷凝而回收焦木酸液，在再燃烧室中对残渣进行再燃烧以使排出的燃烧气体中不燃性挥发气体的释放量最小，同时使燃烧气体循环进入燃烧室以提高燃烧室内的温度。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述碳化炉来制备焦木酸液的方法。

根据本发明的一方面，通过提供用于加工焦木酸液的碳化炉可以完成本发明的上述目的和其它目的，该碳化炉包括：

原料入口10，该原料入口10用于加入已被研磨粉碎机粉碎的原料；

进料螺杆15，该进料螺杆15用于将从原料入口10加入的原料进行转移；

燃烧室20，该燃烧室20用于提供碳化空间以使用点火装置30对转移的原料进行碳化；

冷却螺杆40和出口管41，该冷凝螺杆40与燃烧室20相隔一段距离，并在给定时间对碳化物进行转移，同时以恒定的旋转速度进行旋转，从而使被转移的碳化物冷却至给定的温度，所述出口管41与冷却螺杆40相连并将碳化物排出；和

冷却塔50，该冷却塔50用于对从冷却螺杆40中排出的高比重燃烧气体进行低温冷凝，以提取焦木酸液。

在本发明的一种实施方式中，碳化炉还包括再燃烧室60，该再燃烧室60用于强制收集和再燃烧来自冷却塔50的未被冷凝的燃烧气体，同时使高温燃烧气体循环回燃烧室20内。

根据本发明的另一方面，提供了使用前述碳化炉来制备焦木酸液的方法，其中，随着易碳化原料通过以恒定速度旋转的螺旋进给器进行的连续转移而制备得到碳化物和焦木酸液，且该进给器包括碳化部分、干燥部分、冷却部分和转移部分，并处于密封状态。更具体来说，该方法包括在10-500rpm和85-800℃的燃烧条件下，由燃烧室20的碳化螺杆21和干燥螺杆25对从原料入口10加入的原料进行碳化和干燥；用冷却螺杆40将碳化物的温度冷却至30-50℃；排出并回收冷却的碳化物；并使从燃烧室20中被强制排出的燃烧气体在冷却塔50内进行低温冷凝以提取焦木酸液。

在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括强制收集冷却塔50中的未被冷凝的燃烧气体并将所收集的气体转移至再燃烧室60中；并且

同时将再燃烧室60中得到的高温的燃烧气体循环回燃烧室20内。

附图说明

图1表示根据本发明提供的用于加工焦木酸液的碳化炉的结构图；

图2表示根据本发明提供的用于加工焦木酸液的碳化炉中的燃烧室的侧视图；和

图3表示位于图2所示燃烧室内的冷却螺杆的安装状态的立体图(perspective view)。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行更具体的描述。

图1表示根据本发明的用于加工焦木酸液的碳化炉的结构图；图2表示根据本发明的用于加工焦木酸液的碳化炉中的燃烧室的侧视图；和图3表示位于图2所示燃烧室内的冷却螺杆的安装状态的立体图。

如图1所示，用研磨粉碎机将作为提取焦木酸液的原料的树或树的果实粉碎至合适大小(0.2-1cm)，并通过宽口的原料入口10加入粉碎后的原料。

由发动机(未示出)驱动的进料螺杆15将从原料入口10加入的原料转移到燃烧室20内。所述进料螺杆15根据燃烧室20内的操作条件(例如，恒定旋转速度(10-500rpm)和操作温度(85-800℃))来控制经过初步加工的原料的进入速率。

燃烧室20由高度耐热材料制成，并具有气密性结构。在燃烧室20的长度方向，在燃烧室20的上侧和下侧平行地设置有碳化螺杆(21)和干燥螺杆25。椭圆形密封件22紧密地将碳化螺杆21和干燥螺杆25周围进行密封，从而提供了双重紧密密封结构。碳化螺杆21和干燥螺杆25构成了螺旋进给器，因此能在原料的转移过程中对原料依次进行碳化和干燥而不会发生热损失，同时通过点火装置30(例如燃烧器)的燃烧火焰来保持上述温度，所述点火装置30安装于燃烧室20的一侧。

碳化螺杆21和干燥螺杆25按照这种方式进行碳化和干燥：在通过螺旋进给器使原料在给定区域内进行旋转的同时，将原料按加入顺序依次进行碳化，并且在转移过程中使在碳化过程中没有被从原料中除去的冷凝水得到干燥。

驱动碳化螺杆21和干燥螺杆25的动力传动装置(未示出)被设置为能根据碳化螺杆21和干燥螺杆25的长度和外径对动力传动装置的速度和温度进行适当地控制。这些条件的目的在于实现对燃烧室20内碳化物进行燃烧，同时将碳化物在给定的时间段内进行转移。

