CN102911683B - 一种木质原料的炭化系统及炭化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木质原料的炭化系统，包括炭化装置及副产品回收装置，所述的炭化装置包括反应容器及用于放置反应容器的反应室；所述反应容器包括物料架及用于放置物料架的干馏釜；所述干馏釜由干馏釜体及干馏釜盖组成，干馏釜盖上设有排气口及温度测量口；所述反应室包括依次设置的带有燃烧区的煅烧室、炭化室、预热室，以及分别用于木质原料预处理和后处理的干燥室与冷却室。所述预热室、炭化室和/或煅烧室内干馏釜盖上的排气口与副产品回收装置相连。该系统可适用于果木、硬杂木、竹材、农林废弃物（秸秆、果壳、锯木屑等）所有木质原料的炭化生产。本发明所述工艺科学合理，无排放无污染，生产周期短、成本低，适宜推广应用。

Description

一种木质原料的炭化系统及炭化工艺

技术领域

本发明涉及一种炭化装置及工艺，具体涉及一种木质原料的炭化系统及炭化工艺。

背景技术

木材或木质原料在隔绝空气的情况下，在一定的温度下分解，生成木炭，副产物包括：木焦油、木醋液、木煤气。木炭是保持木材原有构造和孔内残留焦油的不纯的无定形碳。广泛地用作工业冶金还原剂和燃料，在水质净化、污染物吸附、导电和电磁屏蔽等领域也发挥着重大作用。木焦油在兽药中是一种有用的产品，还可以作为防腐剂、木材保存剂和填隙材料。木醋液的组成极其复杂，其主要成分为水、醋酸、甲醇和丙酮等，主要用作防治病虫害、农作物叶面喷施、改良土壤、人体保健等。木煤气主要成分为一氧化碳、氢气和甲烷等，热值大约为5000kcal/m³，是可替代液化气等的民用可再生清洁能源。因此，这些木材热解产品在市场的需求量日益增加。

目前的木炭生产绝大多数采用土法烧制工艺，在土制或砖制窑中通过燃烧一部分原料，使窑内达到炭化温度，然后闷炉。优点是投资少，但有木炭质量不稳定、生产周期长、副产品不能回收、对环境污染等缺点。

随着科技的进步，人们开始逐渐采用干馏工艺。把木质原料放置在密闭的钢制炉体内，在炉体外设有加热炉膛，通过外加燃料燃烧加热炉体，使炉内的原料温度上升，进而炭化，并通过引出的管道收集副产物。

如中国专利ZL201020535353.9公开了一种生物质炭、气、油与木醋液联产系统，包括生物质干馏釜、对生物质干馏釜内所装草木原料进行高温炭化的高温加热炉、对草木原料高温炭化过程中所产生混合气进行冷却及气液分离并相应获得混合气和混合液的水冷装置、对混合气进行水洗并相应获得木煤气的水洗装置、对混合液中的木醋液和木焦油进行分离的液态分离装置、对木煤气进行存储的储气罐、水环式真空泵和与水环式真空泵相接的压缩机以及分别用于存储木焦油和木醋液的木焦油存储罐和木醋液存储罐。该系统的缺点在于：燃烧的烟气没有充分加热干馏釜就排空，能量利用率低；没有单独的木材干燥设备，木材直接装入釜内反应，增加了炭化反应的能耗和副产品回收的难度。

此外，中国专利ZL 200610003555.7公开了一种用于竹材炭化的加热炉、釜体、炭化系统及炭化工艺方法，所述加热炉包括一本体，位于本体内部、相互分离、顺次放置的加热腔、预炭化腔及预热腔；所述炭化系统包括竹材炭化设备、醋液回收设备和燃气回收设备；所述的炭化工艺方法包括竹材炭化、醋液回收和燃气回收。该专利提供了用于竹材炭化的新型加热炉和新型釜体，避免了对加热炉的反复加热与冷却，节约了大量的升、降温时间，缩短了炭化周期,在确保竹炭质量和炭化效率的前提下，提高了生产效率和能源利用率。但上述炭化系统仍然存在着许多缺点：如烟气通过干馏釜再向内部的木料传热，换热效率低，从而燃料消耗加大，生产周期延长；采用自然冷却的方式，冷却速度缓慢，能量没有充分利用等。

发明内容

本发明的第一目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种木炭、木焦油、木醋液和木煤气的联产的炭化系统。该系统可适用于果木、硬杂木、竹材、农林废弃物（秸秆、果壳、锯木屑等）所有木质原料的炭化生产。

