垂直移动床稻壳碳化炉及其碳化稻壳方法技术

垂直移动床稻壳碳化炉及其碳化稻壳方法。垂直移动床稻壳碳化炉，包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，所述颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换，所述燃气系统为将燃气导出、且将部分燃气循环至操作气系统的工作部，所述控制系统为精确控制操作气温度和残氧浓度的工作部。本发明专利技术在生产规模上实现了稻壳的控温连续碳化，产品为活性碳化稻壳、轻质木焦油和可燃气体，无废水排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及稻壳碳化
，具体涉及一种垂直移动床稻壳碳化炉，还涉及利用所述垂直移动床稻壳碳化炉实现稻壳碳化的方法。
技术介绍
目前，稻壳是稻谷的附属器官，产自大米加工厂，是一种资源丰富、收集成本低廉的生物质。全球稻壳年产量大约为I. 26亿吨，其中亚洲占90%约I. 14亿吨。中国的稻壳年产量约0. 36亿吨，占全球稻壳资源总量的29%。稻壳的利用途径主要有三种，一是作为廉价材料直接使用，二是以稻壳为原料制取生物基产品，三是进行能源利用。后两种方式可以得到更高的附加值。通常，源自植物的木质纤维素类生物质，其有机质主要组分皆为木质素、半纤维素和纤维素，差异性不大。从能源利用的角度来看，木质纤维素类生物质之间的差异性主要在于无机组分的差异性，即灰分的差异性。一般而言，木兰纲植物(木本植物)的灰分含量相对较低并且灰分中钙的含量较高，而百合纲植物(草本植物)的灰分含量相对较高并且灰分中硅的含量较高。稻壳是一种非常特殊的生物质首先，稻壳的干燥基灰分含量为15%以上，远远高于其它种类的生物质，稻壳的灰分是木材的10 30倍，是常见草本植物的3 5倍；其次,稻壳灰分中，二氧化娃的含量占65%以上,远高于其它草本植物,稻壳是含硅量最高的生物质。稻壳中的硅主要以无定形态二氧化硅的形式存在。高灰富硅的特征，使得稻壳在能源利用过程中有一些特殊困难，比如稻壳直接作为燃料使用时，固定碳难以燃尽，燃烧效率低，产生的大量灰渣成为固体废弃物难以处理等。稻壳利用途径中，利用有机质制取生物基广品时，稻壳劣于其它生物质，但是考虑到稻壳灰分的特殊性，利用其高灰富硅的特征，以稻壳为原料生产无机生物基产品，则具有明显的优势。如上所述，稻壳的最佳利用路径为有机组分进行能源利用，而无机组分用于生产硅碳产品。最容易实现的技术路径为通过对稻壳进行加热，使得有机组分(木质纤维素)热解，产生的气相组分作为燃料使用，剩余的固体残余物是二氧化硅和木炭的混合物，该混合物即称为碳化稻壳。碳化稻壳可以进一步用于生产各种硅碳材料。为了充分发掘稻壳基硅碳产品的附加值，则必须保留稻壳中的木炭和二氧化硅的无定性结构，以保持硅碳产品的活性。已经证实的结论是稻壳中的二氧化硅从高活性的无定形态结构转变为石英态结构，对应的转变温度约为680°C。也就是说，稻壳热解的温度如果超过680°C，就会严重影响碳化稻壳的使用价值。所以，在低于680°C的条件下生产出来的碳化稻壳，是高附加值的活性碳化稻壳，而在高温条件下生产出来的碳化稻壳(比如通过燃烧、气化等技术路径)，则属于附加值很低的普通碳化稻壳。在实验室中，人们已经利用活性碳化稻壳制备出了很多高附加值的产品，比如活性二氧化硅、活性炭(目前人类制取的最高品质的活性炭是利用活性碳化稻壳脱灰制成 的)、高端碳化硅制品(包括碳化硅晶须)等。另外，活性碳化稻壳本身就是一种优质的硅碳产品，其优异的表面活性和吸附能力，使得活性碳化稻壳有广泛的工业应用。为了生产出活性碳化稻壳，人们已经尝试过许多技术路径，其中不乏失败的案例。t匕如，利用稻壳气化炉(固定床、流化床、气流床等)，在缺氧的条件下使得稻壳部分燃烧以得到碳化稻壳，但最后得到的是失去活性的产品。再比如，在气化炉中设置水冷管，以求控制床层温度，但由于难以精确控温，也难以产出合格的产品。目前可以稳定地得到活性碳化稻壳的生产设施有两类一种是沿用传统的炭窑，在400°C左右将稻壳碳化，这种方式的窑内传热过程极其缓慢，需要500小时左右的碳化时间，所以产能很低，单位生产成本高昂，碳化过程产生的可燃气体难以进行能源利用；另外一种是对稻壳进行间接加热，稻壳在金属管内的封闭空间内被间接加热而发生热解碳化，管外利用温度低于680°C的烟气作为热源，碳化时间可以减少到5小时(即300分钟)以内，热解产生的可燃气体也可以进行能源利用，但由于成本太高和产能太低，几乎没有工业应用价值。 生产活性碳化稻壳的技术现状是可以大规模工业化生产的装置，无法保证碳化稻壳的活性；而能够保证碳化稻壳活性的装置，又因为产能太低或成本太高，而无法实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供，其针对大规模工业化生产碳化稻壳提出了一种新的思路设计一种垂直移动床稻壳碳化炉，并利用可以精确控制温度和残氧量的操作气，以及由重力驱动的稻壳连续流动，使得稻壳与操作气直接接触并发生逆流换热，稻壳与操作气之间的换热过程和换热效率都得到极大的强化，从而实现稻壳的控温连续碳化，稻壳碳化时间被压缩到30分钟左右，实现了活性碳化稻壳的工业化生产，从而解决上述
