专利名称：一种控温干馏炭化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种生物质干馏炭化装置，尤其是指一种稻壳的干馏炭化装置，主要用于稻壳在经过前置处理后的干馏炭化工艺中。
背景技术：
二氧化硅富含在许多自然资源中，几乎没有以高纯无定形形态存在。在自然资源的无机物中所发现的二氧化硅是典型的晶体形态，并且含有无机杂质，这种晶质状的二氧化硅的作用并不大。相反地，生物质中所含的二氧化硅是无定形结构形态，这种非晶质状的二氧化硅的作用可就大了，特别是在制作特种陶瓷刀片等尖端科技中，都用到高纯非晶质状的二氧化硅。但现有生物质中所含的二氧化硅都含包括各种碳氢化合物等有机杂质和微量无机杂质，所以必须进行提纯处理。众所周知，稻壳具有相当高含量的无机物成分，接近干稻壳的20wt％，其中94wt％是二氧化硅，其余6wt％包括K2O，CaO，MgO，MnO，Al2O3，P2O5，含量依次递减，它们因改变从稻壳中提取的二氧化硅的性能而称为杂质。现在人们一直在探讨如何从稻壳中提出高纯的非晶质状的二氧化硅。实质上稻壳和其它生物质一样，主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成分以及一些可溶性极性或弱极性溶剂的提取物组成的。从生物质热裂解反应机理分析，生物质的三种主要组成物常常被假设独立地进行热分解，半纤维素主要在225～350℃分解，纤维素主要在325～375℃分解，木质素在250～500℃分解。纤维素和半纤维素主要产生挥发性物质，而木质素主要分解成炭。
生物质的热裂解过程分为三个阶段(1)脱水 生物质物料中的水分子受热后首先蒸发汽化；(2)挥发物质的分解析出 物料在缺氧条件下受热分解，随着温度升高，物料中的各种物质相应析出。物料虽然达到着火点，但由于缺氧而不燃烧，不能出现气相火焰；(3)炭化 随着深层挥发物质向外层的扩散，最终形成生物质炭。
因此，生物质中的有机物去除最可靠的方法即是热裂解(包括干馏、炭化和燃烧)。
用稻壳为原料制备高纯活性炭、高纯二氧化硅及硅基陶瓷材料与有机硅化合物，已有许多专利文献记裁，但介绍稻壳干馏、炭化装置的不多，大多稻壳炭化是用常规的焚烧装置直接进行炭化。EGAMI KO JP 11-050060(CARBONIZATION APPARATUS FOR RICE HULL23.02.1999)描述了一种稻壳炭化装置，在燃烧室中有燃烧器和许多加热管，加热管之间有一定的空隙并穿过加热室的顶板与底板。稻壳通过燃烧室和燃烧器顶板上的漏斗加入，燃烧室用燃烧器加热到高温。当加热管从外部加热时，加热管中的稻壳被加热和炭化，当加热管底部的节气阀打开时，炭化稻壳掉入贮料室。加热管中产生的未燃气体通过烟道管送入加热室，烟道管上必须装有冷凝器，以便收集黑液。但该文并没有提到原料的酸洗和炭化温度的控制。NAGASAKI HIROMI JP 2001-335782(CARBONIZATION APPARATUS04.12.2001)描述了一种稻壳炭化装置，能完全燃烧烟尘的炭化装置由以下工艺组成反应釜装满待处理的物料，当点燃反应釜底部的待处理的物料时，鼓风管顶部的风管打开，鼓风机鼓风，鼓风管间歇地提升到反应釜顶部，把风送到反应釜的整个炉膛从而炭化稻壳，黑液收集箱和烟尘燃烧炉用于处理炭化过程产生的烟尘。碳化釜内部装备了点火热源，通风导管可在反应室上下移动，该发明是在连续炭化谷壳或木材屑过程中短时鼓风的炭化装置，并在装置后面连续地收集烟道气中含有焦油和醋的黑液以及热处理含燃烧气的烟道气。但该文也没有提到原料的酸洗和炭化温度的控制。WADA ICHIROJP09-255964(PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING HIGHLY ACTIVE RICE HULL ASH30.09.1997)描述了高活性稻壳灰的生产方法，点燃燃烧室内稻壳堆的顶层，导烟和炭化稻壳按从顶部至底部方向，出炭化的灰从底部到顶部，在稻壳底层鼓入含燃烧废气和空气的混合燃气。没有提到原料的酸洗和炭化温度的控制。VINOGRADOVVV；etc.RU2163708描述了稻壳生产二氧化硅的装置，它包括加热室、炉门、燃烧罐、顶盖、轴、混合叶片、碾滚、控制杆。轴由电机驱动，稻壳从给料室装入，炉膛温度加热至300-500℃，稻壳燃烧至黑烟排尽为止。燃烧的稻壳含氧化铁不超过0.05％，炭黑5～7％。
