一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备及其应用制造技术

本发明专利技术属于可再生资源技术领域，公开了一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备及其应用。该设备包括设备壳体1、异形绞龙2、沿着设备壳体1的轴向依次布设的干燥预热区3、主反应区4、改性区5和稳定区6，通过分段式设计，避免了生物油、热解气对改性生物炭产量及品质的影响。此外，本发明专利技术在改性区前端设立进料口，可以添加多种类型改性剂，实现连续化生产高吸附性能改性生物炭。本发明专利技术还采用蒸汽爆破作为生物质炭化的预处理，可以有效改善生物质的热解特性，提高生物炭的比表面积和微孔体积，提高生物炭的吸附性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备及其应用


[0001]本专利技术属于可再生资源
，具体涉及一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备及其应用。

技术介绍

[0002]生物炭是生物质材料在缺氧或绝氧环境中，经高温(<700℃)热裂解后生成的固态产物，是一种来源广泛，经济易得的吸附剂。生物质热解炭化是一个复杂的热化学反应过程，该技术制备生物炭过程会伴随生物油和热解气等副产物。影响炭化过程的主要因素包括热解温度、升温速率及控温时间、载气类型、物料特性等。反应过程主要包含三个阶段：第一个阶段为干燥阶段，低于200℃，主要为游离、吸附和结晶态水受热蒸发造成生物质宏观失水，纤维素、木质素等大分子出现初步缩合；第二个阶段为挥发分析出阶段，主要为生物质内部的纤维素、半纤维素和木质素等发生热分解反应而释放出生物油和热解气的挥发物；第三个阶段为炭化阶段，主要是热解后半焦形成石墨态和无定形态碳的混合产物。
[0003]当前，利用农林废弃物生产生物炭是解决生物炭原料来源、拓展可再生资源利用途径的重要课题。农林废弃物炭化所得生物炭具有微孔结构丰富、比表面积大、吸附效果好、稳定性强等优异的理化性质，在土壤改良、污染治理、固碳减排和能源电极等方面具有广阔的应用前景。但是，原始生物炭在污染物吸附过程中仍然存在吸附容量有限、吸附选择性不强等问题，通过优化生物炭的结构与性质、表面的化学组成，来提高其吸附容量和吸附选择性是实现生物炭高效应用的关键问题。
[0004]然而，目前改性生物炭的制备主要局限于试验室热管式、马弗炉和固定床式热解设备，均属于间歇式生物炭炭化设备，存在能耗高、炭化时间长、不能连续化生产、效率低、难以工业化推广等问题。中国专利技术专利CN110252242A公开了一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭，将生物炭与铁盐胶体混合后，在管式炉氮气保护条件下煅烧，获得改性生物炭。具体表现为只能整炉一次性排出生物质炭，造成炭化炉反复加热与冷却，浪费能源；而且需要很长的升、降温时间，生产效率较低。而目前工业生产中主要有两种类型的连续式生物质热解炭化设备，分别为重力竖流式连续热解炭化装置和螺旋式连续热解炭化设备。中国专利技术专利CN103614151A公开了一种卧式连续生物炭炭化设备，通过螺旋输送的方式可以实现生物炭的连续生产。但连续热解炭化装置，主要靠温度控制来生产不同类型的原生生物炭，产品功能单一，无法实现改性生物炭的生产。
[0005]因此，有必要建立一种可以连续化生产的、适用于改性生物炭制备的热解设备及其应用方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的第一个目的是针对现有技术中改性生物炭制备设备的不足，提供一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备，为多段式连续热解设备，包括设备壳体1、异形绞龙2、沿着设备壳体1的轴向依次布设的干燥预热区3、主反应区4、改性区5和稳定区6，其中，所述干燥预热区3、主反应区4、改性区5和稳定区6分别通过阻温隔板7相间隔，所述异形绞龙2沿着设备壳体1轴向连续延伸并依次穿过布设于反应壳体1中的干燥预热区3、主反应区4、改性区5和稳定区6，所述干燥预热区3进料端设置有进料口8，所述改性区5进料端设置有改性剂进料口9，所述稳定区6出料端设置有出料口23。
[0009]在改性生物炭技术与连续化生产技术结合时，生物炭第二阶段裂解过程伴随生物油等副产物的产生。而生物油粘度高，在连续式炭化炉较窄的通道内容易堵塞反应装置，也会导致生物炭无法与改性剂充分接触，阻碍改性产品率。
[0010]本专利技术采用分段式连续热解炉，通过阻温隔板7将主反应区4和改性区5分开，通过在主反应区4设置裂解气体排放口15可将生物炭裂解反应过程中产生的生物油和裂解气体排出，便于初级炭化处理后的生物炭与后续改性区5中改性剂充分混合，避免了生物油、热解气对改性生物炭产量及品质的影响。同时，本专利技术还通过在改性区5进料端设置改性剂进料口9，用于添加不同类型的改性剂，实现生物炭的改性制备。
[0011]优选的，所述设备还包括分别独立布设于干燥预热区3、主反应区4、改性区5和稳定区6的温控组件10。
[0012]所述温控组件10用于在工作状态下分别调节各反应区温度。
[0013]优选的，所述干燥预热区3的出料端设置有水蒸气排放口11，所述水蒸气排放口11设置有气体单向阀12；所述主反应区4的出料端设置有裂解气体排放口15，所述裂解气体排放口15设置有气体单向阀16；所述稳定区6的出料端设置有残余气体排出口17，所述残余气体排出口17设置有气体单向阀18。进一步优选的，所述干燥预热区3的进料端通过传送带13连接蒸汽爆破预处理系统14。
[0014]蒸汽爆破预处理系统，采用加热蒸汽的密闭装置进行加热，达到目标压力，保压一定时间后，通过利用蒸汽弹射原理完成瞬时弹射式汽爆机对生物质原料进行爆破。由于在毫秒级的瞬间内完成爆破，使水蒸汽进行了绝热膨胀做功，将蒸汽内能转化为机械能并作用于生物质组织细胞层间，提高了爆破能量密度，使物料得到充分分解，使得蒸汽保压时间由十几分钟缩短到几十秒，也无需化学药品添加，不仅节约了蒸汽能耗，而且提高了设备的生产能力。
[0015]优选的，所述干燥预热区3采用U型绞龙19，所述U型绞龙19螺旋外径为30.0≤D≤80.0mm，螺旋轴径为15.2
