一种生物质有机炭制备装置.pdf

本发明提供一种生物质有机炭制备装置，涉及生物质炭化技术及炭化装置领域，其包括炭化炉炉体、炭化炉炉体内的管式换热器和催化剂导流管，所述的炭化炉炉体由上下两个椭圆形封头、炉体夹套以及圆柱形炉身组成，管式换热器在炭化炉炉体内呈分层列管式排列；炉体上封头左右两侧均设有一个催化剂进口，催化剂进口与催化剂导流管连接。本发明采用列管式换热器结构，管内通入加热载体，能有效控制炉内炭化温度和反应时间，且通过添加催化剂，实现了生物质有机炭的清洁制备，提高生物质有机炭的得炭率。

权利要求书
1.  一种生物质有机炭制备装置，其特征在于：包括炭化炉炉体，以及安装于炭化炉炉体内的管式换热器和催化剂导流管；
所述的炭化炉炉体由上封头、下封头、炉体夹套以及圆柱形炉身组成，所述上封头、下封头分别连接在圆柱形炉身的上下两端，所述的炉体夹套设置在圆柱形炉身及下封头外表面上，所述的上封头顶部设置进料口，所述的下封头底部设置出料口，所述的进料口和出料口对应设置有进料口端盖和出料口端盖；
所述的管式换热器通过支架固定在炭化炉炉体内，
    所述下封头右端的两侧均设置有加热载体进口，所述的加热载体进口所对应的加热载体出口位于下封头的左端，两个加热载体进口在下封头的前后端对称分布，加热载体进口和加热载体出口与管式换热器连接，所述的炉体上封头左右两侧均设有一个催化剂进口，所述的催化剂进口与所述的催化剂导流管连接。

2.  根据权利要求1所述的生物质有机炭制备装置，其特征在于：所述管式换热器在炭化炉炉体内呈分层列管式排列，每层换热管由前后两个对称的部分组成，两个部分均呈半圆柱面形状，各层换热管均以炭化炉炉体轴线为中心线呈圆柱面型排列。

3.  根据权利要求1所述的生物质有机炭制备装置，其特征在于：所述催化剂导流管以炭化炉炉体轴线为中心线呈若干个圆周阵列竖直分布在炭化炉炉体内，催化剂导流管管壁上均匀开有若干小孔，反应过程中添加催化剂，通过催化剂导流管使催化剂与生物质成型颗粒充分混合。

4.  根据权利要求1所述的生物质有机炭制备装置，其特征在于：所述炭化炉炉体外表面设置保温隔热层，所用的保温隔热材料为石棉、铝箔复合玻璃纤维布，所述的保温隔热层为先用石棉包裹炭化炉外表面，再在石棉外包裹一层铝箔复合玻璃纤维布，以达到保温隔热的效果。

5.  根据权利要求1所述的生物质有机炭制备装置，其特征在于：所述进料口端盖和和出料口端盖分别用螺栓与所述炭化炉炉体的上封头、下封头连接，端盖和封头中间加垫圈密封。

