CN108059967A - 一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法 - Google Patents

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杨选民
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Abstract

本发明涉及一种电加热式生物质单管炭化‑冷却耦合装置。一种电加热式生物质单管炭化‑冷却耦合装置，其结构主要包括原料炭化区、热量隔离区、热炭冷却区和冷炭存储区，所述原料炭化区顶部设有密封盖板，且与下方炭化管道相连，所述炭化管道上部设有烟气输出管，四周由电加热箱体包裹；所述热炭冷却区内部设有冷却管，所述冷却管外部与冷却区壳体之间装有冷却循环水；所述冷炭存储区上部设有变径管道、下部设有冷炭储存罐，所述变径管道和冷炭储存罐均与冷炭存储区阀门相连。通过原料炭化区对生物质原料进行高温炭化，冷却区对炭化产生的高温热炭进行冷凝，存储区对冷却生物炭进行收集，形成了生物质炭化和热炭冷却同时进行的高效作业装置。

Description

一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法
技术领域
本发明涉及一种生物质炭化装置，具体涉及一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法，它属于农林废弃物资源化利用及生物质高温热裂解技术领域。
技术背景
生物质炭化是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子裂解生成生物炭、可冷凝液体和可燃气体的过程。生物炭广泛应用于冶金、化工、国防、农业及环境保护等方面；可冷凝液体包括木醋液和木焦油，木醋液是一种天然的植物生长调节剂，具有促进植物生长、杀菌、防虫、防腐、脱臭、改良土壤环境等多种功效；木焦油是生产防水、防腐的优质化工原料，国内主要用于橡胶生产中的抗氧剂和阻聚剂；可燃气体主要包括CO、H2和CH4等组分，单立方的热值可以达到5000千卡，作为一种清洁能源，可以为农村地区进行集中供气。
在生产中应用最为广泛的生物质炭化方法多为外热式加热，即物料与热源分开，对反应釜外壁进行加热，通过釜壁与物料以及物料内部间的热传导，实现生物质受热分解。但由于生物质热传导效率低，导致反应时间长，热解能耗升高，且靠近反应釜中心的物料不能有效受热常有夹生现象，产品质量不易保证。另外，刚生成的生物炭由于具有较高温度，无法直接卸除收集，生产中常采用自然冷却方法，因此需要极长的冷却滞留时间，整体冷却效果很差，严重影响生产效率。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置，通过原料炭化区对生物质原料进行高温炭化，冷却区对炭化产生的高温热炭进行冷凝，存储区对冷却生物炭进行收集，形成了一种生物质炭化和热炭冷却同时进行的高效作业装置，具有简单高效的特点。
本发明的技术原理：
一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置，结构主要包括原料炭化区、热量隔离区、热炭冷却区和冷炭存储区。打开密封盖板，生物质原料由送料装置输送到原料炭化区炭化管道内部，送料完成后安装好密封盖板，启动电源电加热箱体对生物质原料进行加热，当原料炭化区温度到达220 ℃时原料开始炭化，炭化过程产生的烟气物质通过烟气输出管道排出装置。当原料炭化区温度探头检测到温度达到550 ℃时，关闭电源停止加热，保温1小时。在原料炭化区对生物质原料进行炭化的过程中，热炭冷却区同时对上一批原料炭化产生的高温热炭进行冷凝循环水冷却降温，当原料炭化区完成生物质原料炭化的同时，冷却区也完成了上一批高温热炭的冷却，打开冷炭存储区阀门，上一批次的冷却炭在重力作用下通过变径管道进入冷炭储存罐中进行收集，当前批次原料炭化后产生的高温热炭在重力作用下进入热炭冷却区，下一批原料进入原料炭化区，重启电源电加热箱体对原料进行加热，热炭冷却区对高温热炭进行冷凝降温，如此循环。
本发明的技术方案：
一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置包括原料炭化区、热量隔离区、热炭冷却区和冷炭存储区，所述原料炭化区顶部设有密封盖板，且与下方炭化管道相连，所述炭化管道上部设有烟气输出管，四周由电加热箱体包裹。
所述的热量隔离区由低导热性材料浇筑而成，内部中空且内径与炭化管道内径一直；所述热炭冷却区内部设有冷却管，所述冷却管外部与冷却区壳体之间装有冷却循环水。
所述冷炭存储区上部设有变径管道、下部设有冷炭储存罐，所述变径管道和冷炭储存罐均与冷炭存储区阀门相连。
所述的密封盖板和炭化管道之间，冷炭存储区各部件之间均采用快装接头进行安装连接，所述的原料炭化区和热炭冷却区中的管道均设有温度探头。
作为优选，所述的原料炭化区总长度为1米，电加热主体长度为0.8米，所述热炭冷却区长度为0.5米，装置总长度约为2.2米。