本发明的第二目的在于提供一种利用上述干炭化系统对木材原料进行炭化的工艺。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案：

一种木质原料的炭化系统，包括炭化装置及副产品回收装置，所述的炭化装置包括反应容器及用于放置反应容器的反应室；

所述反应容器包括物料架及用于放置物料架的干馏釜；所述干馏釜由干馏釜体及干馏釜盖组成，干馏釜盖上设有排气口及温度测量口；

所述反应室包括依次设置的带有燃烧区的煅烧室、炭化室、预热室，以及分别用于木质原料预处理和后处理的干燥室与冷却室，其中，所述的煅烧室的排气口通过第一烟道与炭化室的进气口相连；所述的炭化室的出气口通过第二烟道与预热室的进气口相连；所述预热室的出气口通过第三烟道与干燥室的进气口相连；所述的冷却室进气口连接冷空气供应管道，冷却室排气口通过第四烟道与干燥室的进气口相连；

所述预热室、炭化室和/或煅烧室内干馏釜盖上的排气口与副产品回收装置相连。

上述各反应室均由耐火砖砌成，除干馏釜及物料架均由耐热不锈钢制备而成。其中，预热室、炭化室和煅烧室的结构相同，底部均设置排灰室，并通过第一烟道和第二烟道依次相连。干馏釜的形状可以使圆筒形、矩形或者多边形立方体，为便于传热，各反应室也砌成与干馏釜相匹配的形状。

干馏釜盖上设置的排气口是用于收集副产物，温度测量口则是方便用户及时检测干馏釜内的温度，精确控制炭化过程。干馏釜盖与干馏釜体之间的连接方式为本领域技术人员所知，优选采用法兰密闭。

上述煅烧室、炭化室及预热室的燃烧区均设于底部，以小树枝、树根等不能作为炭化原料的农林废弃物为辅助燃料，以实现资源的最大化利用。此外，其底部还分别设有木煤气供应管道及排灰室，木煤气供应管道可向上述各室提供木煤气，该木煤气经燃烧后形成高温烟气对各室进行加热。

上述干燥室的进气口还连接冷空气供应管道，所述的干燥室以冷空气、预热室排出燃烧烟气及冷却室排出的热气共同完成木质原料的干燥。

所述的副产品回收装置包括冷凝器、液体分离装置、水洗装置、木焦油储罐、木醋液储罐、木煤气储罐、冷却水储罐和冷却塔；其中冷凝器顶部连接水洗装置，底部与液体分离装置相连；所述液体分馏装置在上中下三层的位置分别连接上层木焦油储罐、木醋液储罐及下层木焦油储罐；所述的水洗装置连接木煤气储罐。

所述冷凝器为单个冷凝器或两个以上冷凝器串联设置的冷凝器组，所述冷凝器上还连接了用以循环提供冷却水的冷却塔及冷却水储罐。冷凝过程中，从冷凝器出来的冷却水经过冷却塔降低温度，进入冷却水储罐后再投入循环使用。

本发明所述的干馏釜可在各反应室内自由取放，干馏釜与反应室之间的间隙构成反应室的内烟道。干馏釜体内设有内翅片及与内翅片形状匹配且能自由取放的物料架；所述干馏釜体外壁上设有改变反应室内烟道结构的外翅片。

作为本发明的一种优选实施方式，所述的干馏釜体内还可以设有从底部竖直插入并从干馏釜体侧面横向穿出的呈倒L型的烟道管。

所述的烟道管为1~200根，烟道管的总横截面积与干馏釜体横截面积的比值为1/200~1/50。

本发明所述的烟道管设置在干馏釜体中部，数量可以为1~200根，具体依据烟道管的尺寸而定。满足烟道管的总横截面积与干馏釜体横截面积的比值为1/200~1/50，能够获得理想的传热效果。其中优选烟道管为4~10根，烟道管的总横截面积与干馏釜体横截面积的比值为1/125~2/125。

所述倒L型烟道管由金属软管连接的竖直烟道管及横烟道管构成，具体是竖直烟道管从干馏釜体底部竖直插入，在靠近干馏釜体顶部转为横向烟道管并从干馏釜体侧面穿出。该该设计能够避免温差应力对干馏釜体及烟道管本身的破坏，从而延长了整个干馏炭化系统的寿命。

