專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃自熱移動(dòng)床干餾炭化的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于木材熱解技術(shù)領(lǐng)域，是關(guān)于木(竹)材等生物質(zhì)原料熱分解制取木(竹)醋液、木(竹)炭和木(竹)煤氣的方法及其相適應(yīng)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)行的干餾炭化的工藝和設(shè)備中，通常認(rèn)為最好的是“立式內(nèi)熱移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化”，其核心設(shè)備稱(chēng)之為“內(nèi)熱立式干餾釜”(參見(jiàn)《林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)全書(shū)》第二部第24章第951-954頁(yè))，呈圓筒狀，用14mn厚的鋼板制成，內(nèi)徑2.6-2.9m，總高24m，工作高度15m。該釜的頂部設(shè)有加料器、水封罩、蒸汽氣體出口；該釜的的中部安有兩個(gè)錐形漏斗，其與筒體內(nèi)壁面形成一環(huán)形間隙作為釜內(nèi)氣體分配或匯集的通道，一個(gè)與載熱體進(jìn)口相通，另一個(gè)與熱氣體引出口相通；該釜的下部設(shè)有錐體、冷氣體進(jìn)口、卸炭倉(cāng)、卸炭閥等。生產(chǎn)時(shí)將經(jīng)過(guò)干燥的木塊從頂部加料器定時(shí)加入釜內(nèi)，受到自下而上逆流流動(dòng)的干餾產(chǎn)生的氣體和蒸氣的加熱，進(jìn)一步干燥，接著發(fā)生預(yù)炭化、炭化，生成的氣體和蒸汽向上流動(dòng)，穿過(guò)料層后從蒸汽、氣體出口導(dǎo)出，經(jīng)冷卻冷凝得到木醋液，不凝縮氣體再經(jīng)泡沫吸收器分離出甲醇等低沸點(diǎn)物質(zhì)，成為“冷氣體”最后被送入該釜下部的冷卻段，自下而上穿過(guò)由中部煅燒段下移的木炭層，使木炭得到冷卻，同時(shí)自身的溫度升高，成為“熱氣體”從中部的熱氣體出口導(dǎo)出被送入混合燃燒室與空氣混合進(jìn)行無(wú)焰燃燒，同時(shí)將混合燃燒室出來(lái)、溫度約500-600℃的燃燒氣作為載熱體不斷地送入釜內(nèi)中部的煅燒段，自下而上穿過(guò)炭層，對(duì)炭進(jìn)一步加熱煅燒，然后進(jìn)入炭化段與干餾產(chǎn)生的氣體、蒸氣混合，開(kāi)始新一輪循環(huán)，冷卻后的木炭定時(shí)通過(guò)釜下部的卸炭器排出。該方法與設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)一是基本不用外加能源，除起爐時(shí)需燃燒一些重油或煤氣作預(yù)熱用以外；二是生產(chǎn)量大，最大每晝夜可處理250層積立方米的木材，生產(chǎn)出三、四十噸木炭。但它也有明顯的缺點(diǎn)，一是流程復(fù)雜，有原料—木炭流，載熱體—蒸汽、氣體流，“冷氣體”—“熱氣體”流，物流多了，控制和平衡自然比較困難；二是木炭的煅燒溫度低，無(wú)法生產(chǎn)高炭化度高導(dǎo)電性的木炭；三是進(jìn)出料設(shè)備要求高且操作麻煩，例如卸炭器，一方面要使木炭排出釜外，另一方面又不能讓冷卻氣體漏出，就必須采用三個(gè)閘門(mén)的卸炭器分步操作，既麻煩也容易發(fā)生故障；四是系統(tǒng)和設(shè)備龐雜投資大，難以適應(yīng)資源不太集中的地區(qū)進(jìn)行適度規(guī)模的生產(chǎn)；尤其是近年來(lái)資源和環(huán)境的保護(hù)日益受到