CN107867678A - 一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统 - Google Patents

一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，包括：清洗池，用于对原料进行清洗处理；真空式一体化炭化炉，用于制备原料炭；输送装置，倾斜设置于所述清洗池和真空式一体化炭化炉之间，用于将经过清洗处理的原料输送至所述真空式一体化炭化炉；炭活化炉，通过输送管道与所述真空式一体化炭化炉连接，用于制备活性炭；石墨化炉，通过输送管道与所述真空式一体化炭化炉连接，用于制备石墨；石墨烯制备装置，通过输送管道与所述石墨化炉连接，用于制备石墨烯。本发明是一种综合应用的碳基新材料生产系统，能够制备出原料炭、活性炭、石墨和石墨烯，对生物质的加工程度高，加工种类多，加工效率高，生产利润高。

Description

一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统
技术领域
本发明涉及生物质加工系统领域，特别是一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统。
背景技术
生物质(biomass)是指利用太阳能经光合作用合成的任何有机物，包括农林牧副渔生产中产生的秸秆和生物质副产品及加工剩余物，还包括城市生活污水处理厂的污泥、养殖业禽畜粪便、餐厨垃圾等废弃物。这些废弃生物质的主要成分为碳水化合物，主要元素组成为C、H、O、N、P、K等生命元素以及少量的S、Ca、Si、Fe等微量元素，是一种可再生的资源。据不完全估算，全球年产生此类生物质废弃物达数十亿吨，多采用焚烧或填埋处置，利用率很低；仅中国的秸秆生物质，年产生量达8亿多吨，利用率不到50％，很大一部分在田间被直接焚烧，不仅浪费资源，又严重污染环境。
现有的生物质加工系统一般为生物质炭化系统、生物质活化系统以及生物质炭化、活化系统，采用热裂解将生物质转化为主要含固定态的生物质炭。然而现有的生物质加工系统具有以下缺点：
⑴对生物质的加工程度低，加工种类少，造成生产利润低；
⑵破碎后的原料直接炭化，由于干燥后的原料较为蓬松，体积较大，造成炭化效率低；
⑶对炭化和活化过程中产生的含尘炉气一般采用初级过滤，这样收集得到的气体为混合的可燃气体，纯度低，只能送到燃烧炉或发电炉中作为热源，利用方式过于单一。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种加工程度高，加工种类多，生产利润高的基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，包括：
清洗池，用于对原料进行清洗处理；
真空式一体化炭化炉，用于制备原料炭；
输送装置，倾斜设置于所述清洗池和真空式一体化炭化炉之间，用于将经过清洗处理的原料输送至所述真空式一体化炭化炉；
炭活化炉，通过输送管道与所述真空式一体化炭化炉连接，用于制备活性炭；
石墨化炉，通过输送管道与所述真空式一体化炭化炉连接，用于制备石墨；
石墨烯制备装置，通过输送管道与所述石墨化炉连接，用于制备石墨烯；
抽真空装置，通过抽真空管道分别与所述真空式一体化炭化炉、炭活化炉和石墨化炉连接。
作为本发明的进一步改进：所述真空式一体化炭化炉从上至下依次包括干燥段、破碎段、挤压段、一次炭化段和真空保温段，用于依次对经过清洗处理的原料进行干燥、破碎、挤压、一次炭化和真空保温处理。
作为本发明的进一步改进：所述干燥段内设置有多个加热元件和用于将经过干燥处理的原料运输至破碎段的扳式翻转装置；所述扳式翻转装置包括机座、料斗、旋转臂和旋转臂驱动装置；所述旋转臂驱动装置安装在所述机座上；所述旋转臂驱动装置与所述旋转臂连接；所述旋转臂与所述料斗连接。
作为本发明的进一步改进：所述破碎段内设置有破碎装置；所述破碎装置包括多个破碎滚轴和用于驱动破碎滚轴转动的滚轴驱动装置；所述破碎滚轴包括辊轴以及多个依次间隔连接于辊轴上的破碎齿圈。
作为本发明的进一步改进：所述挤压段内设置有压饼机，用于对经过破碎处理的原料进行挤压处理。
作为本发明的进一步改进：所述挤压段和一次炭化段之间设置有隔热门。
作为本发明的进一步改进：所述一次炭化段和真空保温段内均设置有加热装置；所述一次炭化段和真空保温段均连通有用于连接所述抽真空管道的抽真空口。
作为本发明的进一步改进：所述石墨烯制备装置为石墨烯膨化炉或石墨烯真空气氛管式炉或超声仪。
作为本发明的进一步改进：还包括排气净化系统；所述排气净化系统包括与所述真空式一体化炭化炉和炭活化炉相连通的排气通道、设置在排气通道上的多个分子筛过滤器以及与排气通道相连通的气体存储箱。
