CN106433711B - 一种机制生物炭生产装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机制生物炭生产装置及方法。包括湿式分离器的第一排出口与燃气增压风机相连，燃气增压风机出口与烘干机相连；湿式分离器第二排出口管路与混合水池相连，混合水池通过循环水泵与湿式分离器循环相连；混合水池中设有固液分离器，固液分离器排出口通过管路连接到炭成型机，炭成型机排出口与烘干机相连。本发明通过控制流化床炭化炉运行工况，以获得不同品质的生物炭和焦油产量，从而获得不同密度、热值和强度的机制生物炭，便于控制机制生物炭品质；将生物质炭在流化床炭化炉内即时破碎，后续工艺无需破碎设备，避免了破碎设备产生的能耗和污染问题，具有生物质品质高，生产过程高效、环保。

Description

一种机制生物炭生产装置及方法
技术领域
本发明属于环保炭技术领域，特别是涉及一种机制生物炭生产装置及该生物炭的生产方法。
背景技术
生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。我国是农业生产大国，每年产生了大量生物质资源，大部分的生物质资源都被浪费，没有较好的利用。为了更好地利用生物质资源，将生物质转换成密度大、热值高、燃烧时间长的机制生物炭，此种利用生物质的方式被越来越广泛的应用。
目前生产机制生物炭的方式有两种：一种是先将生物质挤压成型，再进行外热式炭化的工艺，该工艺生产机制炭品质较好，但存在能耗高、生产周期长、效率低等缺点；另一种是利用炭粉，采用淀粉性粘合剂将炭粉粘结并压制成型的工艺，该工艺存在没有足够多的碳粉来源，多通过小颗粒炭块破碎成粉再进行成型，限制该工艺的发展。
已公开的现有技术中，ZL201210547343.0《一种机制木炭的生产方法》包括下述步骤：⑴将生物质材料破碎；直接放入热解炉内裂解，产出低温炭，温度250-350℃，低温炭中的含氧量约20％，含氢量约5％，裂解时间约4-6小时；⑵将低温炭通过球磨机磨成20-100目的炭粉；⑶将步骤⑵炭粉送入搅拌机内,按一定比例加入生物质焦油,搅拌均匀成浆料，送至挤压机内挤压成各种形状的型炭；⑷、将型炭放入热解炉中，温度500-1000℃，裂解时间约4-6小时，移出冷却，得高温机制木炭。该工艺耗费大量资源，成本较高，而且过程复杂，产生一定的污染，不环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机制生物炭生产装置及方法，通过将生物质在流化床炭化炉的高温环境下，以及炉内气流扰动条件下，使生物质发生一次破碎、二次破碎，生成炭粉，控制流化床炭化炉运行工况，以获得不同品质的生物炭和焦油产量，从而获得不同密度、热值和强度的机制生物炭，便于控制机制生物炭品质，解决了现有的生物炭生产过程中出现耗费大量资源，成本较高，而且过程复杂，产生一定的污染，不环保等问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种机制生物炭生产装置，包括流化床炭化炉、湿式分离器、混合水池、固液分离器、循环水泵、燃气增压风机、炭成型机和烘干机，所述流化床炭化炉排出口与湿式分离器进口相连；所述湿式分离器的第一排出口与燃气增压风机相连，所述燃气增压风机出口与烘干机相连；所述湿式分离器第二排出口管路与混合水池相连，所述混合水池通过循环水泵与湿式分离器循环相连；所述混合水池中设有固液分离器，所述固液分离器排出口通过管路连接到炭成型机，所述炭成型机排出口与烘干机相连。
进一步地，所述流化床炭化炉底部设有进风口，所述流化床炭化炉一侧依次设有床料加料口和原料加料口，所述流化床炭化炉顶部设有流化床炭化炉排出口；且流化床炭化炉底部进风口连接有给风机。
