CN108300569A - 一种炭化联产植物精油设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种炭化联产植物精油设备，包括炭化炉1、烟气分离装置2、液化可凝气分离装置3、可燃气贮存设备4、植物精油提纯设备5和木醋液提纯设备6。该炭化联产植物精油设备可以充分利用林木废弃物，在生产高品质炭的同时一次性的提纯高品质的植物精油、木醋液和木焦油，另外，在确保生产安全的情况下，合理充分地利用了炭化炉中生产的可燃气体。本设备用于制备的植物精油为植物残体的干馏油经祛臭除焦提纯得到的产品。本发明炭化联产设备可应用于提取杉木精油、柏木精油、竹精油等。因此，本发明提供的炭化联产设备具有广阔的推广前景。

Description

一种炭化联产植物精油设备
技术领域
本发明涉及能源技术领域，具体涉及以植物废弃物为原料生产木炭、植物精油、木醋液、木焦油和可燃气体的炭化联产设备。本发明炭化联产设备可应用于杉木精油、柏木精油、竹精油等。
背景技术
我国幅员辽阔，有着丰富的森林资源。虽然我国总量森林总量占优，但我国森林覆盖率和人均森林蓄积量，与世界平均水平有很大的差距。随着木材采伐、营造林、木材加工等生产的进行，每年产生大量的林木废弃物，目前，这些废弃物转化利用率仅占10％左右，目前这些林木废弃物没被很好的利用，或留在山林中任由腐烂，或用作燃烧等低附加值的利用，仅仅是对锯木屑资源的粗加工利用，造成了资源的严重浪费。
当今世界经济迅速发展，各国都把环保节能和资源利用放在首位。现在的木炭行业多采用林木废弃物，这在一定程度上减少了资源的浪费，使其废弃物得到一定程度的资源化利用，但这些是远远不够的。木炭生产过程中产生的烟气也具有较高的应用价值。其烟气经过冷凝可得到焦油、木醋液、干馏油和可燃气。在现代木炭工艺中，对焦油、木醋液和可燃气的回收利用有了较高的意识，但是对干馏油的利用还不够充分。干馏油中含有植物所特有的植物精油，其作用因林木种类不同而异。
杉木精油是一种重要天然植物香料，属于芳香油，是一种浅黄色至黄色清澈油状液体，具有柏木特征香气。杉木油的主要成分为柏木醇、α-柏木烯和β-柏木烯，经精制单离，在深加工可以得到一系列香料产品，用于调配化妆、香皂用香精。
柏木精油的主要化学成分柏木烯、倍半萜烯、柏木醇。广泛用于日用香精，也常用于合成甲基柏木酮、甲基柏木醚、乙酸柏木酯等香料。
竹子主要产于我国南方大部分省区，由于竹子含有竹油，而竹油是一种良好的天然香料，其香气具有典型的绿叶特征，接近瓜、果、茶的香型，并且具有很高的药用价值，在香料、医药、食品等方面有较大用途。
如果对林木废弃物进行精加工处理—先用林木废弃物生产木炭，同时对干馏油进行精加工处理制备植物精油。企业不仅能大幅度提高经济效益，而且在对木屑蒸馏的过程中通过对烟气回收，同时得到木醋液、木焦油和可燃气等产品，在一定程度上减少了CO和一些酸性气体的排放量，给企业带来一个安全、清洁的生产环境，减少了环境污染。现有技术中没有此种炭化联产设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：1.目前林木废弃物没被很好的利用，或留在山林中任由腐烂，或用作燃烧等低附加值的利用，仅仅是对锯木屑资源的粗加工利用，造成了资源的严重浪费。2.针对现有木炭工艺中对烟气的利用不充分而造成的资源浪费。该发明提供一种新的炭化联产设备，且其可高效环保地从可燃植物中炼制高质量炭，同时能高质高量地生产出植物精油、木醋液和木焦油，另外还将炭化过程中产生的可燃气作为热源给制炭设备供热以充分利用生产过程中生成的可燃气体。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种炭化联产植物精油设备，包括：