重視，大規(guī)模伐薪燒炭已被禁止，林產(chǎn)品加工的廢材廢料成了燒炭的主要原料，迫切需要有一種品質(zhì)優(yōu)良，投資低廉，操作方便，節(jié)約能源的新型干餾炭化爐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種不需外加能源連續(xù)干餾炭化的方法與設(shè)備，既利用原料熱解產(chǎn)物的燃燒熱實(shí)現(xiàn)能源自給，又避免采用載熱體的方式，生產(chǎn)出高碳化度高導(dǎo)電性高吸附性的木炭，又使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，投資降低，操作方便；本發(fā)明的另一目的是使提供的這種方法與設(shè)備對(duì)原料的種類(lèi)和生產(chǎn)規(guī)模的大小有很強(qiáng)的適應(yīng)性，例如對(duì)以前尚未利用過(guò)的木材、竹材的加工廢料，能因地制宜地采用本發(fā)明，達(dá)到既充分利用資源又合理保護(hù)環(huán)境。
本發(fā)明人認(rèn)為，木材炭化過(guò)程屬于放熱發(fā)應(yīng)，在保溫良好的設(shè)備中，只要將其加熱到反應(yīng)的起始溫度，炭化過(guò)程就能自發(fā)的進(jìn)行下去，在移動(dòng)床反應(yīng)器中利用干餾生成的氣體、蒸氣來(lái)進(jìn)行加熱就可以了，再加上煅燒木炭后的載熱體加熱雖然可行但不必須而且是麻煩的；另一方面，要得到高碳化度高導(dǎo)電性高吸附性的木炭，煅燒的溫度須在700℃以上，而在工程上要輸送如此高溫的流體其難度和成本都是非常大的，利用載熱體加熱的方式基本上不可行，必需考慮更合適的方法。對(duì)各種炭化方式的研究表明，傳統(tǒng)土炭窯燒白炭所采用的提高窯溫的方法簡(jiǎn)單易行十分合理，具體地說(shuō)就是在木炭煅燒階段有控制地將空氣吸進(jìn)窯內(nèi)，使局部的炭燃燒，窯溫迅速上升到800℃以上，達(dá)到煅燒其余炭的目的，不過(guò)土炭窯屬于固定床間歇式生產(chǎn)，一次生成的木炭數(shù)量有限，通風(fēng)時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則會(huì)將更多的炭灰化掉；而在移動(dòng)床中木炭是不斷移動(dòng)的，通風(fēng)時(shí)其與空氣接觸的表面經(jīng)常更新，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，炭化爐內(nèi)的高溫木炭，始終處于炭化過(guò)程中，炭體內(nèi)不斷有甲烷、氫和一氧化碳等可燃?xì)怏w釋放出來(lái)，與空氣接觸時(shí)首先這些氣體被燃燒，只要時(shí)間和量控制得當(dāng)，炭體不會(huì)被燒損。關(guān)于木炭的冷卻，“內(nèi)熱立式干餾釜”用“冷氣體”來(lái)冷卻的方法雖然有效但帶來(lái)了工藝上的麻煩以及對(duì)卸炭設(shè)備要求的提高，因?yàn)椤袄錃怏w”的成分即是干餾產(chǎn)生的可燃性氣體，在其燃點(diǎn)以下處理時(shí)存在易燃易爆的危險(xiǎn)性，必須確保出炭時(shí)有效密封，防止空氣混入?？紤]到木炭的熱容很小，高溫的木炭顯熱并不太大，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，不直接接觸空氣情況下間接自然冷卻，火紅的木炭不需太長(zhǎng)的時(shí)間就能達(dá)到常溫狀態(tài)。