说明书一种生物质有机炭制备装置
技术领域
本发明涉及生物质炭化技术及炭化装置领域，尤其是涉及一种以秸杆为原料的生物质炭化技术及装置。
背景技术
能源是国民经济赖以生存和发展的基础，能源的供给能力密切关系着经济社会的可持续发展，是国家战略安全保障的基础之一。中国目前正面临能源短缺与环境污染的双重压力，如何寻求一种清洁可再生能源来弥补化石能源的短缺，同时减少污染物的排放已迫在眉睫。以生物质能为代表的生物质气化发电、生物质氢能、生物质绿色燃料成为未来发展的重要替代能源。我国生物质储量丰富，每年至少产生30亿吨生物质，如果能将其充分利用，能减少大量的煤炭及石油消耗。
生物质热解炭化技术是生物质能利用技术的一种。生物质炭化是生物质在极低的升温速率、温度约400℃下长时间裂解，以最大限度地得到焦炭，得炭率一般在35%左右。生物质通过热解炭化技术可以制备生物质有机炭，其在有色金属的生产过程中常用于表面阻溶剂；在炼制铁矿石时，可以使得熔炼的生铁具有铸件紧密、细粒结构、裂纹少等特点；其还常用于制造电极、黑火药、润滑剂等，收集的挥发分可用于燃烧发电，裂解焦油也是一种重要的工业产品。有机炭由炭和碳氢氧化物组成，经过活化后可制备活性炭。
传统的窑式炭化炉对燃烧过程中的火力控制要求十分严格，且由于窑体多是由红砖砌成，容积较大；多用硬质原木进行烧炭，不仅资源浪费严重，而且生产过程劳动强度大、条件差、生产周期长、污染严重；无法对农村大量的废弃秸秆、稻草等生物质原料热解制炭。
发明内容
为了解决化石燃料的短缺问题，克服传统窑式炭化炉的缺点，提高生物质能的利用价值，本发明提供一种能将生物质成型燃料在无氧条件下热解炭化成生物质有机炭的制备装置。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种生物质有机炭制备装置，其特征在于：包括炭化炉炉体，以及安装于炭化炉炉体内的管式换热器和催化剂导流管；所述的炭化炉炉体由上封头、下封头、炉体夹套以及圆柱形炉身组成，所述上封头、下封头分别连接在圆柱形炉身的上下两端，所述的炉体夹套设置在圆柱形炉身及下封头外表面上，所述的上封头顶部设置进料口，所述的下封头底部设置出料口，所述的进料口和出料口对应设置有进料口端盖和出料口端盖；所述的管式换热器通过支架固定在炭化炉炉体内，所述下封头右端的两侧均设置有加热载体进口，所示的加热载体进口所对应的加热载体出口位于下封头的左端，两个加热载体进口在下封头的前后端对称分布，加热载体进口和加热载体出口与管式换热器连接，所述的炉体上封头左右两侧均设有一个催化剂进口，所述的催化剂进口与所述的催化剂导流管连接。
本发明还可有进一步的优选技术方案：
    进一步的优选，所述管式换热器在炭化炉炉体内呈分层列管式排列，每层换热管由前后两个对称的部分组成，两个部分均呈半圆柱面形状，各层换热管均以炭化炉炉体轴线为中心线呈圆柱面型排列。生物质成型颗粒填充于换热管间隙内，加热载体通过各层换热管将热量传递给生物质成型颗粒。加热载体从加热载体进口进入管式换热器，根据克拉伯龙气态方程式，通过控制加热载体压力控制蒸汽温度，进而控制反应温度在220～800℃之间，使生物质内挥发分能充分析出。通过控制反应温度在220～800℃之间，控制反应时间在20～100min之间，使生物质成型颗粒充分转化为有机炭；加热载体有热空气、高温烟气、导热油、蒸汽等。
    进一步的优选，所述催化剂导流管以炭化炉炉体轴线为中心线呈若干个圆周阵列竖直分布在炭化炉炉体内，催化剂导流管管壁上均匀开有若干小孔，反应过程中添加催化剂，通过催化剂导流管使催化剂与生物质成型颗粒充分混合。催化剂导流管管壁上均匀开设的若干小孔，使气体催化剂在压力的作用下，或液体催化剂在重力的作用下流出催化剂导流管，与生物质成型颗粒充分混合。所述的催化剂用于提高生物质成型颗粒得炭率。
    进一步的优选，所述炭化炉炉体外表面设置保温隔热层，所用的保温隔热材料为石棉、铝箔复合玻璃纤维布，所述的保温隔热层为先用石棉包裹炭化炉外表面，再在石棉外包裹一层铝箔复合玻璃纤维布，以达到保温隔热的效果，能有效减少炉内反应过程的热量散失。
进一步的优选，所述进料口端盖和和出料口端盖分别用螺栓与所述炭化炉炉体的上封头、下封头连接，端盖和封头中间加垫圈密封。
    本发明的有益效果是：
1.管式换热器在炭化炉内呈分层列管式排列，加热载体从两个方向进入，分别流通于炭。