进一步地，所述流化床炭化炉的床料加料口下部设有用于均匀分布空气与温度的布风装置。
进一步地，所述湿式分离器包括湿式分离器进口、第一排出口、第二排出口和循环水入口；所述循环水入口与循环水泵相连。
进一步地，所述混合水池一侧设置密度检测装置。
一种机制生物炭生产方法，包括以下步骤：
步骤一，通过进风口、床料加料口和原料加料口分别向流化床炭化炉内加入空气、床料和生物质原料，生物质在流化床炭化炉内发生炭化反应，生成的生物质炭、燃气和焦油通过流化床炭化炉排出口送入湿式分离器；
步骤二，生物质炭、燃气和焦油经湿式分离器分离后，燃气通过第一排出口排出，经燃气增压风机升压后送入烘干机；
步骤三，生物炭和焦油被水携带进入混合水池，生物炭和焦油经固液分离器分离、收集后送入炭成型机，提取液经循环水泵送入湿式分离器继续参与分离；
步骤四，生物炭以焦油做粘合剂，经炭成型机处理后送入烘干机烘干，即得机制生物炭。
进一步地，所述流化床炭化炉的运行温度600～900℃，炉内流速2～5m/s。
进一步地，所述流化床炭化炉加入的床料为耐磨床料颗粒，粒径为0.5～5mm。
进一步地，所述混合水池中提取液密度1.0～1.1g/cm3。
本发明的原理：
生物质在流化床炭化炉的高温环境下，以及炉内气流扰动条件下，高温使生物质处于软化状态；炉内气流扰动增加了原料之间以及床料与原料之间的摩擦、碰撞，产生摩擦力及剪切力。在两方面条件共同作用下，生物质发生一次破碎、二次破碎，生成炭粉。
焦油与表面粗糙不平的生物炭接触时，由于生物炭表面多孔，两者可以成犬齿溶合在一起；其次，在范德华力推动下，焦油与生物炭分子相互扩散产生互溶，形成粘结过渡区；另外，焦油与生物炭中部分化学键相连，减少裂缝扩展的发生，更容易抵御各种损坏性环境的破坏和侵蚀。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过控制流化床炭化炉运行工况，以获得不同品质的生物炭和焦油产量，从而获得不同密度、热值和强度的机制生物炭，便于控制机制生物炭品质。
2、本发明通过将生物质炭在流化床炭化炉内即时破碎，后续工艺无需破碎设备，避免了破碎设备产生的能耗和污染问题，通过在流化床炭化炉高温环境中粉碎，保证了生物质炭粉碎后本身的品质不受外界环境的影响。
3、本发明利用焦油做粘合剂，有效解决了焦油问题，降低成本；同时，混合水池提取液密度大于1.1g/cm3时，提取液即可出售，提高总体经济效益。
4、本发明的生产过程产物被完全利用，没有废气废液产生，生产过程环保，避免有害物质的产生。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种机制生物炭生产装置的示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-流化床炭化炉；101-进风口；102-床料加料口；103-原料加料口；104-流化床炭化炉排出口；105-布风装置；2-湿式分离器；201-湿式分离器进口；202-第一排出口；203-第二排出口；204-循环水入口；3-混合水池；4-固液分离器；401-固液分离器排出口；5-循环水泵；6-燃气增压风机；7-烘干机；8-炭成型机；801-炭成型机排出口；9-给风机；10-密度检测装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考附图1所示，一种机制生物炭生产装置，包括流化床炭化炉1、湿式分离器2、混合水池3、固液分离器4、循环水泵5、燃气增压风机6、炭成型机8和烘干机7，
将流化床炭化炉排出口104与湿式分离器进口201相连；
