一种基于氧化烘焙耦合热解生产生物炭的双回转窑装置

本实用新型属于生物炭制备设备技术领域，尤其涉及一种基于氧化烘焙耦合热解生产生物炭的双回转窑装置。

背景技术：

目前，生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转化和生物化学转化等3种途径。其中热化学转化制备生物炭由于其环境友好和高效率而更具优势。现有的生物炭制备方法是生物质在缺氧的条件下，直接慢速升温至目标热解温度，采用氮气作为保护气可以保证良好的缺氧环境。然而大部分生物质原料存在水分、氧气、碱金属含量高，体积和能量密度低，可磨性差等缺点。这些缺点可能会导致生产出的生物炭质量低且不均匀。据研究，烘焙是一种低温(200～300℃)、常压、缺氧或低氧氛围下的慢速热解，是一种有效的降低原料氧含量、提高原料容重和质量的方法。生物质经过烘焙，其均匀性得到改善，含水率降低，热值和能量密度增大，可磨性提高，疏水性增强，对物料的储运有显著的好处。更重要的是，生物质烘焙后再进行热解可以提高热解转化效率和产品(生物炭)的质量。

现有生物炭制备技术存在的问题及缺陷为：目前，生物质炭化设备大致可分为固定床炭化设备和移动床炭化设备两类。固定床式生物质炭化设备的特点是物料在炉内的空间位置基本保持不变，生产过程中依次经历加料、升温、炭化保温、降温、出料等阶段，属间歇(分批)式生产，相关设备难于实现连续生产。移动床生物质炭化设备因其生产连续性好、生产率较高等优点而更具优势。但是两类炭化设备均采用直接热解，生物炭品质较差。另一方面，由于存在不同原料混合炭化，受不同原料理化性质差异的影响，热解后得到的炭品质将会变差且不均匀。此外，副产品不能全部回收利用，炭化尾气(含焦油)直接排放到大气中，这不但污染了环境，还浪费了能源资源。

综上所述，现有的生物炭生产设备存在炭品质不稳定、炭产出率低、副产品回收利用难等问题；同时现有的生物炭生产设备不具有经济环保、操作简便的性能。

解决以上问题的难度为：

难度1：采取某种方法实现原料理化性质的提升，或是使不同原料之间的理化性质更加均匀，并能确保改善原料理化性质后会使生物炭品质提升。

难度2：采取某种方法实现生产过程中产品品质的实时反馈调控。

难度3：采取某种方法实现在提升产品品质的同时生产成本尽可能低。

难度4：采取某种方法实现焦油的收集。

解决以上问题及缺陷的意义为：

解决现有的生物炭生产设备存在炭品质不稳定、炭产出率低、副产品回收利用难等问题；提出一种经济环保、操作简便的生物炭生产设备，为中国生物炭产业的发展提供技术支持。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于氧化烘焙耦合热解生产生物炭的双回转窑装置。