以上相关专利技术及研究都说明了一个问题，由稻壳经适当的工艺(主要是热裂解和酸洗)可生产高附加值的活性炭、二氧化硅及硅基陶瓷材料，但都没有对稻壳炭化装置进行系统优化研究，尤其是稻壳炭化的温度控制研究。但稻壳炭化的温度控制对于制取高纯非晶质状的二氧化硅是极为重要的，稻壳中的二氧化硅在高温下(如高于650℃)会与碱金属氧化物起化学反应生成熔融态的硅酸盐，在更高的反应烧结温度(如高于1100℃)，无定形二氧化硅会变成晶态二氧化硅，而失去进一步反应烧结碳化硅、氮化硅陶瓷颗粒与晶须或四氯化硅的反应活性。因此很有必要开发一种具有温度控制的稻壳炭化装置。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有稻壳炭化装置的不足，提供一种具有温度控制，炭化温度均匀，且结构简单的新型稻壳炭化装置。
根据本实用新型的目的，所提出的技术实施方案是采用薄床干馏炭化型装置，包括入料口、燃烧室、炭化室和炭化稻壳贮料室，其入料口在装置上部，而炭化稻壳贮料室在装置的下部，燃烧室和炭化室在装置的中部，炭化室与燃烧室是隔离的，稻壳是在炭化室内隔焰干馏炭化，炭化室为多管式环形加热管组成，环形加热管均匀地采取穿透式方式布置在燃烧室内，环形加热管的外壁均被燃烧室包裹着，在燃烧室内排布有4-12根环形加热管式炭化室，且每管环形加热管式炭化室均为环形状，环形加热管式炭化室的环形管内壁为多孔状柱状体内壁，环形管内壁顶部为封闭的锥状，底部设有加热管控风装置，在环形加热管式炭化室下底部为开放口，稻壳可以从顶部的入料口经过环形加热管式炭化室落入炭化稻壳贮料室。在燃烧室的上部设有燃烧气排气管，燃烧室下部设有燃烧喷嘴。此外，在入料口与燃烧室之间连有排除炭化室稻壳炭化烟气的排烟装置，排烟装置是从入料口接出，再接入冷凝器，再由冷凝器接入燃烧室的。在冷凝器下部，还设有黑液回收装置。同时在环形加热管式炭化室上设有温度控制装置，温度控制装置包括温度传感器及其传输设备，温度控制由安装在环形加热管式炭化室上的温度传感器采集环形加热管式炭化室温度，送到装置外，由常规的温度控制器进行控制的，温度传感器可以是测温热电偶的，稻壳的炭化温度控制范围在400-500℃。
采用本实用新型具有稻壳炭化温度均匀、完全，而且在温度控制装置的控制下，温度稳定在一定的范围，稻壳炭化程度一致。因此，稻壳在炭化时不会丧失活性，有利于形成非晶质状的二氧化硅。
附图及说明
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；图2为本实用新型一个实施例的加热管式炭化室分布图；图3为本实用新型另一个实施例的加热管式炭化室分布图。
图中1、入料口 2、燃烧室3、燃烧尾气排气管4、温度控制装置5、炭化室6、燃烧喷嘴7、炭化稻壳贮料室 8、环形管内壁9、加热管控风装置10、排烟装置 11、冷凝器 12、黑液回收装置13、冷凝黑液排液阀具体实施方式
附图给出了本实用新型一个实施例，下面将结合附图对本实用新型作进一步的描述。
从附图中可以看出，本实用新型为薄床干馏炭化型装置，包括入料口1、燃烧室2、炭化室5和炭化稻壳贮料室7，其入料口1在装置上部，在入料口1上面设有稻壳贮料辐射热干燥仓14，而炭化稻壳贮料室7在装置的下部，燃烧室2和炭化室5在装置的中部，炭化室5与燃烧室2是隔离的，稻壳是在炭化室5内隔焰干馏炭化的，炭化室5为多管式环形加热管组成，在燃烧室2内排布有4-12列环形加热管式炭化室5，环形加热管式炭化室5在燃烧室2内均匀地采取穿透式方式布置在燃烧室内布置，可以呈方形等分布置，也可以呈井字型布置，分布原则是每个受热管的热力场相似，且每管环形加热管式炭化室5均为环形状，环形加热管式炭化室5的外壁均被燃烧室包裹着，环形加热管式炭化室的环形管内壁8为多孔状柱状体内壁，环形管内壁8顶部为封闭的锥状，底部设有加热管控风装置9，加热管控风装置9为底风门形式。在环形加热管式炭化室5下底部为开放口，稻壳可以从顶部的入料口经过环形加热管式炭化室落入炭化稻壳贮料室。