将湿式分离器2的第一排出口202与燃气增压风机6相连，燃气增压风机6出口与烘干机7相连；通过燃气增压风机6将烘干机7的剩余热量压入湿式分离器2中，充分利用烘干机7的气体余热。
再将湿式分离器2第二排出口203管路与混合水池3相连，混合水池3 通过循环水泵5与湿式分离器2循环相连；混合水池3中设有固液分离器4，固液分离器排出口401通过管路连接到炭成型机8，炭成型机排出口801与烘干机7相连。
其中，流化床炭化炉1底部设有进风口101，流化床炭化炉1一侧依次设有床料加料口102和原料加料口103，流化床炭化炉1顶部设有流化床炭化炉排出口104；且流化床炭化炉1底部进风口101连接有给风机9。
其中，流化床炭化炉1的床料加料口102下部设有用于均匀分布空气与温度的布风装置105。
其中，湿式分离器2包括湿式分离器进口201、第一排出口202、第二排出口203和循环水入口204；循环水入口204与循环水泵5相连。
其中，混合水池3一侧设置密度检测装置10。
一种机制生物炭生产方法，包括以下步骤：
步骤一，通过进风口101、床料加料口103和原料加料口102分别向流化床炭化炉1内加入空气、床料和生物质等原料，生物质在流化床炭化炉1内发生炭化反应，生成的生物质炭、燃气和焦油，通过流化床炭化炉排出口104将生成的生物质炭、燃气和焦油送入湿式分离器2；
步骤二，生物质炭、燃气和焦油经湿式分离器2分离后，燃气通过第一排出口202排出，经燃气增压风机6升压后送入烘干机7；
步骤三，生物炭和焦油被水携带进入混合水池3，生物炭和焦油经固液分离器4分离、收集后送入炭成型机8，提取液经循环水泵5送入湿式分离器2继续参与分离；
步骤四，生物炭以焦油做粘合剂，经炭成型机8处理后送入烘干机7烘干，即得机制生物炭。
其中，流化床炭化炉1的运行温度600～900℃，炉内流速2～5m/s。
其中，流化床炭化炉1加入的床料为耐磨床料颗粒，粒径为0.5～5mm。
其中，混合水池3中提取液密度1.0～1.1g/cm3。
生物质在流化床炭化炉的高温环境下，和炉内气流扰动条件下，高温使生物质处于软化状态；炉内气流扰动增加了原料之间以及床料与原料之间的摩擦、碰撞，产生摩擦力及剪切力。在两方面条件共同作用下，生物质发生一次破碎、二次破碎，生成炭粉。
焦油与表面粗糙不平的生物炭接触时，由于生物炭表面多孔，两者可以成犬齿溶合在一起；其次，在范德华力推动下，焦油与生物炭分子相互扩散产生互溶，形成粘结过渡区；另外，焦油与生物炭中部分化学键相连，减少裂缝扩展的发生，更容易抵御各种损坏性环境的破坏和侵蚀。
实施例一
原料竹屑，床料为粒径4mm的氧化铝球，加入流化床炭化炉，控制炉体运行温度780℃，炉内流速3m/s，炭化后竹炭经湿式分离器和固液分离器分离后，进入炭成型机压制成型，成型竹炭在烘干机内经部分燃气烘干后，即得机制竹炭。运行过程中，混合水池提取液密度超过1.1g/cm3时，则抽取部分提取液出售，并向混合水池补充循环水，控制提取液密度在1.0～1.1g/cm3之间，机制竹炭固定碳含量86％，灰分3％，水分8％，挥发分3％，表面有金属光泽，热值7681kcal/kg。
实施例二
原料杏壳，床料为粒径2mm的石英砂，加入流化床炭化炉，控制炉体运行温度750℃，炉内流速4m/s，炭化后杏壳炭经湿式分离器和固液分离器分离后，进入炭成型机压制成型，成型杏壳炭在烘干机内经部分燃气烘干后，即得机制杏壳炭。运行过程中，混合水池提取液密度超过1.1g/cm3时，则抽取部分提取液出售，并向混合水池补充循环水，控制提取液密度在1.0～1.1g/cm3之间。机制杏壳炭固定碳含量80％，灰分5％，水分7％，挥发分8％，表面有金属光泽，热值7493kcal/kg。
实施例三