作为优选，所述炭化管道采用厚度为5毫米310s耐高温不锈钢，所述除炭化管道之外的其他的金属壳体均采用3毫米304不锈钢。
本发明所具有的有益效果：
本发明通过对生物质原料炭化以及原料炭化后产生的高温热炭冷却进行耦合，大大缩短了降温时间；原料炭化过程与热炭冷却过程同时进行，极大地提高了作业效率，且装置操作简单，只需要进行加料和启动电源按钮即可开始工作，极大地节约了人力和物力。
附图说明
附图1、图2 分别是本发明的一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法的结构示意图和剖视图。
图中：1.密封盖板，2. 炭化管道，3. 原料炭化区温度探头，4.电加热箱体，5.热量隔离区内管，6. 热炭冷却区温度探头，7. 生物炭，8. 热炭冷却区下进水口，9. 热炭冷却区内管，10.变径管道，11. 冷炭存储区阀门，12.冷炭储存罐，13.烟气输出管，14. 热炭冷却区上出水口，15.生物质原料，16.隔热浇筑材料，17. 冷凝水。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
实施例一
一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置包括原料炭化区、热量隔离区、热炭冷却区和冷炭存储区，所述原料炭化区顶部设有密封盖板1，且与下方炭化管道2相连，所述炭化管道1上部设有烟气输出管13，四周由电加热箱体4包裹。
所述的热量隔离区由低导热性材料浇筑16而成，内部中空且内径与炭化管道2内径一直；所述热炭冷却区内部设有冷却管，所述冷却管外部与冷却区壳体之间装有冷却循环水17。
所述冷炭存储区上部设有变径管道10、下部设有冷炭储存罐12，所述变径管道10和冷炭储存罐12均与冷炭存储区阀门11相连。
所述的密封盖板1和炭化管道2之间，冷炭存储区各部件之间均采用快装接头进行安装连接，所述的原料炭化区和热炭冷却区中的管道均设有温度探头。
作为优选，所述的原料炭化区总长度为1米，电加热主体长度为0.8米，所述热炭冷却区长度为0.5米，装置总长度约为2.2米。
作为优选，所述炭化管道2采用厚度为5毫米310s耐高温不锈钢，所述除炭化管道之外的其他的金属壳体均采用3毫米304不锈钢。
实施例二
本发明结构主要包括原料炭化区、热量隔离区、热炭冷却区和冷炭存储区。打开密封盖板1，生物质原料15由送料装置输送到原料炭化区炭化管道2内部，送料完成后安装好密封盖板1，启动电源电加热箱体4对生物质原料15进行加热，当原料炭化区温度到达220 ℃时原料15开始炭化，炭化过程产生的烟气物质通过烟气输出管道13排出装置。当原料炭化区温度探头3检测到温度达到550 ℃时，关闭电源停止加热，保温1小时。在原料炭化区对生物质原料15进行炭化的过程中，热炭冷却区同时对上一批原料炭化产生的高温热炭进行冷凝循环水17冷却降温，当原料炭化区完成生物质原料15炭化的同时，冷却区也完成了上一批高温热炭的冷却，打开冷炭存储区阀门11，上一批次产生的冷却炭在重力作用下通过变径管道10进入冷炭储存罐12中进行收集，当前批次原料炭化后产生的高温热炭在重力作用下进入热炭冷却区，下一批原料进入原料炭化区，重启电源电加热箱体4对原料进行加热，热炭冷却区对高温热炭进行冷凝降温，如此循环。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法，其特征在于：所述装置结构主要包括原料炭化区、热量隔离区、热炭冷却区和冷炭存储区，所述原料炭化区顶部设有密封盖板，且与下方炭化管道相连，所述炭化管道上部设有烟气输出管，四周由电加热箱体包裹。
2.根据权利要求1所述的一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法，其特征在于：所述的热量隔离区由低导热性材料浇筑而成；所述热炭冷却区内部设有冷却管，所述冷却管外部与冷却区壳体之间装有冷却循环水。
3.根据权利要求1所述的一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法，其特征在于：所述冷炭存储区上部设有变径管道、下部设有冷炭储存罐，所述变径管道和冷炭储存罐均与冷炭存储区阀门相连。
4.根据权利要求1所述的一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法，其特征在于：所述的密封盖板和炭化管道之间，冷炭存储区各部件之间均采用快装接头进行安装连接。
5.根据权利要求1所述的一种电加热式生物质单管炭化-冷却耦合装置及方法，其特征在于：所述的原料炭化区和热炭冷却区中的管道均设有温度探头；所述的原料炭化区总长度为1米，电加热主体长度为0.8米；所述热炭冷却区长度为0.5米，装置总长度约为2.2米。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112760110A (zh) * 2019-11-02 2021-05-07 西北农林科技大学 一种电加热式竖向生物质炭气液油联产干馏装置及方法

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