作为本发明的进一步改进：所述输送装置包括输送平台、架设在输送平台一侧的主动轮、架设在输送平台另一侧的从动轮、设于主动轮和从动轮之间的输送皮带以及用于驱动主动轮转动的主动轮驱动装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
⑴本发明是一种综合应用的碳基新材料生产系统，包括真空式一体化炭化炉、炭活化炉、石墨化炉、石墨烯制备装置等，能够制备出原料炭、活性炭、石墨和石墨烯。对生物质的加工程度高，加工种类多，加工效率高，生产利润高；
⑵真空式一体化炭化炉内设置有压饼机，对经过破碎处理的原料进行挤压处理，减少原料的体积，提升炭化效率；
⑶本发明包括排气净化系统，用于对真空式一体化炭化炉和炭活化炉中产生的含尘炉气进行多级过滤与分类回收，避免资源浪费及污染的同时，还可获得不同纯度的可燃气体，满足各类工业生产的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的真空式一体化炭化炉的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：
如图1和图2所示，一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，包括：清洗池1，用于对原料进行清洗处理；真空式一体化炭化炉2，用于制备原料炭；输送装置3，倾斜设置于所述清洗池1和真空式一体化炭化炉2之间，用于将经过清洗处理的原料输送至所述真空式一体化炭化炉2；炭活化炉4，通过输送管道8与所述真空式一体化炭化炉2连接，用于制备活性炭；石墨化炉5，通过输送管道8与所述真空式一体化炭化炉2连接，用于制备石墨；石墨烯制备装置6，通过输送管道8与所述石墨化炉5连接，用于制备石墨烯；抽真空装置7，通过抽真空管道71分别与所述真空式一体化炭化炉2、炭活化炉4和石墨化炉5连接，用于对真空式一体化炭化炉2、炭活化炉4和石墨化炉5进行抽真空处理。
所述真空式一体化炭化炉2从上至下依次包括干燥段21、破碎段22、挤压段23、一次炭化段24和真空保温段25，用于依次对经过清洗处理的原料进行干燥、破碎、挤压、一次炭化和真空保温处理，最后制备出原料炭。
所述干燥段21内设置有多个加热元件211和用于将经过干燥处理的原料运输至破碎段22的扳式翻转装置；所述扳式翻转装置包括机座2121、多个料斗2122、多个旋转臂2123和多个旋转臂驱动装置；所述旋转臂驱动装置安装在所述机座2121上；所述旋转臂驱动装置与所述旋转臂2123连接；所述旋转臂2123与所述料斗2122连接。旋转臂驱动装置驱动旋转臂2123转动，旋转臂2123带动料斗2122翻转，使料斗2122内的原料掉落至破碎段22内。
所述破碎段22内设置有破碎装置；所述破碎装置包括多个破碎滚轴2211和用于驱动破碎滚轴转动的滚轴驱动装置；所述破碎滚轴2211包括辊轴以及多个依次间隔连接于辊轴上的破碎齿圈。破碎齿圈的这种布置方式能够分散辊轴所受的力，使辊轴受力更加均匀，不仅可增大破碎能力，且利于破碎装置运行平稳，并降低能耗。
所述挤压段23内设置有压饼机231，用于对经过破碎处理的原料进行挤压处理，挤压成品的厚度在0.5-5cm，减少原料的体积，提升炭化效率。
所述挤压段23和一次炭化段24之间设置有隔热门26，避免一次炭化段24内的热量流失。
所述一次炭化段24和真空保温段25内均设置有加热装置241；所述一次炭化段24和真空保温段25均连通有用于连接所述抽真空管道9的抽真空口；所述抽真空管道71上设置有流量控制阀72，控制气体的流量。
所述石墨烯制备装置6为石墨烯膨化炉或石墨烯真空气氛管式炉或超声仪。所述抽真空装置7为抽真空机。
还包括排气净化系统，用于对真空式一体化炭化炉2和炭活化炉4中产生的含尘炉气进行多级过滤净化与分类回收。所述排气净化系统包括与所述真空式一体化炭化炉2和炭活化炉4相连通的排气通道91、设置在排气通道91上的多个分子筛过滤器92以及与排气通道91相连通的气体存储箱93。所述排气通道91包括第一排气支路、第二排气支路以及第三排气支路，所述多个分子筛过滤器92包括第一分子筛过滤器、第二分子筛过滤器以及第三分子筛过滤器，所述气体存储箱93包括1室、2室和3室，所述第一排气支路的一端连通真空式一体化炭化炉2和炭活化炉4，所述第一排气支路的另一端连通所述第二排气支路的一端和气体存储箱的1室，所述第二排气支路的另一端连通所述第三排气支路的一端和气体存储箱的2室，所述第三排气支路的另一端连通所述气体存储箱的3室。炭化与活化过程中产生的含尘炉气通过排气通道91，通过多个分子筛过滤器92分别过滤，得到不同纯度的可燃气体，存储在气体存储箱93内。