原料麦秸，床料为粒径1mm的河沙，加入流化床炭化炉，控制炉体运行温度680℃，炉内流速2.5m/s，炭化后麦秸炭经湿式分离器和固液分离器分离后，进入炭成型机压制成型，成型麦秸炭在烘干机内经部分燃气烘干后，即得机制麦秸炭。运行过程中，混合水池提取液密度超过1.1g/cm3时，则抽取部分提取液出售，并向混合水池补充循环水，控制提取液密度在1.0～1.1g/cm3之间。机制麦秸炭固定碳含量75％，灰分8％，水分7％，挥发分10％，表面有金属光泽，热值7075kcal/kg。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种机制生物炭生产装置，包括流化床炭化炉(1)、湿式分离器(2)、混合水池(3)、固液分离器(4)、循环水泵(5)、燃气增压风机(6)、炭成型机(8)和烘干机(7)，其特征在于：
所述流化床炭化炉排出口(104)与湿式分离器进口(201)相连；
所述湿式分离器(2)的第一排出口(202)与燃气增压风机(6)相连，所述燃气增压风机(6)出口与烘干机(7)相连；
所述湿式分离器(2)第二排出口(203)管路与混合水池(3)相连，所述混合水池(3)通过循环水泵(5)与湿式分离器(2)循环相连；
所述混合水池(3)中设有固液分离器(4)，所述固液分离器排出口(401)通过管路连接到炭成型机(8)，所述炭成型机排出口(801)与烘干机(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种机制生物炭生产装置，其特征在于，所述流化床炭化炉(1)底部设有进风口(101)，所述流化床炭化炉(1)一侧依次设有床料加料口(102)和原料加料口(103)，所述流化床炭化炉(1)顶部设有流化床炭化炉排出口(104)；且流化床炭化炉(1)底部进风口(101)连接有给风机(9)。
3.根据权利要求1所述的一种机制生物炭生产装置，其特征在于，所述流化床炭化炉(1)的床料加料口(102)下部设有用于均匀分布空气与温度的布风装置(105)。
4.根据权利要求1所述的一种机制生物炭生产装置，其特征在于，所述湿式分离器(2)包括湿式分离器进口(201)、第一排出口(202)、第二排出口(203)和循环水入口(204)；所述循环水入口(204)与循环水泵(5)相连。
5.根据权利要求1所述的一种机制生物炭生产装置，其特征在于，所述混合水池(3)一侧设置密度检测装置(10)。
6.如权利要求1-5任一所述的一种机制生物炭生产装置，采用一种机制生物炭生产方法进行生产，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过进风口、床料加料口和原料加料口分别向流化床炭化炉内加入空气、床料和生物质原料，生物质在流化床炭化炉内发生炭化反应，生成的生物质炭、燃气和焦油通过流化床炭化炉排出口送入湿式分离器；
步骤二，生物质炭、燃气和焦油经湿式分离器分离后，燃气通过第一排出口排出，经燃气增压风机升压后送入烘干机；
步骤三，生物炭和焦油被水携带进入混合水池，生物炭和焦油经固液分离器分离、收集后送入炭成型机，提取液经循环水泵送入湿式分离器继续参与分离；
步骤四，生物炭以焦油做粘合剂，经炭成型机处理后送入烘干机烘干，即得机制生物炭。
7.根据权利要求6所述的一种机制生物炭生产方法，其特征在于，所述流化床炭化炉的运行温度600～900℃，炉内流速2～5m/s。
8.根据权利要求6所述的一种机制生物炭生产方法，其特征在于，所述流化床炭化炉加入的床料为耐磨床料颗粒，粒径为0.5～5mm。
9.根据权利要求6所述的一种机制生物炭生产方法，其特征在于，所述混合水池中提取液密度1.0～1.1g/cm3。
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