炭化炉，包括外壳、设置于所述外壳内部用于密封容纳林木废弃物原料的炉胆、设置于所述外壳与所述炉胆之间的加热系统；
烟气分离装置，包括与所述炉胆管道连接实现第一次气液分离的减压分离器、与所述减压分离器管道连接实现第二次气液分离的冷却分离器；
液化可凝气分离装置，包括与所述烟气分离装置管道连接用于容纳并静置分层所得液化可凝气的液体分层罐；
植物精油提纯设备，与所述液化可凝气分离装置管道连接，包括依次相连的第一蒸馏罐、第一冷凝设备、碱化反应釜和自由基加成反应釜。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，所述炭化炉还包括与所述炉胆密闭盖合的炉帽，所述炉帽上设置有烟气出口并与所述烟气分离装置通过管路连接；所述加热系统包括设置于所述炉胆侧壁中的热电偶、设置于所述炉胆底面外侧的喷火嘴。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，所述冷却分离器包括与所述减压分离器管道连接的冷却器、与所述冷却器连接的气液分离器；所述烟气分离装置还包括与所述减压分离器管道连接的第一储液罐、与气液分离器管道连接的第二储液罐。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，所述液体分层罐上设置与罐内分层液体分别对应的第一排油阀、第二排油阀、第三排油阀。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，还包括：
可燃气贮存设备，包括与所述烟气分离装置管道连接用于贮存可燃气体的贮气罐；所述贮气罐的侧壁上设置有止逆阀、底部设置有排污阀。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，所述止逆阀通过管路与所述加热系统连接。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，所述第一冷凝设备内部设置第一循环水冷却管。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，所述第一蒸馏罐通过管理与所述贮气罐连接。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，还包括：
木醋液提纯设备，与所述液化可凝气分离装置管道连接，包括依次相连的第二蒸馏罐和第二冷凝设备，所述第二冷凝设备内部设置第二循环水冷却管。
在本发明提供的炭化联产植物精油设备中，所述第二蒸馏罐通过管理与所述贮气罐连接。
实施本发明提供的炭化联产设备，可以达到以下有益效果：
1)所述烟气分离装置与所述炭化炉管道连接，用于从所述混合烟气中获取干馏油、木醋液和木焦油并输出可燃气，所述可燃气含有CO2、CO、CH4、H2，经烟气分离装置得到的可凝烟气由干馏油、木醋液和木焦油组成，可用于静置分层分别得到上层(干馏油)、中层(木醋液)和下层(木焦油)。
2)所述液化可凝气分离装置，与所述分离设备管道连接，用于从中分理出干馏油、木醋液和木焦油。
3)所述可燃气贮存设备，与所述烟气分离装置管道连接，用于贮存所述可燃气体，同时，所述可燃气贮存设备还与所述炭化炉和蒸馏罐管道连接，用于将所述可燃气体送入所述炭化炉、蒸馏罐中，由此所述可燃气体可直接用于加热所述设备。
3)所述植物精油油提纯设备，与所述液化可凝气分离装置上部管道连接，主要包括蒸馏罐、冷却设备和两个反应釜，用于从中提取纯度较高的植物精油。
4)所述木醋液提纯设备，与所述液化可凝气分离装置中部管道连接，主要包括蒸馏罐和冷却设备，用于从中提取纯度较高的木醋液。
