一种外热式连续生物炭生产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种外热式连续生物炭生产系统，包括碳化系统、加热系统、余热采收系统和裂解油气分离系统，其中，所述碳化系统由裂解腔、保温层、物料传输和搅拌组件、碳化热流通道组成，裂解腔呈圆柱形管状，物料传输和搅拌组件安装于裂解腔中，在裂解腔外部包裹有保温层，在裂解腔外壁与保温层之间设有所述碳化热流通道，碳化热流通道呈螺旋状环绕于裂解腔外壁，碳化热流通道的加热气流进口与加热系统连接，碳化热流通道的出气口与余热采收系统连接；裂解油气分离系统与裂解腔内连通。本发明专利技术能够准确地调控碳化所需要的最高温度，能够为裂解腔提供平稳的加热环境，并自后向前形成一个温度梯度，有助于定制生物炭的性质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种外热式连续生物炭生产系统，属于生物质碳化

技术介绍
生物炭技术是将诸如农作物秸秆和林业废弃物等生物质或其衍生物进行碳化，然后以一定方式施用于土壤以获得固碳作用和经济、生态、环境收益的科学技术理念。该技术是近年国际学术界应对气候变化研究的一个热点。生物炭的获得是生物炭技术研发不可缺少的前提和基础。随着生物炭技术研究从实验室向中试或大田研究的转变，多年来室内小规模的生物炭生产已不能满足科研发展的需求，而必须研制能够批量生产生物炭的设备。为此世界发达国家如英、美、澳大利亚等争相研制具有一定生产规模的生物炭生产设备。我国是农业大国，拥有庞大农业资源，具有广阔的生物炭技术应用前景，生物炭技术研究方兴未艾。同国际研究一样，国内许多单位的生物炭技术研究目前已从室内研究为主转向以大田应用观测研究为主阶段，大量生物炭的缺乏已构成我国生物炭技术研发的技术瓶茎，因此迫切需要研制能够批量生产符合国际生物炭标准的生物炭生产系统。为满足生物炭技术大田研究对生物炭的大量需求，国内外有关研发机构或个人开展了生物炭批量生产设备的研发。其中中国国家专利“一种生物炭改性设备和方法”（申请号ZL201420846944.6）公开了一种既可以对生物质进行碳化，又能对其进行改性的碳化设备。但该设备采用的是电加热和批次式生产方式，加热梯度的产生依靠从低温向高温慢速加热，碳化速率慢，也不能对碳化所产生的裂解油气进行有效的回收利用。专利“一种生物质碳化设备”（申请号ZL201410185600.X）公开了一种连续式生物质碳化设备，生产速率高，能够将裂解油气直接引入燃烧系统燃烧，为生物质的碳化提供能源，降低了对外部碳化能源的需求。但由于其技术方案中采用了燃烧系统直接对裂解腔体进行加热的方法，碳化加热不均匀，存在加热的高温斑块，难以准确控制碳化的最高温度。为生产符合国际生物炭协会推荐的高标准生物炭，碳化设备需要能够准确调控碳化的最高温度，需要为裂解腔体创造均匀的加热环境。为提高生物炭的生产速率，碳化工艺不仅需要具有连续的生产方式，还需要造就一个从低温到高温的温度分布梯度。为此，本专利申请公开了一种基于慢速干馏法原理的外热式生物炭连续生产技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种外热式连续生物炭生产系统，克服现有生物炭生产设备的不足，对碳化过程中关键技术指标进行调控，从而产生符合国际高质量标准的生物炭。本专利技术的技术方案是：一种外热式连续生物炭生产系统，包括进料系统、碳化系统和出料系统，还包括加热系统、余热采收系统和裂解油气分离系统，其中，所述碳化系统由裂解腔、保温层、物料传输和搅拌组件、碳化热流通道组成，裂解腔呈圆柱形管状，物料传输和搅拌组件安装于裂解腔中，用于实现对物料的搅拌和传输，在裂解腔外部包裹有保温层，在裂解腔外壁与保温层之间设有所述碳化热流通道，碳化热流通道呈螺旋状环绕于裂解腔外壁，碳化热流通道的加热气流进口与加热系统连接，碳化热流通道的出气口与余热采收系统连接；裂解油气分离系统与裂解腔内连通。所述加热系统包括加热炉膛和燃烧机，在所述加热炉膛壁上设置有燃烧机火焰进口，加热炉膛通过该火焰进口与燃烧机连通。所述燃烧机的进料口分别与燃料储存和供应装置、余热采收系统和裂解油气分离系统连接。在所述加热炉膛端壁还设有单向风阀，在燃烧机进料口上设有控制阀，该单向风阀和控制阀通过温度控制器与安装于加热炉膛和裂解腔内的温度探头连接。所述余热采收系统由空气换热器和热气传输管道组成，热气传输管道与燃烧机的进料口连接。所述裂解油气分离系统由裂解油气导出管、冷却分离装置和裂解合成气导出管组成，其中裂解油气导出管与裂解腔上部油气排泄孔连接，用于将裂解油气导入冷却分离装置，裂解合成气导出管一端与冷却分离装置连接，另一端与燃烧机的进料口连接。所述进料系统包括进料斗和进料螺旋输送机，其中，进料斗下方出口与进料螺旋输送机一端连接，进料螺旋输送机的另一端穿过端壁与裂解腔连通。所述出料系统包括出料螺旋输送机和冷却系统，其中，出料螺旋输送机与冷却系统连接。所述物料传输和搅拌组件由螺旋轴及附着其上的桨叶片组成。本专利技术的有益效果是：生物质能否被均匀和慢速加热，是慢速干馏法生物炭生产的关键。对外热式干馏法而言，要做到生物质的均匀加热，不仅需要生物质的搅拌和混合，还需要在裂解腔外部造就一个均匀的温度分布；而要做到生物质的慢速加热，最有效的方法是在裂解腔外部创造一个温度梯度，生物质经过这个温度梯度的过程就是慢速加热的过程。与相同设计思路的生物炭生产系统相比，本设计在上述两个方面都具有创造性。首先本设计采用了加热炉膛用以调节碳化最高温度，由于燃烧机火焰的温度在1000℃以上，直接对裂解腔加热大大高出了慢速碳化最高温度的允许值。而将火焰引入一个炉膛就可以在其中对温度进行调整，然后再对裂解腔进行加热，这样就可避免直接加热裂解腔所造成的温度过高问题。加热炉膛的设计为调控最高碳化温度提供了一个重要的技术保障。在加热炉膛之后，本设计采用了螺旋状加热气流通道对裂解腔进行环绕式加热，不仅加热均匀，还自后向前产生了一个温度梯度。提高能源利用率、降低能源消耗是生物炭生产的一个永恒主题。本专利技术中加热尾气余热采收利用技术有利于该目标的实现，这是本设计的第三项技术创新。螺旋输送式碳化腔是国内外连续式生物炭设备常用的技术方案，但物料的输送多用实体螺旋。本专利技术将实体螺旋改为桨叶式，增强了对物料的搅拌功能，构成了本设计的第四项技术创新。另外，本专利技术中裂解油气分离系统可对生物质裂解所产生的油气进行分离，分离后的重油可回收利用，气体作为燃烧机的原料使用，这样既能回收利用重油资源，又能避免燃气造成的污染问题。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图中，1、碳化热流通道，2、保温层，3、裂解腔，4、进料螺旋输送机，5、进料斗，6、热气传输管道，7、空气换热器，8、裂解油气导出管，9、冷却分离装置，10、裂解合成气导出管，11、出料螺旋输送机，12、单向风阀，13、加热炉膛，14、火焰进口，15、燃烧机，16、控制阀，17、进料口，18、油气排泄孔。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。如图1所示，本专利技术外热式连续生物炭生产系统，包括进料系统、碳化系统、出料系统、加热系统、温度控制系统、余热采收系统和裂解油气分离系统。碳化系统由裂解腔3、保温层2、物料传输和搅拌组件、碳化热流通道1组成，其中，裂解腔3采用耐热的圆柱形管制作，在裂解腔3外部包裹有保温层2，在裂解腔3外壁与保温层2之间设有所述碳化热流通道1，碳化热流通道1呈螺旋状环绕于裂解腔3外壁，碳化热流通道1的加热气流进口与加热系统连接，物料传输和搅拌组件安装于裂解腔3中，由螺旋轴及附着其上的桨叶片组成，桨叶片平面与螺旋轴轴线方向呈一定角度，用于实现对物料的搅拌和传输。进料系统包括进料斗5和进料螺旋输送机4，其中，进料斗5下方出口与进料螺旋输送机4一端连接，进料螺旋输送机4的另一端穿过端壁与裂解腔3连通。出料系统包括出料螺旋输送机11和冷却系统，其中，出料螺旋输送机11与冷却系统连接。冷却系统可采用常规的冷却方式，也可在出料螺旋输送机11外壁设置冷却腔体，用于实现冷却水的循环流动。加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外热式连续生物炭生产系统，包括进料系统、碳化系统和出料系统，其特征在于：还包括加热系统、余热采收系统和裂解油气分离系统，其中，所述碳化系统由裂解腔（3）、保温层（2）、物料传输和搅拌组件、碳化热流通道（1）组成，裂解腔（3）呈圆柱形管状，物料传输和搅拌组件安装于裂解腔（3）中，用于实现对物料的搅拌和传输，在裂解腔（3）外部包裹有保温层（2），在裂解腔（3）外壁与保温层（2）之间设有所述碳化热流通道（1），碳化热流通道（1）呈螺旋状环绕于裂解腔（3）外壁，碳化热流通道（1）的加热气流进口与加热系统连接，碳化热流通道（1）的出气口与余热采收系统连接；裂解油气分离系统与裂解腔（3）内连通。