根據(jù)以上分析，本發(fā)明人提出移動(dòng)床新的干餾炭化方法是原料憑借重力逐漸下移，與干餾產(chǎn)生的氣體、蒸氣在床層中逆流流動(dòng)，加熱原料達(dá)到炭化起始溫度后從該移動(dòng)床流出，進(jìn)入冷凝器冷凝冷卻形成木(竹)醋液，不凝縮氣體經(jīng)凈化后排放或作能源利用，其特征在于在該移動(dòng)床中下部有控制的導(dǎo)入空氣，進(jìn)入床層中燃燒正在深度炭化過(guò)程中的木(竹)炭產(chǎn)生的易燃成分，與此同時(shí)形成的燃燒氣在601-800℃的溫度下對(duì)這些木(竹)炭進(jìn)行煅燒，煅燒后的木(竹)炭在不直接觸空氣條件下間接冷卻至常溫后卸出。
實(shí)施上述方法尚無(wú)現(xiàn)成的干餾炭化設(shè)備可以借用，鑒此本發(fā)明人同時(shí)提出下述一種干餾炭化爐，特命名為“內(nèi)燃自熱移動(dòng)床干餾炭化爐”。其基本結(jié)構(gòu)與“立式內(nèi)熱干餾釜”一樣為直立筒狀移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化爐，但高度可以大大降低，如

圖1所示，該爐由加料口(1)、進(jìn)料器(2)、干餾氣出口(3)，爐殼體(7)，耐火磚(5)、保溫層(6)、下料管(12)和出料口(13)等組成，其特征在于A、在該爐中下部設(shè)置至少四個(gè)均勻分布且開(kāi)度可調(diào)節(jié)的進(jìn)風(fēng)口(8)；B、下料管(12)由導(dǎo)熱性好的材料制成，其末端設(shè)有帶易開(kāi)啟密封式出料口蓋的出料口(13)。
對(duì)于直徑比較大的這種爐，在與進(jìn)風(fēng)口(8)相近的爐內(nèi)腔中心設(shè)置向爐芯部導(dǎo)入空氣用的外周開(kāi)孔的芯管(10)，其上再安裝起保護(hù)芯管通氣孔和分流物料雙重作用的錐形芯管帽(9)，其下與調(diào)風(fēng)閥(11)相連。
本發(fā)明與上述“直立內(nèi)熱干餾釜”相比有非常明顯的優(yōu)點(diǎn)。第一，把“直立內(nèi)熱干餾釜”將干餾氣爐外燃燒生成燃燒氣作為載熱體送入爐內(nèi)加熱的方式改成將空氣導(dǎo)入爐內(nèi)有控燃燒、燃燒氣直接加熱的方式，縮短了工藝，簡(jiǎn)化了設(shè)備，提高了效率；第二，產(chǎn)品木(竹)炭的炭化度高、導(dǎo)電性好、吸附性佳，木(竹)醋液的折光率高(表示有效成分酚類(lèi)含量高)；第三，革除了兩個(gè)漏斗狀氣體分配裝置，從而避免了因頸縮效應(yīng)產(chǎn)生的堵料之虞；第四，因爐下部不流通“冷氣體”，無(wú)形成爆炸性混合物的危險(xiǎn)性，使卸炭操作和設(shè)備變得非常簡(jiǎn)單，只要一種不出料時(shí)不漏氣的帶易開(kāi)啟壓緊密封式出料口蓋的出料口(13)就可以了，出料時(shí)因時(shí)間短，即使漏點(diǎn)風(fēng)對(duì)作業(yè)也沒(méi)有影響；第五，由于沒(méi)有多支氣流在不同部位進(jìn)出，移動(dòng)床的高度可以大大縮短，從二十多米減到十米左右，甚至于數(shù)米也行，從而成倍地降低爐的造價(jià)以及相關(guān)設(shè)備(例如爐房)的投資。第六，由于床層高度的大大降低，使物料的自重壓力和料層阻力顯著變小，從而提高了對(duì)物料的品種和粒度大小的適應(yīng)性。
圖面說(shuō)明圖1是“內(nèi)燃自熱移動(dòng)床干餾炭化爐”沿中心線的縱剖面圖，表示該爐的基本結(jié)構(gòu)和各構(gòu)(部)件之間的連接。
具體實(shí)施例方式