本发明所述的外翅片可以为设置在干馏釜体外壁上的若干个环状翅片，任意相邻两环状翅片分别设有位置相错的缺口，相邻翅片的间隔占釜体总长度的5%~100%，优选10%~50%，所述外翅片通过该缺口与反应室内壁构成绕干馏釜体盘旋迂回的烟道。

当燃料在反应室底部的燃烧区燃烧时，产生的高温烟气沿烟道上升，本发明在干馏釜体外壁上设置若干个带缺口的环状翅片后，高温烟气经由上述缺口沿烟道整体呈S形上升，烟气与干馏釜体充分接触后从炉膛上部排空。这种翅片的设置增加了换热面积，有利于木质原料的炭化，获得高质量的成品。

上述任意相邻两环状翅片均设有位置相错的缺口，两缺口的角度可以为相同或不同，并以不低于30°为宜，优选90°~180°，最优选为180°，此时高温烟气能够与干馏釜进行更充分的热交换。

作为本发明的另一种实施方式，所述的外翅片还可以为设置在干馏釜体外壁上的螺旋式翅片，所述的螺旋式翅片与反应室内壁构成绕干馏釜体螺旋的烟道。燃烧室产生的高温烟气沿螺旋式的烟道上升，与干馏釜体进行充分的热交换。

为了进一步优化烟道结构，提高高温烟气与干馏釜体热交换的效率，发明人对外翅片高度与反应室内壁至干馏釜外壁间距的比值也进行了针对性研究。此处的反应室主要指预热室、炭化室及煅烧室。本发明所述的外翅片可以垂直于干馏釜体外壁设置，也可以与其呈一定的倾角设置。本发明优选所述外翅片高度为反应室内壁与干馏釜外壁间距的10%~100%，更优选该比值为85%~95%。此时，外翅片与反应室内壁、干馏釜形成的烟道能够实现传热效率的最优化。

本发明所述的内翅片为在干馏釜内壁上纵向设置的若干个轴对称分布翅片，相邻翅片的夹角为10~180°，优选30~120°。所述内翅片与干馏釜优选等高。

为了防止木炭挤压破碎，同时保证较高的成炭率，本发明弃用了常规直接将木质原料堆积在干馏釜内的技术方案，在干馏釜内增设一物料架，物料架尺寸与干馏釜体内部形状相匹配，并设有2~200层格栅板，优选3~30层，更优选4~10层，格栅板上设有与内翅片位置和数量相同的豁口。使用时，将木质原料均匀放置于不同层的格栅板上，再将物料架整体吊进干馏釜内进行炭化，内翅片及格栅板将干馏釜体分隔呈若干个独立的空间，不但可以防止木炭挤压破碎导致的浪费，还能方便卸料，使生产率得到整体提高。

本领域技术人员知道，炭化过程中，干馏釜与反应室的容积比对木质原料的炭化过程存在较大的影响，该比值越大，说明干馏釜内能处理的木质原料更多，但燃烧区和烟道的空间太小导致传热效率下降，影响生产率；该比值越小，燃烧区和烟道的空间越大，则越有利于提高传热效率，但由于干馏釜容积较小，必然会导致产率下降。为了获得最佳的传热效果兼及最高产率，发明人对干馏釜与反应室的容积比作出了进一步限定，优选为40%~96%，更优选70%~90%，此时的炭化过程最理想。此处的反应室主要指预热室、炭化室及煅烧室。

此外。本发明所述的炭化系统还包括一辅助设备，所述的辅助设备为起吊装置。该起吊装置用于在各反应室间转移反应容器。

为实现本发明的第二目的，采用如下技术方案：

一种木质原料炭化的工艺，所述的工艺包括如下步骤：

（1）干燥；将木质原料装入物料架，再将物料架吊进干燥室，从干燥室底部通入低于木质原料燃点的混合热气对其进行干燥；

（2）预热；将装有干燥后木质原料的物料架装入干馏釜，密闭后吊入预热室，由第二烟道引入的炭化室的高温烟气和/或底部燃烧区燃料（包括木煤气、小树枝、树根等）燃烧产生的高温烟气；或由第二烟道引入的炭化室的高温烟气、底部燃烧区燃料燃烧及木煤气供应管道产生的高温烟气进行预热；

（3）炭化；将预热完毕的干馏釜吊入炭化室，干馏釜在由第一烟道引入的煅烧室排出的高温烟气和/或底部燃烧区燃料（包括木煤气、小树枝、树根等）燃烧产生的高温烟气，或由第一烟道引入的煅烧室排出的高温烟气、底部燃烧区燃料燃烧及木煤气供应管道产生的高温烟气的共同加热下，升温至450~550℃，保温炭化0.5~3h；