在燃烧室2的上部设有燃烧气排气管3，燃烧室2下部还设有燃烧喷嘴6。此外在入料口1与燃烧室2之间连有排除炭化室5稻壳炭化烟气的排烟装置10，排烟装置10是人入料口1接出，再接入冷凝器11，再由冷凝器11接入燃烧室2的，在冷凝器11下部，还没有黑液回收装置12，黑液回收装置12的底部设有冷凝黑液排液阀13。同时在环形加热管式炭化室5上设有温度控制装置4。温度控制装置4包括温度传感器及其传输设备，温度控制由安装在环形加热管式炭化室5上的温度传感器采集环形加热管式炭化室温度，送到装置外，由常规的温度控制器进行控制的，温度传感器可以是测温热电偶的，稻壳的炭化温度控制范围在400-500℃。
权利要求1.一种控温干馏炭化装置，为薄床干馏炭化型装置，包括入料口(1)、燃烧室(2)、炭化室(5)和炭化稻壳贮料室(7)，其特征在于入料口(1)在装置上部，而炭化稻壳贮料室在装置的下部，燃烧室(2)和炭化室(5)在装置的中部，炭化室(5)与燃烧室(2)是隔离的，稻壳是在炭化室(5)内隔焰干馏炭化的，炭化室(5)为多管式环形加热管组成，在燃烧室(2)内排布有4-12列环形加热管式炭化室(5)，环形加热管式炭化室(5)在燃烧室(2)内均匀地采取穿透式方式布置在燃烧室内布置，分布原则是每个受热管的热力场相似，且每管环形加热管式炭化室(5)均为环形状，环形加热管式炭化室(5)的外壁均被燃烧室包裹着，环形加热管式炭化室的环形管内壁(8)为多孔状柱状体内壁，环形管内壁(8)顶部为封闭的锥状，底部设有加热管控风装置(9)，在环形加热管式炭化室(5)下底部为开放口，稻壳可以从顶部的入料口经过环形加热管式炭化室落入炭化稻壳贮料室，在燃烧室(2)的上部设有燃烧气排气管(3)，燃烧室(2)下部还设有燃烧喷嘴(6)，此外在入料口(1)与燃烧室(2)之间连有排除炭化室(5)稻壳炭化烟气的排烟装置(12)，同时在炭化室(2)上设有温度控制装置(4)。
2.如权利要求1所述的控温干馏炭化装置，其特征在于环形加热管式炭化室(5)在燃烧室(2)内呈方形等分布置。
3.如权利要求1所述的控温干馏炭化装置，其特征在于环形加热管式炭化室(5)在燃烧室(2)内呈井字型布置。
4.如权利要求1所述的控温干馏化装置，其特征在于所述的排烟装置(12)是人入料口(1)接出，再接入冷凝器(11)，再由冷凝器(11)接入燃烧室(2)的，在冷凝器(11)下部，还设有黑液回收装置(13)。
5.如权利要求1所述的控温干馏炭化装置，其特征在于燃烧室(2)的上部没有燃烧气排气管(3)，燃烧室(2)下部没有燃烧喷嘴(6)。
6.如权利要求1所述的控温干馏炭化装置，其特征在于所述的加热管控风装置(9)为底风门形式。
7.如权利要求1所述的控温干馏炭化装置，其特征在于所述的温度控制装置(4)包括温度传感器及其传输设备，温度控制由安装在环形加热管式炭化室(5)上的温度传感器采集环形加热管式炭化室温度，送到装置外，由常规的温度控制器进行控制的。
8.如权利要求1所述的控温干馏炭化装置，其特征在于所述的温度传感器测温热电偶的。
9.如权利要求1所述的控温干馏炭化装置，其特征在于所述的稻壳的炭化温度控制范围在400-500℃。
专利摘要一种薄床干馏炭化型控温干馏炭化装置，包括入料口、燃烧室、炭化室和炭化稻壳贮料室，入料口、炭化稻壳贮料室、燃烧室和炭化室分设于装置上、下、中部，炭化与燃烧室隔离，炭化室为多管式环形加热管组成，燃烧室内布有4－12列环形加热管式炭化室，炭化室在燃烧室内为均匀穿透方式布置，分布原则是每个受热管热力场相似，每管环形加热管式炭化室均为环形状，炭化室外壁被燃烧室包裹，炭化室的环形管内壁为多孔状柱状体内壁，顶部为封闭锥状，底部设加热管控风装置，炭化室下底部为开放口，燃烧室上部设燃烧气排气管，下部设燃烧喷嘴，入料口与燃烧室间连有排烟装置，炭化室上设温控装置。本实用新型具有温度控制、炭化温度均匀、结构简单等特点。
文档编号C10B53/00GK2804095SQ200520050959
公开日2006年8月9日 申请日期2005年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者刘建文 申请人:株洲工学院科技开发部