【技术特征摘要】
1.一种外热式连续生物炭生产系统，包括进料系统、碳化系统和出料系统，其特征在于：还包括加热系统、余热采收系统和裂解油气分离系统，其中，所述碳化系统由裂解腔（3）、保温层（2）、物料传输和搅拌组件、碳化热流通道（1）组成，裂解腔（3）呈圆柱形管状，物料传输和搅拌组件安装于裂解腔（3）中，用于实现对物料的搅拌和传输，在裂解腔（3）外部包裹有保温层（2），在裂解腔（3）外壁与保温层（2）之间设有所述碳化热流通道（1），碳化热流通道（1）呈螺旋状环绕于裂解腔（3）外壁，碳化热流通道（1）的加热气流进口与加热系统连接，碳化热流通道（1）的出气口与余热采收系统连接；裂解油气分离系统与裂解腔（3）内连通。2.根据权利要求1所述的外热式连续生物炭生产系统，其特征在于：所述加热系统包括加热炉膛（13）和燃烧机（15），在所述加热炉膛（13）壁上设置有火焰进口（14），加热炉膛（13）通过该火焰进口与燃烧机（15）连通。3.根据权利要求2所述的外热式连续生物炭生产系统，其特征在于：所述燃烧机（15）的进料口（17）分别与燃料储存和供应装置、余热采收系统和裂解油气分离系统连接。4.根据权利要求2所述的外热式连续生物炭生产系统，其特征在于：在所述加热炉膛（13）端壁还设有单向风阀（12），在燃烧机（15）进料口（17）上设有控制阀（16），该...

【专利技术属性】
技术研发人员：李心清，
申请(专利权)人：中国科学院地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：贵州;52