（4）煅烧；将炭化后的干馏釜吊入煅烧室，由底部燃烧区燃料（包括木煤气、小树枝、树根等）产生的高温烟气或底部燃烧区燃料燃烧及木煤气供应管道产生的高温烟气的共同加热下，对干馏釜内木质原料进行煅烧；

（5）副产品回收；收集步骤（2）、（3）、（4）中产生的副产物混合气体，通入冷凝器，经冷凝下来的液体产物排入液体分离装置，静置，分为三层，上层占10%~15%，属于低沸点化合物；下层木焦油占20%~30%；中间的澄清部分是有效木醋液。将上下层液体分别通入上层木焦油储罐和下层木焦油储罐，中间层液体进入木醋液储罐；经冷凝后的气体通入水洗装置水洗，去除杂质后进入木煤气储罐；

（6）冷却；将煅烧结束后的干馏釜吊入冷却室，从冷却室底部通入新鲜冷空气，冷却结束后，从干馏釜内卸料，即得木炭。

其中，步骤1所述的混合热气由步骤2产生并排出的烟气、步骤6产生并排出的热气及冷空气供应管道提供的冷空气混合得到。该混合热气和木质原料直接接触。对其进行加热并带走其中的水分，排空。步骤1中混合热气的温度不高于150℃，干燥结束后，木质原料中水分含量控制为≤20%。

步骤2中，优选由第二烟道引入的炭化室的高温烟气、底部燃烧区燃料燃烧及木煤气供应管道产生的高温烟气联合对干馏釜进行预热。通过温度测量口的监控，控制干馏釜内部的温度为210-330℃。预热产生的烟气经由第三烟道通入干燥室。

步骤3中，优选由第一烟道引入的煅烧室排出的高温烟气、底部燃烧区燃料燃烧及木煤气供应管道产生的高温烟气的共同加热下，干馏釜升温至450~550℃，保温炭化0.5~3h，该步骤产生的高温烟气从炭化室的排气口经由第二烟道通入预热室。

步骤4中，煅烧的温度和保温时间可依据对木炭的品质要求而定，如木炭固定碳含量要求高，煅烧的温度和时间就要延长，该步骤产生的高温烟气从煅烧室的排气口经由第一烟道通入炭化室。

步骤5中，收集步骤（2）、（3）、（4）中产生的副产物混合气体，通过干馏釜盖上的排气口通入冷凝器，逐级冷却下来。冷凝下来的液体产物进入液体分离装置，静置一段时间后，上下层液体分别通入上下两个木焦油储罐，中间层液体进入木醋液储罐；从冷凝器出来后的气体通入水洗装置，经水洗去除杂质后进入木煤气储罐。该木煤气储罐与木煤气供应管道相连，向煅烧室、炭化室和预热室的燃烧室通入木煤气。从冷凝器侧壁排出的冷却水经过冷却塔降低温度，进入冷却水储罐后再循环利用。

步骤6中，从冷却室底部通入新鲜冷空气对干馏釜进行冷却，将其冷却至≤150℃。冷却结束后，从干馏釜内卸料，即得木炭。冷却过程所产生的热气经由第四烟道通入干燥室。

采用上述技术方案，本发明的优点在于：

（1）使用小树枝、树根等成炭质量差的农林废弃物为辅助燃料，废物利用，节省了木煤气资源。

（2）燃烧所产生的高温烟气，利用热量梯级利用原理，按温度由高到低，依次加热煅烧室、炭化室、预热室和干燥室，热量利用充分。

每个加热室都有单独的底部燃烧区和燃料进口，可以分别调节加热情况以控制炉内的温度。

（3）采用强制通风冷却的方式，既减少了生产周期，又能把这部分的热量利用起来干燥木材。

（4）设置单独的木材干燥装置，通过气固相直接接触，大大提高了木材的干燥效率。并且充分干燥的木材炭化反应速度快且均匀，减少热量消耗。副产品回收时，冷凝效果好，减少冷却水用量，且木醋液、木焦油纯度高。