技术介绍
中的问题。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现 垂直移动床稻壳碳化炉，包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，所述颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换，所述燃气系统为将燃气导出、且将部分燃气循环至操作气系统的工作部，所述控制系统为精确控制操作气温度和残氧浓度的工作部。本专利技术的思路实际上是将碳化炉转变为一个操作气与稻壳颗粒之间的直接式换热器，颗粒流动模式为垂直移动床。垂直移动床是一种常见的颗粒床，比如石灰石立窑就是一种典型的垂直移动床，但将垂直移动床用于稻壳的热解，会产生大量新的技术障碍，本专利技术的目标即为解决这些技术障碍。为了解决技术障碍，本专利技术的专利技术人做了大量的创造性工作。所述颗粒系统包括自上而下依序设置的上位料仓、上炉体、炉体和炉底，所述上位料仓的底部设置有延伸至所述上炉体内部的喉口，所述炉体内部设置有布气器，所述布气器的下方设置有内冷器，所述炉底的下部利用下锁气器连接外冷器。所述燃气系统包括冷凝器、燃气风机和副燃气风机，所述燃气风机和副燃气风机利用管道连接所述上炉体的排气口，所述冷凝器设置于所述管道上。所述操作气系统包括设置有主燃烧器和点火燃烧器的燃烧室，所述主燃烧器连接送风机和所述副燃气风机，所述燃烧室的出口设置有烟箱，所述烟箱的上游位置设置有喷水减温器；所述燃烧室还设置有点火燃烧器，所述点火燃烧器连接液化气罐。所述控制系统包括 设置于所述上位料仓上 且控制所述上位料仓内稻壳的料位的稻壳料位传感器、 设置于所述燃烧室出口且控制送风机转速的残氧浓度传感器、 设置于所述燃烧室出口的燃烧室出口温度传感器、 设置于所述烟箱上且控制所述喷水减温器的操作气温度传感器、 设置于所述上炉体排气口且控制所述副燃气风机的炉膛出口温度传感器、 设置于所述上炉体炉顶内腔且控制所述燃气风机转速的炉膛出口压力传感器、 设置于所述下锁气器出口的排料温度传感器、 设置于所述喉口的喉口稻壳温度传感器， 所述排料温度传感器和所述喉口稻壳温度传感器采集的信号作为报警信号使用。所述上位料仓顶部设置有上锁气器。 所述炉体设置有振打器。所述上位料仓设置有喷淋水泵。所述的上炉体和炉体构成了碳化炉本体，两者之间由法兰联接，它们都是由碳钢制成的带有水冷夹套的壳体，内衬耐火浇注料，稻壳充填在碳化炉本体的内腔(即炉膛)内并在重力的作用下向下流动；上炉体是锥体，锥角为120° 150°，锥体壁面的上部设置有防爆门和排气口，排气口上设置有炉膛出口温度传感器，炉顶内腔设置有炉膛出口压力传感器；喉口焊接在上炉体的顶盖上。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，所述颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换，所述燃气系统为将燃气导出、且将部分燃气循环至操作气系统的工作部，所述控制系统为精确控制操作气温度和残氧浓度的工作部。2.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述颗粒系统包括自上而下依序设置的上位料仓、上炉体、炉体和炉底，所述上位料仓的底部设置有延伸至所述上炉体内部的喉口，所述炉体内部设置有布气器，所述布气器的下方设置有内冷器，所述炉底的下部利用下锁气器连接外冷器。3.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述燃气系统包括冷凝器、燃气风机和副燃气风机，所述燃气风机和副燃气风机利用管道连接所述上炉体的排气口，所述冷凝器设置于所述管道上。4.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述操作气系统包括设置有主燃烧器和点火燃烧器的燃烧室，所述主燃烧器连接送风机和所述副燃气风机，所述燃烧室的出口设置有烟箱，所述烟箱的上游位置设置有喷水减温器；所述燃烧室还设置有点火燃烧器，所述点火燃烧器连接液化气罐。5.根据权利要求I所述的垂直移动床稻壳碳化炉，其特征在于所述控制系统包括 设置于所述上位料仓上且控制所述上位料仓内稻壳的料位的稻壳料位传感器、 设置于所述燃烧室出口且控制送风机转速的残氧浓度传感器、 设置于所述燃烧室出口的燃烧室出口温度传感器、 设置于所述烟箱上且控制所述喷水减温器的操作气温度传感器、 设置于所述上炉体排气口且控制所述副燃气风机的炉膛出口温度传感器、 设置于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘心志，张厚雷，刘鹏飞，朱曙光，熊荣辉，汤华林，邓存芳，沈建锋，
申请(专利权)人：安徽明太生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：