综上，所述炭化联产设备可以充分利用林木废弃物，在生产高品质炭的同时一次性的提纯高品质的植物精油、木醋液和木焦油，另外，在确保生产安全的情况下，合理充分地利用了炭化炉中生产的可燃气体。因此，本发明提供的炭化联产设备具有广阔的推广前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明炭化联产植物精油设备较佳实施例的结构图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1为本发明炭化联产植物精油设备较佳实施例的结构图，如图1所示，所述炭化联产植物精油设备的作用在于以林木废弃物为原料炼制炭、木醋液、木焦油和可燃气体等产品。所述炭化联产设备主要包括炭化炉1、烟气分离装置2、液化可凝气分离装置3、可燃气贮存设备4、植物精油提纯设备5和木醋液提纯设备6。具体的，
烟气分离装置2，与所述炭化炉1管道连接，用于从所述混合烟气中获取可凝气体干馏油、木醋液和焦油，并输出不可凝气体(CO2、CO、CH4、H2)作为可燃气体；
液化可凝气分离装置3，与所述烟气分离装置2管道连接，用于静置分离干馏油、木醋液和木焦油。并输出干馏油、木醋液和木焦油用以提纯深加工。
可燃气贮存设备4，与所述烟气分离装置2管道连接，用于贮存所述可燃气体，同时，所述可燃气贮存设备4还与所述炭化炉1、蒸馏罐管道连接，用于将所述可燃气体送入所述设备中予以加热。
植物精油提纯设备5，与所述液化可凝气分离装置3管道连接，包括蒸馏罐、冷却设备和两个反应釜，用于从干馏油中提取纯度较高的植物精油。
木醋液提纯设备6，与所述液化可凝气分离装置3管道连接，包括蒸馏罐用于从中提取高纯度的木醋液。
其中，炭化炉1通过管道与烟气分离装置2连接，液化可凝气分离装置3通过管道与烟气分离装置2连接，可燃气贮存设备4与烟气分离装置2连接，同时可燃气贮存设备4还与炭化炉1及蒸馏罐51、61管道连接。林木废弃物在炭化炉1中炭化分解后得到炭和混合烟气，混合烟气依次地流经烟气分离装置2、液化可凝气分离装置3和可燃气存储设备4，混合烟气流经烟气分离装置2后得可凝气体液化的组分和不可凝气，可凝气流入液化可凝气分离装置3，静置分层得到干馏油、木醋液和木焦油，干馏油经过提纯设备5得到植物精油，木醋液经过提纯设备得到精制木醋液，不可凝气体沿管道流入可燃气贮存设备4，然后可燃气体沿着管道流入炭化炉1中，点燃后给炭化炉1、蒸馏罐51和61供热。
一台炭化联产设备的体积20m3，而实际使用体积仅为15m3。实际生产中，炭化联产设备其每次每炉可处理的原料(水分含量低于12％的原料)达到5.5吨，每5.5吨原料可产出高品质炭2.1吨、植物精油0.3吨、纯净木醋液2.3吨、纯净木焦油0.15吨、可燃气体1350m3。上述指标均达到了LY-217-80《木炭》和GB/T17664-1999《木炭试验方法》中规定的标准。由此看来，炭化联产设备确实可以高效、高产、环保地从可燃植物中炼制炭、植物精油、木醋液、木焦油和可燃气体。
如图1所示，炭化炉1包括筒状外壳11，容置于外壳11内的炉胆14，林木废弃物原料密封容纳于炉胆14内。林木废弃物原料在炭化炉1中受热炭化分解后，加热系统用于给炉胆14提供热解所需高温。优选的，加热系统包括设置于炉胆14侧壁中的热电偶17以及设置于炉胆14底面外侧的喷火嘴18。
密闭盖合的在炉胆14上的炉帽13，设于炭化炉1下部的炉口15，设置于炉胆14内的热电偶17，设置与炉胆14和外壳11之间的喷火嘴18，以及设置在外壳11底部外侧的炉基16；炉胆14侧壁与外壳11侧壁之间有空隙以形成保温区12。炉帽13上设置有烟气出口131，并通过烟气出口131与烟气分离装置2通过管路连接。电热偶在炉胆14内直接给林木废弃物原料加热，由于其为电加热的方式，不会在炉胆14内产生额外的废弃物。另外，炉胆14底部与外壳11底部之间有一定的间隙形成燃烧室，因此喷火嘴18可以设置在炉胆14与外壳11之间，可燃气贮存设备4通过管道与炭化炉1下部的喷火嘴18连接，因此可燃气体可流入燃烧室，燃烧给炉胆14加热，燃烧过程中产生的废气也不会进入到炉胆14内，这种外部加热的方式有效的防止燃烧所需的氧气和燃烧所产生的废气残留在炉胆14内，有利于得到纯净的产物，防止提纯后所得可燃气体中夹带氧气，到来安全隐患。