为了在上述旋转速度下实施本发明的方法，动力传动装置的作用是十分重要的，这是因为应该在合适的减速速率下实施翻转力对螺旋进给器的传动。

更具体来说，将位于燃烧室20上侧和下侧的彼此平行的成对的碳化螺杆21和干燥螺杆25沿轴向进行固定，使碳化螺杆21和干燥螺杆25从进料螺杆15的前端延伸至后部进料连接管23a。螺旋进给器由沿燃烧室20的长度方向上形成的搅拌叶片构成，该螺旋进给器对碳化物进行搅拌以促进碳化物产生的水分和气体在转移过程中的排放。

将螺旋进给器的外周用金属圆筒构件完全密封，从而使该螺旋进给器完全地与外部空气隔离。在这一点上，应该理解的是：为了保持螺旋进给器与密封件之间给定的间隙，除了入口/出口以外均要进行气密性密封。

如上文所述，通过原料入口10加入的原料在恒定旋转速度和温度下由形成于燃烧室20上侧的碳化螺杆21进行碳化，并随后通过进料连接管23a被转移至干燥螺杆25。

优选地，将进料连接管23a设置成能在碳化螺杆21的流道和干燥螺杆25的流道之间连接，并且该进料连接管23a具有合适的直径以使螺旋进给器能直接将碳化物转移出碳化螺杆21，而不会在干燥螺杆25处发生累积。

如上文所述，干燥螺杆25是这样的装置：能使碳化过程中没有从碳化后且被转移的原料中分离出来的冷凝水得到干燥。干燥螺杆25在以与碳化螺杆21的旋转速度相同的速度旋转的同时将碳化物进行转移。

按这种方式进行转移的碳化物被移至冷却螺杆40处，并随后通过出口管41排出。冷却螺杆40与其中安装有碳化螺杆21和碳化螺杆25的燃烧室20相隔设置。

也就是说，由干燥螺杆25转移的高温碳化物没有被直接排出，而是通过另一进料连接管23b被转移至冷却螺杆40。

在此，冷却螺杆40还包括与碳化螺杆21和碳化螺杆25类型相同的螺旋进给器。用金属圆筒构件将该螺旋进给器的外围完全紧密密封，从而使螺旋进给器与外部空气完全隔离。就此而言，应该理解的是：为了保持螺旋进给器与密封件之间给定的间隙，除了入口/出口以外均要进行气密性密封。

换而言之，这种结构的目的在于确保冷却螺杆以恒定的旋转速度旋转，进而将碳化物在给定的时间段内冷却，这是由于当排出的碳化物长时间地连续释放高温热量时，会难以获得高质量的碳化物，从而造成操作者提取碳化物时的隐患，并增加了起火的可能性。

在冷却螺杆40内对碳化物进行转移时，高温碳化物随时间而被冷却。碳化物的温度被冷却至30-50℃。

为了避免可能发生火灾的风险，在气密性条件下将按如上所述的被碳化的并被排出的碳化物储存在独立的储存装置内至少20天。储存在储存装置内的碳化物可以作为过滤材料和堆肥而被回收。

由此，碳化物被储存在储存装置中，鉴于作为气相而被分离的高比重的燃烧气体比空气重，使用高压鼓风机(未示出)将燃烧气体沿流动管线51强制吹入冷却塔50内。

流入冷却塔50内的燃烧气体使焦木酸液的主要成分(例如挥发性组分和油分)发生了低温冷凝，这使得焦木酸液的提取变得简单。

将冷却塔50的内部温度保持在35℃以下，以使向外界排出的烟量最少。本发明所用的冷却系统使冷却水在回流冷却装置中进行循环以降低冷却塔50的内部温度。

为了得到高纯度的焦木酸液，在冷却塔50的底部设置有对冷凝和提取得到的焦木酸液进行初步过滤的过滤器55。

当流经过滤器55的焦木酸液通过出口管41被排出时，将焦木酸液在2-4℃的低温下保存3周至1年。出于该目的，需要除去所储存的纯焦木酸液中的杂质并对焦木酸液进行基于比重差异的层分离。

同时，由于通过冷却塔50加入的燃烧气体含有大量的不可燃性挥发物质，这些不可燃性挥发物质造成了环境污染，未被冷凝的燃烧气体在冷却塔50中被进行强制收集并随后转移到再燃烧室60内。