2.炭化炉炉体内分前后两个部分，炭化炉炉体外表面设置炉体夹套，不仅提高了加热载体与生物质成型颗粒的换热效率，而且使炭化炉内热量分布更均匀。
3.可通过控制加热载体压力控制蒸汽温度，进而控制反应温度在220～800℃之间，使生物质成型颗粒内挥发分能充分析出；通过控制反应温度在220～800℃，控制反应时间在20～100min之间，使生物质成型颗粒充分转化为有机炭。
4.在反应过程中加入催化剂，提高生物质成型颗粒的得炭率；催化剂导流管管壁上均匀开有若干小孔，使气体催化剂在压力的作用下，或液体催化剂在重力的作用下流出催化剂导流管，与生物质成型颗粒充分混合。
进料口、出料口端盖与炭化炉炉体采用螺栓连接和垫圈密封，使反应过程能在良好的密封条件下进行；炭化炉外表面设置保温隔热层，提高炭化炉的保温隔热效果。
附图说明
图1是本发明一种生物质有机炭制备装置的纵剖视图；
图2是本发明一种生物质有机炭制备装置的横剖视图。
图中：1为进料口，2为进料口端盖，3为保温隔热层，4为催化剂进口，5为上封头，6为催化剂导流管，7为管式换热器，8为换热器支架，9为圆柱形炉身，10为下封头，11、15为加热载体进口，12为出料口端盖，13为出料口，14、17为加热载体出口，16为炉体夹套。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
    如图1、图2所示，一种生物质有机炭制备装置，其包括炭化炉炉体、炭化炉炉体内的管式换热器7和催化剂导流管6，炭化炉炉体由上封头5和下封头10、炉体夹套16以及圆柱形炉身9组成，炉体夹套16设置在圆柱形炉身9及炉体下封头10外表面上，上封头1顶部设置进料口1，炉体下封头10底部设置出料口13，进料口1和出料口13分别设置有进料口端盖2和出料口端盖12，管式换热器7通过支架8固定在炭化炉炉体内，下封头10右端的两侧均设置有加热载体进口11，加热载体进口11所对应的加热载体出口14位于下封头10的左端，两个加热载体进口11在下封头10的前后端对称分布，加热载体进口11和加热载体出口14与管式换热器7连接，加热载体从下封头10的前后两端进入管式换热器7，分别与炭化炉炉体内前后部分的生物质成型颗粒进行换热；炉体上封头5左右两侧均设有一个催化剂进口4，催化剂进口4与催化剂导流管6连接。
    管式换热器7在炭化炉炉体内呈分层列管式排列，每层换热管由前后两个对称的部分组成，两个部分均呈半圆柱面形状，各层换热管均以炭化炉炉体轴线为中心线呈圆柱面型排列。生物质成型颗粒填充于换热管间隙内，加热载体通过各层换热管将热量传递给生物质成型颗粒。加热载体从加热载体进口进入管式换热器，根据克拉伯龙气态方程式，通过控制加热载体压力控制蒸汽温度，进而控制反应温度在220～800℃之间，使生物质内挥发分能充分析出。通过控制反应温度在220～800℃之间，控制反应时间在20～100min之间，使生物质成型颗粒充分转化为有机炭；加热载体有热空气、高温烟气、导热油、蒸汽等。
    催化剂导流管6以炭化炉炉体轴线为中心线呈若干个圆周阵列竖直分布在炭化炉炉体内，催化剂导流管6管壁上均匀开有若干小孔，使气体催化剂在压力的作用下，或液体催化剂在重力的作用下流出催化剂导流管，与生物质成型颗粒充分混合。
    生物质有机碳制备过程为：生物质成型颗粒从炭化炉顶部进料口1加入，在自身重力作用下填充于换热管间隙内；催化剂从炭化炉上封头5上两个催化剂进口4加入，进入均布于炭化炉内的催化剂导流管6上，催化剂导流管6上均匀开设若干小孔，使气体催化剂在压力的作用下，或液体催化剂在重力的作用下流出催化剂导流管6，与生物质成型颗粒混合；加热载体从加热载体进口11进入管式换热器7，管式换热器7用换热器支架8固定在炭化炉上，在炭化炉内呈列管式分层排列；管式换热器7内加热载体从右（左）加热载体进口11进入管式换热器7，流通前（后）半部分换热管后，从左（右）加热载体出口14流出；炉体夹套16内加热载体从加热载体进口15进入，从加热载体进口17流出。加热载体通过各层换热管及炉体夹套16将热量传递给生物质成型颗粒，实现生物质成型颗粒的清洁炭化；炭化后的有机炭从炭化炉底部出料口13输出。炭化炉外表面设置保温隔热层3，能有效减少炉内反应过程的热量散失。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。