实际生产中，林木废弃物原料在炭化炉1内的炭化过程分可为四个阶段：1)炉内烘干阶段，保持炉内温度达到90℃，维持1小时后完成烘干阶段，才能使炉温持续不断升高；2)初始厌氧炭化阶段，炉内温度升高到200℃，炉胆14内的原料发生热解，产生二氧化碳、一氧化碳和木醋液等物质；3)为全面炭化即干馏炭化阶段，当炉内温度升到350℃时，原料中炉内急剧分解，同时产生大量木醋液、木焦油、可燃气体，通常需要5-6小时全部分解完；4)炼炭阶段，在炉内完全分解后，在炼炭2小时，炉内继续加温，使炉内温度达550℃2个小时，炭化工作完成。
烟气分离装置2的主要作用是从混合烟气中获取可凝气体使其液化并输出不可凝气，其中，不可凝气含有CO2、CO、CH4、H2。如图1所示，烟气分离装置2包括减压分离器21和冷却分离器20。减压分离器21，具有与炭化炉1管道连接的减压分离器21以及与减压分离器21管道连接的第一储液罐22；冷却分离器20，具有与减压分离器21管道连接的冷却器23，与冷却器23连接的气液分离器24，以及与气液分离器24管道连接的第二储液罐25。减压分离器的上部连接于炭化炉1的上部，减压分离器21的顶部连接于冷却器23的顶部，减压分离器21的底部连接于第一储液罐22的顶部。冷却器23的底部直接连接于气液分离器24的顶部，气液分离器24的底部连接于第二储液罐25的顶部。第一储液罐22的下部管道连接于第二储液罐25的下部，第一储液罐22的下部设有第一排液阀221，第二储液罐25下部设有第二排液阀251。221和251排液阀均通过管道与可凝烟气分离装置3连接。第一储液罐22和第二储液罐25均包括呈长方体状的壳体。
实际生产中，混合烟气首先流入减压分离器21，由于减压分离器21中压力的变化，混合烟气中的干馏油、木醋液和木焦油由气态转变成液态继而流入第一储液罐22，未被汽化的部分沿管道经过冷却分离器20进一步液化，经过气液分离器24，气体沿管道进入可燃气贮存设备4，液体流入第二储液罐25。第一储液罐22和第二储液罐25包括呈长方体状的壳体。冷却设备中所用技术均为循环水冷却法。
液化可凝气分离装置3的主要作用是混合烟气中获取的干馏油、木醋液和木焦油，利用各组分的比重差对其混合物进行分离提纯。如图1所示，液化可凝气分离装置3包括液体分层罐和三个排液阀，三个排液阀从上至下分别为第一排油阀31、第二排油阀32、第三排油阀33，三个排液阀可上下调动。液化可凝气分离装置3为塑料材质桶状，第一排放阀31用以排放干馏油，与植物精油提纯设备5中的蒸馏罐51上部相连；第二排放阀32用以排放木醋液，与木醋液提纯设备6的61蒸馏罐相连；第三排放阀33用以排放木焦油。实际生产中，可凝气液化后首先流入储液罐22和25中，再泵入液体分层罐30中用于静置分层，利用各组分的比重差分为三层干馏油(上层)、木醋液(中层)和木焦油(下层)，其三种组分的体积比例大概为15:75:10。此比例不是绝对的，因此设计三个可以上下调动的排液阀，三种组分可根据相应的可上下调动排液阀输出，用于进一步提纯。
可燃气贮存设备4用于贮存可燃气体。如图1所示，包括用于贮存可燃气体的贮气罐40，贮气罐40通过管道与炭化炉1下部的喷火嘴18、蒸馏罐51下部的喷火嘴58、蒸馏罐61下部的喷火嘴68连接，因此可燃气体可流入燃烧室，燃烧给炉胆加热，燃烧过程中产生的废气也不会进入到炉胆内，这种外部加热的方式有效的防止燃烧所需的氧气和燃烧所产生的废气残留在炉胆内，有利于得到纯净的产物，防止提纯后所得可燃气体中夹带氧气，到来安全隐患。另外，在连接贮气罐40和加热设备的管道上配置止逆阀41，以防止管道温度过高而发生爆炸。