（5）通过在干馏釜上设置内外翅片，内外烟道，提高了换热效率，从而降低能耗，缩短生产周期。

（6）当处于某个加热室的干馏釜反应完毕吊出后，可立即吊入另一个干馏釜，形成连续生产，加热室的温度基本不变，节省了升降温时间。

（7）木料一直处于密闭的干馏釜内，不会因为接触到氧气而燃烧掉。通过设备温度测量装置，能够准备监控反应温度，得炭率高，且质量稳定。

（8）所有副产品都进行回收利用，对环境没有污染。

附图说明

图1是本发明实施例1干馏炭化炉的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖视图；

图3是本发明实施例1中物料架剖视图；

图4是图3的B-B剖视图；

主要附图元件说明

1木煤气储罐、2水洗装置、2-1冷却水储罐、4冷却塔、5冷凝器组、6副产物混合气体、7高温烟气、8高温烟气、9干馏釜盖、10排气口、11温度测量口、12干馏釜、13外翅片、14第四烟道、15物料架、16起吊装置、17干燥室、18热风、19冷空气供应管道、20冷却室、21第三烟道、22预热室、23排灰室、24第二烟道、25炭化室、26煅烧室、27液体分离装置、28下层木焦油储罐、29木醋液储罐、30上层木焦油储罐、31木煤气供应管道、32第一烟道、33内翅片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

如图1所示，本实施例中炭化系统包括炭化装置、副产品回收装置和相关辅助设备（即起吊装置16）。

上述炭化装置包括反应容器及用于放置反应容器的反应室；

其中反应容器包括物料架15及用于放置物料架15的干馏釜12；所述干馏釜12由干馏釜体（图中未标示）及干馏釜盖9组成，干馏釜盖9上设有排气口10及温度测量口11；

反应室包括依次设置的带有燃烧区的煅烧室26、炭化室25、预热室22，以及分别用于木质原料预处理和后处理的干燥室17与冷却室20，其中，煅烧室26的排气口通过第一烟道32与炭化室25的进气口相连；炭化室25的出气口通过第二烟道24与预热室22的进气口相连；预热室22的出气口通过第三烟道21与干燥室17的进气口相连；所述冷却室20进气口连接冷空气供应管道19，冷却室20排气口通过第四烟道14与干燥室17的进气口相连。

本实施例中，副产品回收装置包括冷凝器组5、液体分离装置27、水洗装置2、下层木焦油储罐28及上层木焦油储罐30、木醋液储罐29、木煤气储罐1、冷却水储罐2-1和冷却塔2；其中冷凝器组5顶部连接水洗装置2，底部与液体分离装置27相连；液体分馏装置27分别在上中下三层的位置连接上层木焦油储罐30、木醋液储罐29及下层木焦油储罐28；所述的水洗装置2连接木煤气储罐1。

如图2所示，本实施例中，干馏釜内部以其中心轴为中心，跨中对称均布6个长方形内翅片33，相邻夹角60°，其高度和干馏釜相同。

圆柱体状的干馏釜12外沿高度方向均布7个圆环性外翅片13，上下相邻的两外翅片13间的缺口角度均为180°。

如图3和图4所示。物料架15尺寸与干馏釜12内部形状匹配，呈圆柱形，由钢管组成支架，本实施例中，物料架15设有7层分支架，每层支架铺设格栅网，每层格栅网开6个和内翅片33位置相同的豁口。

实施例2

与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中，在干馏釜12的中部，均布了6根从底部插入的，在靠近干馏釜体顶部转为横向并从干馏釜体2侧面穿出的呈倒L型的烟道管；烟道管的总横截面积与干馏釜12横截面积的比值为3/200。

实施例3

与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中，所述的外翅片13为设置在干馏釜体外壁上的螺旋式翅片，该螺旋式翅片与各反应室内壁构成绕干馏釜体螺旋的内烟道。传热过程中，高温烟气沿螺旋状烟道上升，与干馏釜进行热交换。

干馏釜12内部以其中心轴为中心，跨中对称均布4个长方形内翅片33，相邻夹角90°，其高度和干馏釜相同。物料架15设有4层分支架，每层支架铺设格栅网，每层格栅网开4个和内翅片33位置相同的豁口。

实施例4

与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中，各反应室均由耐火砖砌成矩形。干馏釜12为耐高温钢制的空心矩形体，干馏釜盖9为锥形封头形式，和干馏釜12通过法兰密闭，中心开圆形排气口10，边上设有深入釜内的热电偶作为温度测量口11。干馏釜12外沿高度方向均布5个矩形环状外翅片13，上下相邻两外翅片13间的缺口角度为90°。