爐殼體(7)通常由鋼板制成，里面襯耐火磚(5)和保溫層(6)，但也可以?xún)H用磚砌或耐火混泥土澆灌而成；爐腔橫截面形狀通常為圓形，但也可以是矩形，截面尺寸根據(jù)資源情況可大可小，但是如果徑向小于50厘米或大于3米，均不宜采用，前者有可能發(fā)生架橋現(xiàn)象而堵料，帶來(lái)操作上的麻煩，后者因無(wú)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，可能會(huì)碰到一些新的問(wèn)題難以解決。下料管可用金屬材料制作，一般單層就有足夠的冷卻效果，也可以做成夾套，夾套內(nèi)通水等冷卻介質(zhì)加速冷卻，以強(qiáng)化設(shè)備的生產(chǎn)能力；導(dǎo)入空氣的方式可以用鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)，但以吸風(fēng)的方式比較簡(jiǎn)單方便；進(jìn)風(fēng)口(8)通常四周等距分布，但如果是矩形截面的爐，僅在兩對(duì)側(cè)設(shè)置進(jìn)風(fēng)口(8)也行；進(jìn)風(fēng)口(8)的形狀可以是圓形、方形和三角形等任意形狀，但要求開(kāi)度大小能調(diào)節(jié)，最好的是縫形，有利于風(fēng)的均勻分配；加料和進(jìn)料設(shè)備可采用通常的封氣式固體物料加料裝置，本發(fā)明人還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種翻板閥進(jìn)料器，比較適合大尺寸物料的封氣狀態(tài)下加料進(jìn)料。
實(shí)施例按照本發(fā)明的構(gòu)思建造了一臺(tái)慨念爐，總高約6.6米，其中預(yù)熱和干餾炭化段約3.2米、外殼用普通鋼板加工而成，里襯耐火磚，兩者之間充填膨脹珍珠巖保溫材料，有效截面積約0.5平方米；下料管約2.1米，用不銹鋼制造，單層結(jié)構(gòu)，自然冷卻，出料口與出料口蓋之間用壓緊的填料函密封；加料裝置采用前述本發(fā)明人設(shè)計(jì)的翻板閥進(jìn)料器；干餾氣出口通過(guò)管道與冷凝器相連，冷凝器的出口連接引風(fēng)機(jī)，該引風(fēng)機(jī)的電機(jī)利用變頻器調(diào)速。生產(chǎn)時(shí)先用木(竹)炭填滿(mǎn)爐腔，然后開(kāi)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，待風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后逐個(gè)打開(kāi)各進(jìn)風(fēng)口伸進(jìn)點(diǎn)火管點(diǎn)燃木炭，爐溫不斷上升，煅燒段溫度達(dá)到300℃時(shí)，開(kāi)始第一次出料，出好后即關(guān)緊出料口蓋，接著從翻板閥進(jìn)料器加入含水率20-35％的原料，加滿(mǎn)為度，如此每小時(shí)一次，爐溫進(jìn)一步升高，冷凝器流出液逐漸增多，此時(shí)如果爐溫上升過(guò)快，應(yīng)降低引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，反復(fù)調(diào)整直至干餾炭化段的溫度穩(wěn)定500℃左右，此時(shí)煅燒段的溫度達(dá)到700℃以上；最后通過(guò)每次出料量的調(diào)整，使?fàn)t子達(dá)到最大生產(chǎn)能力每日木(竹)醋液產(chǎn)量800-1000千克，木(竹)炭產(chǎn)量300-400千克(由于原料和原料含水率不同)。數(shù)個(gè)月生產(chǎn)和檢測(cè)結(jié)果表明，產(chǎn)品收率(對(duì)原料絕干計(jì))，木(竹)醋液約40-50％，木(竹)炭約20-25％。木(竹)醋液的品質(zhì)，總酸在5％以上，PH值2.2-2.8，溶解焦油在2.5-4.0％，折光率(以折光式糖度計(jì)數(shù)值表示)在8％以上，而常規(guī)木(竹)醋液一般僅為4-6％；木(竹)炭的品質(zhì)，固定碳在85％以上，導(dǎo)電性極好，用萬(wàn)用表直接測(cè)量電阻值大部在10歐以下，而常規(guī)的木(竹)炭均高達(dá)數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)歐，尤其是吸附性甚佳，絕大部分樣品的碘吸附值均在500mg/g以上，而常規(guī)木炭的碘吸附值一般在200mg/g以下，常規(guī)竹炭也只200-300mg/g左右。