需要说明的是，本实施例中用于连接各个设备的管道上都设置了相应的阀门，这样有利于实际生产过程中对流程的控制。另外，炭化炉1、蒸馏罐51和61上部还设有排烟口，用来排除燃烧室内产生的废气，而这个排烟口可连接一个烟气净化系统，以防止废气污染。
植物精油提纯设备5主要作用用于干馏油的纯化，如图1所示包括蒸馏罐51、冷却罐52、碱化反应釜53和自由基加成反应釜54及相对应管道。蒸馏罐51通过管道与液化可凝气分离装置3连接。
蒸馏罐51包括筒状外壳，容置于所述外壳内的炉胆，盖设在炉胆上的炉帽，设于所述加热台下部的炉口，设置于所述炉胆内的热电偶，以及设置与所述炉胆和外壳之间的喷火嘴512。冷却设备包括筒状外壳，容置于所述外壳内的内胆，盖设在内胆上的盖子。两个反应釜为敞口式方形壳体，内置搅拌，促使反应充分完成。
实际生产中，干馏油经排液阀31进入蒸馏罐51中，经150-200℃加热干馏油汽化除去杂质木焦油，汽化干馏油输入到冷却罐52中经循环水冷却液化，在通过管道泵入碱化反应釜53中反应祛臭除色，然后再通过管道泵入自由基加成反应釜54中反应，输出得到植物精油。蒸馏罐51底部接有排液阀511和喷火嘴512，排液阀511用以排放杂质木焦油，上部还设有排烟口513，喷火嘴512连接可燃气贮存设备4，用于蒸馏加热。冷却罐52采用循环水冷却法，内部设置第一循环水冷却管，521和522分别为进水口和出水口，523为排液阀。蒸馏罐51和冷却罐52均为内胆式桶状壳体。碱化反应釜53和自由基加成反应釜54为方形壳体，下部均有排液阀531和541。
木醋液提纯设备6主要作用用于提纯木醋液，去除其中含有的部分木焦油。如图1所示，包括蒸馏罐61、冷却罐62及相对应管道。蒸馏罐61通过管道、排液阀32与液化可凝气分离装置3连接。
蒸馏罐61包括筒状外壳，容置于所述外壳内的炉胆，盖设在炉胆上的炉帽，设于所述加热台下部的炉口，设置于所述炉胆内的热电偶，以及设置与所述炉胆和外壳之间的喷火嘴612。冷却设备包括筒状外壳，容置于所述外壳内的内胆，盖设在内胆上的盖子。
实际生产中，木醋液经排液阀32进入蒸馏罐61中，经200-240℃加热干馏油汽化除去杂质木焦油，汽化木醋液油输入到冷却罐62中液化，输出得到精制木醋液。蒸馏罐61底部接有排液阀611和喷火嘴612，排液阀611用以排放杂质木焦油，上部还设有排烟口，排烟口与冷却罐62连通。喷火嘴612连接可燃气贮存设备4，用于蒸馏加热。冷却罐62采用循环水冷却法，内部设置第二循环水冷却管，621和622分别为进水口和出水口，623为排液阀。蒸馏罐61和冷却罐62均为内胆式桶状壳体。
实施本发明提供的炭化联产设备，具有以下有益效果：
1)烟气分离装置2与炭化炉1管道连接，用于从混合烟气中获取干馏油、木醋液和木焦油并输出可燃气。
2)液化可凝气分离装置3，通过相对应的排液阀可获得干馏油、木醋液和木焦油，其中各组分经进一步提纯用于深开发，提高经济附加值。
3)可燃气贮存设备4，与烟气分离装置2管道连接，用于贮存可燃气体，同时，可燃气贮存设备4还与炭化炉1、蒸馏罐51和61管道连接，用于将可燃气体送入设备中，由此可燃气体可直接用于加热。
4)植物精油提纯设备5主要作用用于干馏油的纯化，获得附加值较高的植物精油。
5)木醋液提纯设备6通过蒸馏和冷却获得高纯度的木醋液，可作进一步的产品开发，提高产品附加值。
综上，炭化联产设备可以充分利用林木废弃物，在生产高品质炭的同时一次性的提纯高品质的木醋液和木焦油，另外，在确保生产安全的情况下，合理充分地利用了炭化炉1中生产的可燃气体。因此，本发明提供的炭化联产设备具有广阔的推广前景。本设备用于制备的植物精油为植物残体的干馏油经祛臭除焦提纯得到的产品。本发明炭化联产设备可应用于提取杉木精油、柏木精油、竹精油等。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种炭化联产植物精油设备，其特征在于，包括：