本实用新型是这样实现的，一种基于氧化烘焙耦合热解生产生物炭的双回转窑装置，所述基于氧化烘焙耦合热解生产生物炭的双回转窑装置设置有第一回转窑；

第一回转窑通过管道与色值监测装置连接，色值监测装置与第一回转窑设置回路管；色值监测装置通过管道与第二回转窑连接，第二回转窑设置有出料口；

第一回转窑通过管道与一级冷凝器连接，一级冷凝器通过管道与二级冷凝器连接；

第二回转窑通过管道与一级冷凝器连接，一级冷凝器通过管道与二级冷凝器连接；

第一回转窑通过管道与第一流量计连接，第一流量计通过管道与氧气供气装置连接。

进一步，所述第一回转窑通过管道与在线监测装置连接，在线监测装置通过管道与锅炉烟气筒连接。

进一步，所述第一回转窑通过管道与第二流量计连接，第二流量计通过管道与氮气供气装置连接；

氮气供气装置通过管道与第三流量计连接，第三流量计通过管道与第二回转窑连接。

进一步，所述一级冷凝器和二级冷凝器设置有焦油出口。

进一步，所述在线监测装置通过电信号与控制台连接，控制台分别通过电信号与第一流量计、第二流量计和第三流量计连接。

结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：

(1)本实用新型采用锅炉烟气为烘焙保护气，通过氧化烘焙耦合热解制备生物炭，既合理利用了锅炉烟气，又提升了生物炭的品质，在提升生物炭品质的同时实现了成本控制。本实用新型通过烘焙耦合热解两段式制备的生物炭，吸附性能较传统直接热解有较大提升。本实用新型实现了资源化利用的优化，经济环保，操作简便，应用广泛。

(2)本实用新型通过设置有色值监测装置，实时监测烘焙产品的色值，基于mlr模型(根据实验室数据构建的品质预测模型)控制物料品质。

(3)本实用新型中氮气供气装置分别与第一回转窑和第二回转窑连接，可以为第一回转窑和第二回转窑中物料的反应提供氮气补偿。氧气供气装置与第一回转窑连接，可以为第一回转窑中物料的反应提供氧气补偿。

(4)本实用新型中一级冷凝器和二级冷凝器设置有焦油出口，实现焦油的排出。

(5)本实用新型中烟气在线监测装置+控制台，可实时监测锅炉烟气成分，并反馈至控制系统自动调节氧气和氮气流量计以实现气体补偿。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于氧化烘焙耦合热解生产生物炭的双回转窑装置结构示意图。

图中：1、控制台；2、在线监测装置；3、第一流量计；4、第一回转窑；5、第二流量计；6、第三流量计；7、色值监测装置；8、第二回转窑；9、一级冷凝器；10、二级冷凝器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于氧化烘焙耦合热解生产生物炭的双回转窑装置，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。

如图1所示，氧气供气装置通过管道与第一流量计3连接，第一流量计3通过管道与第一回转窑4连接。

第一回转窑4通过管道与色值监测装置7连接，色值监测装置7与第一回转窑4设置回路管。色值监测装置7通过管道与第二回转窑8连接，第二回转窑8设置有出料口。

第一回转窑4通过管道与一级冷凝器9连接，一级冷凝器9通过管道与二级冷凝器10连接。

第二回转窑8通过管道与一级冷凝器9连接，一级冷凝器9通过管道与二级冷凝器10连接。

第一回转窑4通过管道与在线监测装置2连接，在线监测装置2通过管道与锅炉烟气筒连接。

第一回转窑4通过管道与第二流量计5连接，第二流量计5通过管道与氮气供气装置连接；氮气供气装置通过管道与第三流量计6连接，第三流量计6通过管道与第二回转窑8连接。

在本实施例中，一级冷凝器9和二级冷凝器10设置有焦油出口。

在本实施例中，控制台1通过电信号与在线监测装置2、第一流量计3、第二流量计5和第三流量计6连接。

第一回转窑4通过管道与第二流量计5连接，第二流量计5通过管道与氮气供气装置连接。第二回转窑5通过管道与第三流量计3连接，第三流量计3通过管道与氮气供气装置连接。

本实用新型的工作原理为：通过在线监测装置2实时监测锅炉烟气成分，并反馈至控制台1，控制台1通过当前设定所需的载气含氧量计算并自动调节氧气和氮气流量计以实现气体补偿。第一回转窑4为烘焙反应区，温度为200至300℃，通过调节转速来控制物料的停留时间，出气设置旋风分离器，返回粒径较大的物料至色值监测装置7，气体(含焦油)进入冷凝管道。色值监测装置7的作用为实时监测烘焙产品的色值，并根据mlr模型(根据实验室数据构建的品质预测模型)判断当前物料品质是否合格。第二回转窑8为热解反应区，温度为600至800℃，通过调节转速来控制物料的停留时间。出气设置旋风分离器，返回粒径较大的物料，气体(含焦油)进入冷凝管道。本实用新型设置一级冷凝器9和二级冷凝器10，可回收可冷凝气体(即焦油)。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。