专利名称：一种秸秆制炭装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物质资源的综合利用设备，特别是一种秸秆制炭装置，属于生
物化学、环境科学等技术领域。
背景技术：
目前，开发利用生物质资源和降低大气C02浓度上升速率成为各国科学界和政府关注的热点问题。我国每年生产7亿吨左右秸秆、主要利用方式有秸秆直接还田、农村能源、垫圈和田间焚烧。秸秆直接还田后，80%以上的碳被分解重新回到大气中，秸秆焚烧会产生严重的空气污染，因此寻找合理途径开发利用农业有机资源，实现环境、经济和社会协调发展是迫切需要解决的现实问题。 研究发现在葡萄牙的亚马孙河流域具有黑炭的土壤植物生产力是周围没有黑炭土壤的7倍，并且黑炭在土壤中的分解率很低。科学家们认为把秸秆转变为黑炭运用在土壤中，既可把生物固定的有机碳通过炭化作用把生物有机碳储存于土壤中，又可促进农业生产；但也有很多科学家对此表示怀疑。认为秸秆炭化过程中要消耗能源、产生温室气体、浪费秸秆中作物生长必须的氮、磷等营养元素，不会有助于减缓大气中C02浓度升高速率。针对以上观点，有必要开展秸秆炭化对土壤、环境影响的进一步研究工作，这就需要有将秸秆转化成黑炭的设备。目前现有生物炭化生产设备主要有土窑、干馏式碳化窑和马弗炉。这些制备生物炭设备成炭率只有秸秆含炭量的30%左右，系统不密封，成炭率低，无法用以研究生物炭制备过程中挥发性有机物和焦油成分、浓度和排放量。市场上有售的生物炭生产设备太大，而马弗炉又太小，无法满足试验研究需要。
发明内容本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种秸秆制炭装置，应用于将秸秆等生物质高温无氧裂解成生物炭的设备，同时能收集焦油和挥发性气体，用于生物炭在全球变化、农业生产和环境治理等方面的研究。 本发明的上述目的是这样实现的一种秸秆制炭装置，其特征是设有一个温控高温箱、置于高温箱内的秸秆炭化室、焦油收集器、挥发性气体收集箱以及氮气瓶，高温箱和炭化室的顶部各设有内外位置对应的两个孔，每个孔上设有密封接口 ，氮气瓶输出的氮气经减压阀和氮气传输管道并通过高温箱和炭化室顶部的一对密封接口与炭化室连通，炭化室通过高温箱和炭化室顶部的另一对密封接口及阀门和传输管道与设于焦油收集器顶部的进口连通，设于焦油收集器顶部的出口经阀门和传输管道分别与挥发性气体收集箱进口及真空泵连通，挥发性气体收集箱顶部设有进气口并经阀门和传输管道连通于氮气传输管道，焦油收集器底部设有阀门控制的放油口 ，炭化室侧面设有密封活动窗口并与高温箱侧面设置的活动箱门位置对应。焦油收集器底部最好设置成漏斗型 本实用新型的优点是(l)秸秆成炭率高，达秸秆含碳量的90%以上；(2)可实现多研究目标同时完成，既可完成生物炭制备，又可研究生物炭制备过程中焦油和挥发性气体；(3)设备结构简单，装配简便，易学易用。
图1是本实用新型总体结构示意图；[0008] 图2是本实用新型炭化室结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明 附图1、2标号说明1，高温烘箱；2，炭化室；3，焦油和挥发性气体进气口密封接
口 ；4，氮气输送管；5，减压阀；6，高纯氮气；7，焦油和挥发性气体输送管；8，9，10，13，15，阀门；ll，挥发性气体收集箱；12，焦油收集器；14，真空泵；16，炭化室出气口密封接口 ；17，氮气进气密封接口 ；18，炭化室窗口 ；19，螺栓；20，炭化室窗口封闭法兰；21，挥发性气体出气口接口 ；22，焦油放出口 ；23，挥发性气体样品采集口 ；24，压力表；25，真空表；26，温度计；27，氮气进口密封接口 ；28，挥发性气体进口和真空泵三通接口 ；29，风扇；30，单向阀门。[0011] 参看图1 2，本实用新型由高温箱l(可用高温烘箱改造而成，在顶部开两个出口 ， 一个用做连接高纯氮气和炭化室通道，另一个用做连接炭化室排气管通道)，炭化室2，焦油收集器12和挥发性气体收集箱11等主要部件组成。炭化室2通过接口 17，连接管4、减压阀5与高纯氮气6相连；通过接口 16，单向阀30、连接管7与焦油收集器12相连；焦油收集器12通过装有阀门8，9的连接管与挥发性气体收集箱11相接(阀门8、9起双保险作用，防止其中一个阀门漏气)；挥发性气体收集箱11还通过装有阀门15的连接管与真空泵14相接。 炭化室2由3mm厚不锈钢板制成，四周密闭。顶板上装有密封接口 ，分别与接口 16和17相接。