生物质移动床内热式连续炭化方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制取生物炭的方法及装置，特别是涉及一种生物质移动床内热式连续炭化方法及装置。属于公认的使我们能够同时解决人类四个重大危机:气候变化危机，能源危机，以及食品和水资源危机的生物炭制造和机制木炭生产领域。
【背景技术】
[0002]生物炭(机制炭)是生物质在不完全燃烧情况下，生物质进行热裂解化学反应产生的近百种物质中工艺技术相对成熟的最重要的产品之一。在燃料，钢铁、化工、食品、制药等行业都有着广泛的用途。
[0003]目前绝大多数工厂是以烧制机制炭为目的“作坊式”生产工艺。几乎都是仅仅在每个单体设备(窑内或干馏装置内)装置内对生物质进行热裂解全过程，整个工厂由几台、几十台，极少数上百台同样的炭化设备组成，生产能力在几十吨到几千吨之间。每台设备上也绝大多数没有化工生产常用的各种测量仪表，更没有控制仪表，也没有专门的操作控制室和分析检验设置及人员。工厂的扩大和发展完全算术级数外延扩张，是当前创新驱动转型发展淘汰的对象。
[0004]家庭作坊式企业投资有限，可燃气难以储存和消化，木醋液，木焦油，和其它副产物数量太少，形不成规模，无利可图，造成每生产一吨机制炭，仅仅“废气”就要排放近2000m3。据不完全统计，我国生物质炭的年产量已达到4000万吨，每年生产生物质炭向大气排放“废气”近800亿立方米，对环境构成极大危害。其技术落后、劳动生产率很低、产品环保生产过程污染环境，与IS014001标准精神完全相悖。
[0005]近年来虽有不少如机窑阵列，像一栋栋楼房的“小高层”小区式(CN201648305U，CN201722335U，CN101921606A)、隧道式(ZL200320113581.7，CN1556362A)、列管式(ZL00263035.4)、螺旋推进器(CN102775999A)和其他多种形式新的国内专利技术出现，但是由于多少都存在着原有间歇“个体”生产的固有缺点:不能完全进行密闭生产或炭化装置高温区内有运动部件，难以实现万吨级的规模化生产，以及已经分离存在的副产物反而再混合在一起重新分离，结果造成环保不彻底，以及无谓的能量损失。
[0006]生物质炭化技术是公认的解决气候变化问题的可行技术措施之一，具有原材料来源广泛、生产成本低、生态安全、无污染、可大面积推广等显著特点。是地球上唯一的、可再生的有机石油的替代品。
[0007]生物炭的这些特性“使我们能够同时解决三四个重大危机:气候变化危机，能源危机，以及食品和水资源危机。”使用生物炭不仅能够使土壤肥沃，还能够帮助土壤保持水分。
[0008]毋庸置疑，生物炭的需求量是非常大的。自然界本身拥有的碳循环系目前已经严重地超载，甚至是2000万年间最高的。据全球碳计划统计，2000到2007年，人类排放到大气中的二氧化碳中每年有54%，约48亿吨，被陆地和海洋中的碳汇，例如森林和海洋中的浮游生物等所吸收。然而每年仍然有大约40亿吨的剩余的碳需要我们想办法去降低或者吸收。全世界目前以千万吨计的生物炭生产能力的作用几乎可以忽略不计。
[0009]因此如何优化生物质炭化工艺，提闻炭化效率、提闻成品率，减低总的制造成本，提供一种可以适合不同规模，不同经济发展水平，能够随时很方便的根据自己当前实际情况，因地制宜进行完全密闭的绿色低碳化、、集约化、规模化、规范化、模块化、连续化，间歇，半间歇，半移动，自动化，甚至遥测，遥控的超大规模进行生产、经济效益和社会效益双赢的设备形式和方法是当务之急。
【发明内容】
[0010]本发明公开了一种生物质移动床内热式连续炭化方法及装置。其方法是通过生物质原料和液体中间产物靠重力自上而下，气体和蒸汽自下而上移动的方法，依次进行废气排空、木醋液提取、木焦油提取、可燃气提取、焦油提取、练炭、和生物炭冷却等操作，从低温到高温、同时按照各自所需要的温度在连续不断地直接接触之中进行物质质量和热量的无损失交换。并在每一个工艺操作单元提取出符合工艺要求的中间产品和生物炭，完成生物炭炭化和各种副产物初步分离，以便优化、减轻进行下一步再加工的条件，送往相应的精制后处理单元去处理；炭化装置维持正常稳定生产所需要补充的热量，通过炭化装置底部输入的计量空气和生物炭进行的不完全燃烧提供；生物炭冷却操作通过炭化装置炉体下部输入的自来水的气化潜热使生物炭温度降低到105°C ;其产生的水蒸气进入到练炭工艺操作单元时和帜热的生物炭反应生成水煤气，然后纳入可燃气之中。
[0011]其与现有技术的根本区别的是，在稳定的生产状况下、装置内各组分分布和温度分布及压力分布是炭化装置炉体2内每个生物质颗粒位置高度的函数，与时间无关。而每个炭窑和干馏装置则完全相反，是典型的间歇操作，是时间的函数，与高度无关。
[0012]导向板的角度状态是生物质原料和中间产物物化性质、温度和停留时间的函数。
[0013]冷却水的用量是生物质原料物化性质和生物炭出口温度的函数，严格控制冷却水数量保持生物炭在生物炭星型下料器12处，温度在105°C左右，以满足对产品质量含水率达标的要求。
[0014]空气的摄入量根据生物质原料的热值、炭化装置和工艺操作单元要求的温度确定。
[0015]实施上述工艺的关键设备是生物质移动床内热式连续炭化装置。
[0016]其结构包括和原料仓相连接的生物质原料星型下料器1、自上而下包含生物炭炭化全过程的进行废气排空3、一级木醋液提取4、二级木醋液提取5、一级木焦油提取6、二级木焦油提取7、可燃气提取8、焦油提取9、练炭10、和生物炭冷却11等工艺操作单元模块组成的炭化装置炉体2和与炉体2相连接的生物炭星型下料器12及炭化装置支座13组成。
[0017]炭化装置炉体2由下料斗模块14、导向模块15通过承插式或法兰式连接构成。
[0018]该装置炉体横截面可以是圆形、多边形和任意截面的，其外壳可以采用金属或非金属耐温并耐腐蚀材料。壳外根据外壳温度选择保温材料保温，使炉体外表面温度保持在50°C以下。
[0019]每个操作单元模块轴向都由至少一个下料斗模块14、两个或者两个以上导向模块15和各个操作单元的进出料口以及各种测量控制仪表组成。
[0020]导向模块15在炭化装置炉体2径向尺寸较大时，为了防止沟流和减少下料斗14与炭化装置炉体2所形成的颗粒死角空间，还应该在径向设置多个导向模块15。
[0021]下料斗模块14既是一次径向颗粒再分布，也是生产生物炭时各种副产物蒸汽回收的出料口。
[0022]这样的好处是在设备制造上，炉体内件可以模块式预制，形成系列化、模块化制造，既降低投资又保证了质量有利于普及和推广。也能轻而易举的改变工艺产品分布(AJI加副产物品种把通常的废气排空、木醋液提取、木焦油提取、可燃气提取、焦油提取、练炭、和生物炭冷却的7段式改为更加合理的废气排空、一级木醋液提取、二级木醋液提取、一级木焦油提取、二级木焦油提取、可燃气提取、焦油提取、练炭、和生物炭冷却的9段工艺操作，只要简单的在炉体上增加两个工艺操作单元模块即可；B、能够在日常生