干馏釜12内部以其中心轴为中心，跨中对称均布10个长方形内翅片33，相邻夹角36°，其高度和干馏釜相同。

物料架15尺寸与干馏釜12内部形状匹配，呈矩形。由钢管组成支架，本实施例中，物料架15设有8层分支架，每层支架铺设格栅网，每层格栅网开10个和内翅片33位置相同的豁口。

实施例5

以苹果树产生的废弃枝干作为生产原料，首先进行分拣，将小树枝树叶和树根挑出作为预热室、炭化室及煅烧室燃烧区的辅助燃料，其余的经破碎成长度小于30cm，截面积小于80cm²的木块。然后将木块紧实地码放在物料架15的分层格栅板，在本实施例中，格栅板设有7层，外形尺寸与干馏釜12内腔匹配。将装满的物料架15整体通过起吊装置16吊进干燥室17内，被约120℃的热风18加热干燥约10h后，含水率≤20%。干燥完毕后，将物料架15吊进干馏釜12中，在本实施例中，干馏釜内径1500mm，高度3000mm，内翅片6个，每釜装料约2.3t。盖上釜盖9后，吊入预热室22，被辅助燃料和木煤气供应管道31提供的木煤气燃烧产生的烟气加热，通过温度测量装置11的监控，通过调节木煤气和空气的进量控制燃烧，使干馏釜12内部的温度升到约270℃。再吊入炭化室24进一步加热。在炭化室24中的干馏釜12，温度逐渐升高至460℃，保持1~1.5h，釜内的木块已完全炭化，由于在此温度的炭化反应是放热反应，因此，该步骤中减少外部燃料的供应，主要靠上游煅烧室26产生的高温烟气7供热。炭化过程结束后，把干馏釜12吊入煅烧室26，进一步加热至550℃，保持1~1.5h，完成反应，把干馏釜12吊入冷却室20。每次把干馏釜12吊入下一个反应室时，依次把温度低的干馏釜12填入温度高的反应室，形成连续化生产。干馏釜12在冷却室20首先自然冷却一段时间，再逐渐通入冷空气供应管道19提供的新鲜冷空气强制冷却，使釜内温度低于150℃，开盖出料。

上述炭化过程中，预热室、炭化室及煅烧室内干馏釜产生的副产物混合气体6分别通过各干馏釜气体出口10输送至冷凝器组5，在本实施例中，冷凝器组5为2个冷凝器串联而成，可以根据生产情况增加或减少。副产物混合气体6被循环冷却水逐渐冷凝下来的液体进入液体分离装置27，在此罐中液体静置分为三层，上层占10%~15%，属于低沸点化合物；下层木焦油占20%~30%；中间的澄清部分是有效木醋液。上下层分别通入上层木焦油储罐30和下层木焦油储罐28，中间层进入木醋液储罐29。冷凝器组5出来的不可凝气体进入水洗装置2水洗后去除杂质，进入木煤气储罐1。木煤气从该木煤气储罐1中通过木煤气供应管道31引入到各反应室（预热室、炭化室及煅烧室）燃烧供热。

本实施例中生产的木炭固定碳含量约78%，水分含量约7%，灰分约5%，得炭率约30%（绝干基）。

实施例6

以竹材作为生产原料，首先经破碎成长度小于400mm，宽度小于50mm的竹片。然后将竹片紧实地码放在物料架15的分层格栅板，在本实施例中，格栅板设有7层，外形尺寸与干馏釜12内腔匹配。将装满的物料架15整体通过起吊装置16吊进干燥室17内，被约120℃的热风18加热干燥约10h后，含水率≤20%。干燥完毕后，将物料架15吊进干馏釜12中，在本实施例中，干馏釜内径1500mm，高度3000mm，内翅片6个，每釜装料约2.3t。盖上干馏釜盖9后，吊入预热室22，被燃烧区的辅助燃料和木煤气供应管道31引入的木煤气燃烧产生的烟气加热，通过温度测量装置11的监控，通过调节木煤气和空气的进量控制燃烧，使干馏釜12内部的温度升到约300℃。再吊入炭化室24进一步加热。在炭化室24中的干馏釜12，温度逐渐升高至500℃，保持1~1.5h，釜内的竹片已完全炭化，由于在此温度的炭化反应是放热反应，因此，减少外部燃料的供应，主要靠上游煅烧室26产生的高温烟气7供热。炭化结束后，把干馏釜12吊入煅烧室26，进一步加热至700℃，保持0.5~1h，完成反应，再把干馏釜12吊入冷却室20进行后处理。每次把干馏釜12吊入下一个反应室时，依次把温度低的干馏釜12填入温度高的反应室，形成连续化生产。干馏釜12在冷却室20首先自然冷却一段时间，再逐渐通入冷空气供应管道19提供的新鲜冷空气强制冷却，使釜内温度低于150℃，开盖出料。