所述输送装置3包括输送平台、架设在输送平台一侧的主动轮、架设在输送平台另一侧的从动轮、设于主动轮和从动轮之间的输送皮带以及用于驱动主动轮转动的主动轮驱动装置。
本发明的工作原理：本发明是一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，能够制备出原料炭、活性炭、石墨和石墨烯。使用本发明时，原料在清洗池1内经过清洗处理，去除杂质，经输送装置3输送至真空式一体化炭化炉2内，对原料依次进行干燥、破碎、挤压、一次炭化和真空保温处理，制备出原料炭；一部分的原料炭通过输送管道8输送至炭活化炉4，对原料炭进行进行活化处理，制备出活性炭；一部分的原料炭通过输送管道8输送至石墨化炉5，对原料炭进行石墨化工艺处理，制备出石墨；石墨通过输送管道8输送至石墨烯制备装置6，对石墨进行石墨烯工艺处理，制备出石墨烯。抽真空装置7用于对真空式一体化炭化炉2、炭活化炉4和石墨化炉5进行抽真空处理，排尽里面的氧气，充满氮气，使氮气一直保持流动。排气净化系统用于对真空式一体化炭化炉2和炭活化炉4中产生的可燃气体进行多级过滤与分类回收。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：包括：
清洗池，用于对原料进行清洗处理；
真空式一体化炭化炉，用于制备原料炭；
输送装置，倾斜设置于所述清洗池和真空式一体化炭化炉之间，用于将经过清洗处理的原料输送至所述真空式一体化炭化炉；
炭活化炉，通过输送管道与所述真空式一体化炭化炉连接，用于制备活性炭；
石墨化炉，通过输送管道与所述真空式一体化炭化炉连接，用于制备石墨；
石墨烯制备装置，通过输送管道与所述石墨化炉连接，用于制备石墨烯；
抽真空装置，通过抽真空管道分别与所述真空式一体化炭化炉、炭活化炉和石墨化炉连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述真空式一体化炭化炉从上至下依次包括干燥段、破碎段、挤压段、一次炭化段和真空保温段，用于依次对经过清洗处理的原料进行干燥、破碎、挤压、一次炭化和真空保温处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述干燥段内设置有多个加热元件和用于将经过干燥处理的原料运输至破碎段的扳式翻转装置；所述扳式翻转装置包括机座、料斗、旋转臂和旋转臂驱动装置；所述旋转臂驱动装置安装在所述机座上；所述旋转臂驱动装置与所述旋转臂连接；所述旋转臂与所述料斗连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述破碎段内设置有破碎装置；所述破碎装置包括多个破碎滚轴和用于驱动破碎滚轴转动的滚轴驱动装置；所述破碎滚轴包括辊轴以及多个依次间隔连接于辊轴上的破碎齿圈。
5.根据权利要求2所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述挤压段内设置有压饼机，用于对经过破碎处理的原料进行挤压处理。
6.根据权利要求2所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述挤压段和一次炭化段之间设置有隔热门。
7.根据权利要求2所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述一次炭化段和真空保温段内均设置有加热装置；所述一次炭化段和真空保温段均连通有用于连接所述抽真空管道的抽真空口。
8.根据权利要求1所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述石墨烯制备装置为石墨烯膨化炉或石墨烯真空气氛管式炉或超声仪。
9.根据权利要求1所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：还包括排气净化系统；所述排气净化系统包括与所述真空式一体化炭化炉和炭活化炉相连通的排气通道、设置在排气通道上的多个分子筛过滤器以及与排气通道相连通的气体存储箱。
10.根据权利要求1所述的一种基于生物质的高效率碳基新材料综合应用生产系统，其特征在于：所述输送装置包括输送平台、架设在输送平台一侧的主动轮、架设在输送平台另一侧的从动轮、设于主动轮和从动轮之间的输送皮带以及用于驱动主动轮转动的主动轮驱动装置。
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