炭化炉(1)，包括外壳(11)、设置于所述外壳(11)内部用于密封容纳林木废弃物原料的炉胆(14)、设置于所述外壳(11)与所述炉胆(14)之间的加热系统；
烟气分离装置(2)，包括与所述炉胆(14)管道连接实现第一次气液分离的减压分离器(21)、与所述减压分离器管道连接实现第二次气液分离的冷却分离器(20)；
液化可凝气分离装置(3)，包括与所述烟气分离装置(2)管道连接用于容纳并静置分层所得液化可凝气的液体分层罐(30)；
植物精油提纯设备(5)，与所述液化可凝气分离装置(3)管道连接，包括依次相连的第一蒸馏罐(51)、第一冷凝设备(52)、碱化反应釜(53)和自由基加成反应釜(54)。
2.根据权利要求1所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，所述炭化炉(1)还包括与所述炉胆(14)密闭盖合的炉帽(13)，所述炉帽(13)上设置有烟气出口(131)并与所述烟气分离装置(2)通过管路连接；所述加热系统包括设置于所述炉胆(14)侧壁中的热电偶(17)、设置于所述炉胆(14)底面外侧的喷火嘴(18)。
3.根据权利要求1所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，所述冷却分离器(20)包括与所述减压分离器(21)管道连接的冷却器(23)、与所述冷却器(23)连接的气液分离器(24)；所述烟气分离装置(2)还包括与所述减压分离器(21)管道连接的第一储液罐(22)、与气液分离器(24)管道连接的第二储液罐(25)。
4.根据权利要求1所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，所述液体分层罐(30)上设置与罐内分层液体分别对应的第一排油阀(31)、第二排油阀(32)、第三排油阀(33)。
5.根据权利要求1所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，还包括：
可燃气贮存设备(4)，包括与所述烟气分离装置(2)管道连接用于贮存可燃气体的贮气罐(40)；所述贮气罐(40)的侧壁上设置有止逆阀(41)、底部设置有排污阀(42)。
6.根据权利要求5所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，所述止逆阀(41)通过管路与所述加热系统连接。
7.根据权利要求1所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，所述第一冷凝设备(52)内部设置第一循环水冷却管。
8.根据权利要求5所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，所述第一蒸馏罐(51)通过管理与所述贮气罐(40)连接。
9.根据权利要求8所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，还包括：
木醋液提纯设备(6)，与所述液化可凝气分离装置(3)管道连接，包括依次相连的第二蒸馏罐(61)和第二冷凝设备(62)，所述第二冷凝设备(62)内部设置第二循环水冷却管。
10.根据权利要求9所述的炭化联产植物精油设备，其特征在于，所述第二蒸馏罐(61)通过管理与所述贮气罐(40)连接。
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