如上文所述，转移至再燃烧室60中的燃烧气体在再燃烧室60内通过燃烧装置(未示出)进行再燃烧。结果，燃烧气体中的不可燃性挥发气体被完全氧化，随后仅有纯净的烟通过废气管62排出。因此，这能从根本上防止可能发生的环境污染。

同时，燃烧室20内的碳化物在该设置下以高于初始温度的温度被碳化，确保了再燃烧室60中的高温燃烧气体通过循环管61被循环回燃烧室20中，从而使燃烧室20的温度升高。结果，碳化物在经历了完整的碳化过程后被排出，并能得到高质量的焦木酸液。

也就是说，在为必要于产生初始热量而提供热量之后，燃烧室20不再需要额外的热量。而且，由于再燃烧室60所供应的高温燃烧气体的热量使燃烧室的温度得到提高，能在较高的温度下对碳化物进行碳化。

因此根据本发明的用来加工焦木酸液的碳化炉能有效地减少燃料消耗。

产业实用性

从上文可以明显地得知，根据本发明的用于加工焦木酸液的碳化炉及使用该碳化炉通过在气密性的燃烧室和再燃烧室内进行碳化和干燥来制备焦木酸液的方法。因此，本发明由于不存在热损失所以能够高回收率的获得焦木酸液，并因为能进行连续操作而使工作效率得到了提高，还由于对燃烧气体进行再燃烧和循环而极大地降低了对环境的污染。

虽然已经为了阐述的目的对本发明的优选实施方式进行了公开，但是，本领域技术人员可以理解的是，在不背离随附权利要求书所公开的本发明的范围和实质的前提下，可以做出各种修改、增加和替换。

Claims (3)

1.一种用于加工焦木酸液的碳化炉，该碳化炉包括：

原料入口（10），该原料入口（10）用于加入已被研磨粉碎机粉碎的原料；

进料螺杆（15），该进料螺杆（15）用于将从原料入口（10）加入的原料进行转移；

燃烧室（20），该燃烧室（20）用于提供碳化空间以使用点火装置（30）对转移的原料进行碳化，所述燃烧室（20）由高度耐热材料制成，并具有气密性的结构，沿燃烧室（20）的长度方向，在燃烧室（20）的上侧和下侧平行地设置有碳化螺杆（21）和干燥螺杆（25），从而在通过螺旋进给器使原料在给定区域内进行旋转的同时，将原料按加入顺序依次进行碳化，并且在转移过程中使在碳化过程中没有被从原料中除去的冷凝水得到干燥，和椭圆形密封件（22），该椭圆形密封件（22）紧密地将所述碳化螺杆（21）和干燥螺杆（25）周围进行密封，从而提供了双重紧密密封结构；

冷却螺杆（40）和出口管（41），该冷却螺杆（40）与燃烧室（20）相隔一段距离，并在给定时间内对碳化物进行转移的同时以恒定的旋转速度进行旋转，从而使被转移的碳化物冷却至给定的温度，所述出口管（41）与所述冷却螺杆（40）相连并将碳化物排出；

冷却塔（50），该冷却塔（50）用于对从冷却螺杆（40）排出的高比重燃烧气体进行低温冷凝，以提取焦木酸液；

再燃烧室（60），该再燃烧室（60）用于强制收集冷却塔（50）中的未被冷凝的燃烧气体并进行再燃烧，同时将高温的燃烧气体循环回燃烧室（20）内。

2.根据权利要求1所述的碳化炉，其中，在所述冷却塔（50）的底部设置有对焦木酸液进行初级过滤的过滤器（55），以得到更高纯度的焦木酸液。

3.一种使用权利要求1或2所述的碳化炉制备焦木酸液的方法，所述碳化炉用于对焦木酸液进行加工，其中，随着易碳化的原料通过以恒定速度旋转的螺旋进给器进行连续转移而制备得到碳化物和焦木酸液，且所述螺旋进给器包括碳化部分、干燥部分、冷却部分和转移部分，并处于气密状态，

其中，该方法包括：

在10-500rpm和85-800℃的燃烧条件下，由燃烧室（20）的碳化螺杆（21）和干燥螺杆（25）对从原料入口（10）加入的原料进行碳化和干燥；

用冷却螺杆（40）将碳化物的温度冷却至30-50℃；

排放并回收冷却的碳化物；和

使从燃烧室（20）中被强制排出的燃烧气体在冷却塔（50）内进行低温冷凝，以提取焦木酸液；

强制收集来自冷却塔（50）的未被冷凝的燃烧气体，并将所收集的气体转移到再燃烧室（60）中；并且

同时将再燃烧室（60）中得到的高温燃烧气体循环回燃烧室（20）内。

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