上述炭化过程中，预热室、炭化室及煅烧室内干馏釜产生的副产物混合气体6分别通过各干馏釜气体出口10输送至冷凝器组5，在本实施例中，冷凝器组5为2个冷凝器串联设置，可以根据生产情况增加或减少。副产物混合气体6被循环冷却水逐渐冷凝下来的液体进入液体分离装置27，在此罐中液体静置分为三层，上层占10%~15%，属于低沸点化合物；下层木焦油占20%~30%；中间的澄清部分是有效木醋液。上下层分别通入上层木焦油储罐30和下层木焦油储罐28，中间层进入木醋液储罐29。冷凝器组5出来的不可凝气体进入水洗装置2水洗后去除杂质，进入木煤气储罐1。木煤气从该木煤气储罐1中通过木煤气供应管道31引入到各反应室（预热室、炭化室及煅烧室）燃烧供热。

本实施例中生产的竹炭固定碳含量约85%，灰分含量约5%，碘吸附值约450mg，得炭率约25%（绝干基）。竹醋液PH值2~3，折光率约6%。

实施例7

以含木质素的农林废弃物（秸秆、棉籽壳、核桃壳、锯末等）作为生产原料，首先将原料粉碎至颗粒≤3mm。然后将颗粒铺在物料架15的分层格栅板，本实施例选择的格栅板的目数较大，格栅板设有30层，外形尺寸与干馏釜12内腔匹配。将装满的物料架15整体通过起吊装置16吊进干燥室17内，被约120℃的热风18加热干燥约10h后，含水率≤15%。干燥完毕后，将原料颗粒挤压成外径50mm、内径20mm、长400mm的棒，密度约1.1x10³~1.5x10³kg/m³。再把原料棒码放到物料架15上，然后吊进干馏釜12中，在本实施例中，干馏釜内径1500mm，高度3000mm，内翅片6个。盖上干馏釜盖9后，吊入预热室22，被燃烧区的辅助燃料和木煤气供应管道31引入的木煤气燃烧产生的烟气加热，通过温度测量装置11的监控，通过调节木煤气和空气的进量控制燃烧，使干馏釜12内部的温度升到约270℃。再吊入炭化室24进一步加热。在炭化室24中的干馏釜12，温度逐渐升高至450℃，保持2~2.5h，釜内的木块已完全炭化，由于在此温度的炭化反应是放热反应，因此，减少外部燃料的供应。在本实施例中，根据木炭产品质量要求，不需进行更高温度的煅烧工艺，所以完成反应把干馏釜12吊入冷却室20。每次把干馏釜12吊入下一个反应室时，依次把温度低的干馏釜12填入温度高的反应室，形成连续化生产。干馏釜12在冷却室20首先自然冷却一段时间，再逐渐通入冷空气供应管道19提供的新鲜冷空气强制冷却，使釜内温度低于150℃，开盖出料。

上述炭化过程中，预热室、炭化室及煅烧室内干馏釜产生的副产物混合气体6分别通过各干馏釜气体出口10输送至冷凝器组5，在本实施例中，冷凝器组5为2个冷凝器串联设置，可以根据生产情况增加或减少。副产物混合气体6被循环冷却水逐渐冷凝下来的液体进入液体分离装置27，在此罐中液体静置分为三层，上层占10%~15%，属于低沸点化合物；下层木焦油占20%~30%；中间的澄清部分是有效木醋液。上下层分别通入上层木焦油储罐30和下层木焦油储罐28，中间层进入木醋液储罐29。冷凝器组5出来的不可凝气体进入水洗装置2水洗后去除杂质，进入木煤气储罐1。木煤气从该木煤气储罐1中通过木煤气供应管道31引入到各反应室（预热室、炭化室及煅烧室）燃烧供热。

本实施例中生产的木炭固定碳含量约70%，发热量约7000kcal/kg，得炭率约35%（绝干基）。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种木质原料的炭化系统，包括炭化装置及副产品回收装置，其特征在于：