權(quán)利要求
1.一種木(竹)材移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化的方法，原料憑借重力逐漸下移，與干餾產(chǎn)生的氣體、蒸氣在床層中逆流流動(dòng)，加熱原料達(dá)到炭化起始溫度后從該移動(dòng)床流出，進(jìn)入冷凝器冷凝冷卻形成木(竹)醋液，不凝縮氣體經(jīng)凈化后排放或作能源利用，其特征在于在該移動(dòng)床中下部有控制的導(dǎo)入空氣，進(jìn)入床層中燃燒正在深度炭化過(guò)程中的木(竹)炭產(chǎn)生的易燃成分，與此同時(shí)形成的燃燒氣在601～800℃的溫度下對(duì)這些木(竹)炭進(jìn)行煅燒，煅燒后的木(竹)炭在不直接觸空氣條件下間接冷卻至常溫后卸出。
2.一種直立筒狀移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化爐，由加料口(1)、進(jìn)料器(2)、干餾氣出口(3)，爐殼體(7)，耐火磚(5)、保溫層(6)、下料管(12)和出料口(13)等組成，其特征在于A、在該爐中下部設(shè)置至少四個(gè)均勻分布且開(kāi)度可調(diào)節(jié)的進(jìn)風(fēng)口(8)；B、下料管(12)由導(dǎo)熱性良好的材料制成，其末端設(shè)有帶易開(kāi)啟密封式出料口蓋的出料口(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直立筒狀移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化爐，其特鉦在于在與進(jìn)風(fēng)口(8)相近的爐內(nèi)腔中心設(shè)置向爐芯部導(dǎo)入空氣用的外周開(kāi)孔的芯管(10)，其上再安裝起保護(hù)芯管通氣孔和分流物料雙重作用的錐形芯管帽(9)，其下與調(diào)風(fēng)閥(11)相連。
全文摘要
一種木(竹)材移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化的方法及與其相適應(yīng)的直立筒狀移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化爐，稱(chēng)為“內(nèi)燃自熱移動(dòng)床連續(xù)干餾炭化爐”。原料與干餾產(chǎn)生的氣體、蒸氣在床層中逆流流動(dòng)，在該爐中下部設(shè)置至少四個(gè)進(jìn)風(fēng)口(8)，有控制的導(dǎo)入空氣，燃燒炭化過(guò)程中產(chǎn)生的易燃成分，生成燃燒氣在601～800℃的溫度下對(duì)木(竹)炭進(jìn)行煅燒；下料管(12)由導(dǎo)熱性好的材料制成，煅燒后的木(竹)炭通過(guò)該下料管間接冷卻至常溫后卸出。經(jīng)日處理原料2噸的慨念爐數(shù)個(gè)月試驗(yàn)表明，本發(fā)明具有投資低，易建造，易操作，不需外加能源，產(chǎn)品收率高、品質(zhì)好等特點(diǎn)，可生產(chǎn)出折光率8％以上的木(竹)醋液，以及固定碳85％以上、電阻率10歐以下和碘吸附值500mg/g的木(竹)炭。
文檔編號(hào)C10B53/02GK1629256SQ20041007504
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者胡福昌 申請(qǐng)人:胡福昌