炭化室2朝向烘箱门一侧面板上开有一直径为15cm孔18，用以进料和卸料。孔18用法兰20、石棉垫和螺栓19相连，用于密封窗孔18。炭化室2与焦油收集器12连通管道上装有单向通气阀30，只能让气体从炭化室流入焦油收集器，根据秸秆裂解成生物炭时的无氧要求，炭化室密封无氧是关键。 焦油收集器12由lcm厚透明有机玻璃板加工而成，进气接口 3，出气接口 21分别与管道7和装有阀门8，9的管道相连，接气口 3经管道7连接炭化室，接口 21经管道相连挥发性气体收件箱。焦油收集器底部加工成漏斗形，底部安装一个阀门13，经焦油放出口22放出焦油。 挥发性气体收集箱11由lcm厚有机玻璃加工而成，顶板上装有气体采集口 23(硅胶塞)，用注射器采集，采集后装入真空瓶内和溶解在二氯乙烷中，分别用气相色谱和气-质联用质谱仪进行分析。压力表24，真空表25，温度计26，氮气进气口 27 ;侧面装有挥发性气体进气口28。在挥发性气体收集箱一侧的内侧装有风扇29。挥发性气体收集箱通过装有三通的接口 28分别与焦油收集器12和真空泵14相接。压力表24用以测量挥发性气体收集箱11内的压力，真空表25是测量抽真空时挥发性气体收集箱11内的真空度，温度计26是测量挥发性气体收集箱11内温度。[0015] 下面通过实施例阐述本实用新型的工作原理及过程 本实用新型通过抽真空和灌注氮气实现生物质无氧裂解，通过挥发性气体收集箱和焦油收集器可采集裂解气体和焦油样品。设备安装好后，首先检查是否漏气。在不漏气条件下，打开炭化室活动窗口 ，装入经7(TC烘干的小麦秸秆500g后关闭窗口 。抽真空_注氮气(反复3次)。接通烘箱电源，初设温度15(TC，然后按20(TC，25(rC依次升温，在15(rC，20(TC和25(TC各稳定1小时，最后升到30(TC，至出气管再没有烟冒出结束。切断电源，自然冷却到室温，打开烘箱，打开炭化室，取出生物炭，放出焦油。抽真空时，打开阀门30、8、9和15，关闭阀门13和10，等到系统内真空表显示压力为0时，关闭真空泵，打开减压阀5，单向阀30和阀门8、9，到压力表为1个大气压时，关闭减压阀5，重新抽真空，反复3次，关闭阀门15。在炭化过程中，产生的气体体积可能是气体收件箱的数倍，当气体收集箱因气体不断输入而使压力达到1个大气压后，关闭阀门8、9，关闭阀门IO，重新抽挥发性气体收集箱到真空时，打开阀门IO，灌入氮气至挥发性气体收集箱压力为l个大气压，关闭阀门10，再抽至真空(反复3次)。抽真空结束后，关闭阀门15，关闭阀门10。放焦油时，打开阀门13。开始升温至冷却过程中氮气流量为0. 51/min。挥发性气体在炭化过程中多次取样，通过GC-Mass分析测定。
权利要求一种秸秆制炭装置，其特征是设有一个温控高温箱、置于高温箱内的秸秆炭化室、焦油收集器、挥发性气体收集箱以及氮气瓶，高温箱和炭化室的顶部各设有内外位置对应的两个孔，每个孔上设有密封接口，氮气瓶输出的氮气经减压阀和氮气传输管道并通过高温箱和炭化室顶部的一对密封接口与炭化室连通，炭化室通过高温箱和炭化室顶部的另一对密封接口及阀门和传输管道与设于焦油收集器顶部的进口连通，设于焦油收集器顶部的出口经阀门和传输管道分别与挥发性气体收集箱进口及真空泵连通，挥发性气体收集箱顶部设有进气口并经阀门和传输管道连通于氮气传输管道，焦油收集器底部设有阀门控制的放油口，炭化室侧面设有密封活动窗口并与高温箱侧面设置的活动箱门位置对应。
2. 根据权利要求1所述的秸秆制炭装置，其特征是焦油收集器底部设置成漏斗型。
专利摘要一种秸秆制炭装置，设有一个温控高温箱、置于高温箱内的秸秆炭化室、焦油收集器、挥发性气体收集箱以及氮气瓶，氮气经减压阀和管道与炭化室进口连通，炭化室出口与焦油收集器进口连通，焦油收集器出口经阀门和管道分别与挥发性气体收集箱进口及真空泵连通，挥发性气体收集箱顶部设有进气口并经阀门和传输管道连通于氮气传输管道，焦油收集器底部设有阀门控制的放油口，炭化室侧面设有活动窗口并与高温箱侧面设置的活动箱门位置对应。上述装置在高温、无氧条件下对秸秆进行裂解、炭化，成炭率高，达秸秆含碳量的90％以上，同时还可研究生物炭制备过程中焦油和挥发性气体的成分。
文档编号C10B53/02GK201506767SQ20092023219
公开日2010年6月16日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者刘刚, 卑其成, 朱建国, 谢祖彬 申请人:中国科学院南京土壤研究所