所述的炭化装置包括反应容器及用于放置反应容器的反应室；

所述反应容器包括物料架及用于放置物料架的干馏釜；所述干馏釜由干馏釜体及干馏釜盖组成，干馏釜盖上设有排气口及温度测量口；

所述反应室包括依次设置的均带有燃烧区的煅烧室、炭化室、预热室，以及分别用于木质原料预处理和后处理的干燥室与冷却室，其中，所述的煅烧室的排气口通过第一烟道与炭化室的进气口相连；所述的炭化室的出气口通过第二烟道与预热室的进气口相连；所述预热室的出气口通过第三烟道与干燥室的进气口相连；所述的冷却室进气口连接冷空气供应管道，冷却室排气口通过第四烟道与干燥室的进气口相连；

所述预热室、炭化室和/或煅烧室内干馏釜盖上的排气口与副产品回收装置相连；

干馏釜与反应室之间的间隙构成反应室的内烟道；干馏釜体内设有内翅片及与内翅片形状匹配且能自由取放的物料架；所述干馏釜体外壁上设有改变反应室内烟道结构的外翅片。

2.根据权利要求1所述的炭化系统，其特征在于：所述干燥室的进气口还连接冷空气供应管道。

3.根据权利要求1所述的炭化系统，其特征在于：所述的煅烧室、炭化室和预热室的底部分别连接或设置木煤气供应管道和排灰室。

4.根据权利要求1所述的炭化系统，其特征在于：所述的副产品回收装置包括冷凝器、液体分离装置、水洗装置、木焦油储罐、木醋液储罐、木煤气储罐、冷却水储罐和冷却塔；其中冷凝器顶部连接水洗装置，底部与液体分离装置相连；所述液体分离装置在上中下三层的位置分别连接上层木焦油储罐、木醋液储罐及下层木焦油储罐；所述的水洗装置连接木煤气储罐。

5.根据权利要求4所述的炭化系统，其特征在于：所述冷凝器为单个冷凝器或两个以上冷凝器串联设置的冷凝器组，各冷凝器分别连接用以循环提供冷却水的冷却塔及冷却水储罐。

6.根据权利要求1所述的炭化系统，其特征在于：所述的干馏釜体内设有从底部竖直插入并从干馏釜体侧面横向穿出的呈倒L型的烟道管。

7.根据权利要求1所述的炭化系统，其特征在于：所述的物料架上设有2-200层格栅板，格栅板上设有与内翅片位置和数量相同的豁口。

8.一种利用权利要求1-7任一项所述炭化系统进行木质原料炭化的工艺，其特征在于，所述的工艺包括如下步骤：

（1）干燥；将木质原料装入物料架，再将物料架吊进干燥室，从干燥室底部通入低于木质原料燃点的混合热气对其进行干燥；

（2）预热；将装有干燥后木质原料的物料架装入干馏釜，密闭后吊入预热室，由第二烟道引入的炭化室的高温烟气和/或底部燃烧区燃料燃烧产生的高温烟气；或由第二烟道引入的炭化室的高温烟气、底部燃烧区燃料燃烧及木煤气供应管道产生的高温烟气进行预热；

（3）炭化；将预热完毕的干馏釜吊入炭化室，干馏釜在由第一烟道引入的煅烧室排出的高温烟气和/或底部燃烧区燃料燃烧产生的高温烟气，或由第一烟道引入的煅烧室排出的高温烟气和底部燃烧区及木煤气供应管道产生的高温烟气加热下，升温至450～550℃，保温炭化0.5～3h；

（4）煅烧；将炭化后的干馏釜吊入煅烧室，由底部燃烧区燃料燃烧产生的高温烟气加热下，或底部燃烧区燃料燃烧及木煤气供应管道产生的高温烟气的共同加热下，对干馏釜内木质原料进行煅烧；

（5）副产品回收；收集步骤（2）、（3）、（4）中产生的副产物混合气体，通入冷凝器，经冷凝下来的液体产物排入液体分离装置，静置，将上下层液体分别通入上层木焦油储罐及下层木焦油储罐，中间层液体进入木醋液储罐；经冷凝后的气体通入水洗装置水洗，去除杂质后进入木煤气储罐；

（6）冷却；将煅烧结束后的干馏釜吊入冷却室，从冷却室底部通入新鲜冷空气，冷却结束后，从干馏釜内卸料，即得木炭。

9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于：步骤（1）所述的混合热气由步骤（2）产生并排出的烟气、步骤（6）产生并排出的热气及冷空气供应管道提供的冷空气混合得到。

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