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60.0mm，螺距S为30.0
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100.0mm，干燥区域长度500
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1000mm；所述主反应区4采用U型绞龙20，所述U型绞龙20的螺旋外径为45.0≤D≤120.0mm，螺旋轴径为15.2
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60.0mm，螺距S为30.0
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150.0mm，主反应区长度800
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1500mm；所述改性区5采用圆柱形绞龙21，所述圆柱形绞龙21的螺旋外径为45.0≤D≤120.0mm，螺旋轴径为15.2
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60.0mm，螺距S为30.0
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150.0mm，改性区长度500
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1000mm；所述稳定区6采用圆形绞龙22，所述圆形绞龙22螺旋外径为30.0≤D≤80.0mm，螺旋轴径为15.2
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60.0mm，螺距S为30.0
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100.0mm，稳定区长度500
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1000mm。
[0016]本专利技术的第二个目的在于提供一种上述连续化多段绞龙式改性生物炭成套设备
的应用，包括如下步骤：
[0017]步骤1、开启设备，设定绞龙转速，并分别设定干燥预热区3、主反应区4、改性区5和稳定区6的温度；
[0018]步骤2、反应开始，通过进料口8送入反应原料，打开水蒸气排放口11的气体单向阀12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备，其特征在于，所述设备为多段绞龙式连续热解设备，包括设备壳体(1)、异形绞龙(2)、沿着设备壳体(1)的轴向依次布设的干燥预热区(3)、主反应区(4)、改性区(5)和稳定区(6)，其中，所述干燥预热区(3)、主反应区(4)、改性区(5)和稳定区(6)分别通过阻温隔板(7)相间隔，所述异形绞龙(2)沿着设备壳体(1)轴向连续延伸并依次穿过布设于反应壳体(1)中的干燥预热区(3)、主反应区(4)、改性区(5)和稳定区(6)，所述干燥预热区(3)进料端设置有进料口(8)，所述改性区(5)进料端设置有改性剂进料口(9)，所述稳定区(6)出料端设置有出料口(23)。2.根据权利要求1所述的一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备，其特征在于，还包括分别独立布设于干燥预热区(3)、主反应区(4)、改性区(5)和稳定区(6)的温控组件(10)。3.根据权利要求1所述的一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备，其特征在于，所述干燥预热区(3)的出料端设置有水蒸气排放口(11)，所述水蒸气排放口(11)设置有气体单向阀(12)；所述主反应区(4)的出料端设置有裂解气体排放口(15)，所述裂解气体排放口(15)设置有气体单向阀(16)；所述稳定区(6)的出料端设置有残余气体排出口(17)，所述残余气体排出口(17)设置有气体单向阀(18)。4.根据权利要求3所述的一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备，其特征在于，所述干燥预热区(3)的进料端通过传送带(13)连接蒸汽爆破预处理系统(14)。5.根据权利要求1所述的一种耦合原材料爆破和矿物搭载的多段搅龙式连续化改性生物炭生产设备，其特征在于，所述干燥预热区(3)采用U型绞龙(19)，所述U型绞龙(19)螺旋外径为30.0≤D≤80.0mm，螺旋轴径为15.2
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60.0mm，螺距S为30.0
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100.0mm，干燥区域长度500
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1000mm；所述主反应区(4)采用U型绞龙(20)，所述U型绞龙(20)的螺旋外径为45.0≤D≤120.0mm，螺旋轴径为15.2
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60.0mm，螺距S为30.0
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150.0mm，主反应区长度800
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1500mm；所述改性区(5)采用圆柱形绞龙(21)，所述圆柱形绞龙(21)的螺旋外径为45.0≤D≤120.0mm，螺旋轴径为15.2
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60.0mm，螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘之广，于小晶，张民，王圣森，赵晨浩，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：