[发明专利]一种环保型组合式生物质快速炭化炉及其制炭方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种利用农林废弃物生产生物炭的环保型组合式炭化炉及其制炭方法。

背景技术

我国是农业大国，每年有大量的诸如秸秆等的农林废弃物产生，而这些生物质资源并没有得到充分的利用，不但造成了资源的浪费，还可能污染环境。生物质资源具有来源广泛、易集中处理、低污染、可再生等特点，应用潜力巨大。据统计，我国仅作物秸秆一项，资源总量就已超过7亿吨。其中约有33％-40％被废弃在田间或露天焚烧，不仅造成了生物质资源的严重浪费，破坏了土壤结构、使生产能力下降，还导致了严重的环境污染，威胁交通运输和人们的生产、生活安全。农作物秸秆是一种有机物，它由可燃质，无机质和水组成，主要含有碳，氢，氧及少量的氮，还有少量的硫等元素。对农作物秸秆进行炭化处理制炭是充分利用这些农业废弃物作为生物质原料的有效途径之一。将这些废弃的生物质资源通过炭化技术制备成生物炭、可燃气体、木焦油和木醋液加以多元化开发利用，可以在很大程度上解决可持续发展、节能降耗、环境保护与治理等领域面临的复杂问题，有助于构建低碳高效经济发展模式，对保障国家环境、能源、粮食安全意义重大。

目前，国内外普遍采用的炭化工艺主要有两种：其一是采用破碎挤压制棒处理后全封闭高温炭化炉干馏工艺。在挤压制棒过程中，对原料本身具有的多微孔结构产生实质性破坏，不但炭化难度因密度增加而提高、能耗较大，且以此类炭棒为初级产品进行深加工，还需要重新粉碎。这一系列的加工过程不但使生物炭的组织结构发生了变化，吸附能力减弱，而且工艺复杂，生产成本增加。其二是用明焰式直接加热高温炭化竖炉生产，可直接投放不经任何加工的原料，即不必破碎挤压制棒，但生产出的炭规格不一，且灰分含量较高，炭质和炭量难以保证，也不便于后期深加工。上述两种工艺都需要在600-1000℃高温条件下进行，对炭化炉的要求较高，需要额外投入的能源较多，生产工艺相对复杂，生产成本较高。受到秸秆等原料“运距远、运费高”等成本问题的制约，现有的使用上述大型固定式设备的“集中制炭型”生产模式已经越来越难以满足生物炭产业发展的需求。

目前，市场上已有用于处理秸秆等生物质资源的炭化炉，但因其结构复杂，使得生产成本较高，相应售价也高，因而其在农村的推广应用受到极大制约。近年来，随着半封闭式炭化炉缺氧于馏新工艺的出现，低成本简易制炭技术终于取得突破，如专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的简易颗粒炭化炉及其制炭工艺。但是，该简易炭化炉仍然采用固定式设计，出炭、清炉、维护操作不方便，不易搬运，而且需要将农林废弃生物质集中收集后炭化，增加了运输成本，投料方式单一，安全性较差，由此增加了劳动力投入成本，且生产过程需要水，难以在原材料产地就地炭化。又如申请号是201110073104.1的中国发明专利所描述的组合式生物质颗粒炭化炉及其制炭方法，该炭化炉采用组合式设计，但其冷凝净化系统较为简易，净化效果受到影响，且木醋液的收集效率和效益较低，由此造成了投入产出比较低。

本发明提供的炭化炉采用在150-450℃条件下缺氧干馏分解工艺，对不同粒度的生物质进行直接亚高温炭化，并用加料厚度来控制氧气的供给量，在缺氧的条件下燃烧炭化。用本发明生产的生物质颗粒炭硬度小，孔隙度好，基本保留了原有生物质颗粒的微孔结构和良好的吸附性，加工性能良好，为后期的多元化产品开发与应用奠定了基础。与上述简易炭化炉相比，本发明提供的炭化炉为分体组合式设计，而且制炭过程中排放低，符合环保要求。这些设计与工艺方面的创新改变了现行生产模式、显著降低生产成本、提高安全性。首先，本发明提供的炭化炉不仅继承了前代产品易于拆装、便于移动的特点，更重要的是本产品易于操作，炭化效果好，有环保、节能等优越性。其次，当前市场上众多的炭化工艺需要首先将原材料压制成型，再用炭化炉进行炭化，而本发明提供的炭化炉可直接投放物料进行炭化处理。第三，分体组合式的设计使本款炭化炉一方面可以投入少量能源以提高生产效率和效益，另一方面也可以不投入能源以降低生产成本，从而既可用于企业大规模高效生产，又能方便普通用户使用，因此适宜推广。与已有的组合式炭化炉比，本发明提供的环保型组合式炭化炉既继承了原有组合式炭化炉的种种优势，又大幅度地提高了产品的分离提纯效率，进而可增强产品的市场效益，如用本发明提炼木醋液的效率比申请号是201110073104.1的中国发明专利提高三倍。

本发明提供的是一种拆装方便、易于运输、操作简便的环保型组合式半封闭缺氧干馏炭化炉，以及一种与该炭化炉相匹配的，清洁、环保、高效、低成本的生物炭制备工艺，应用前景广阔。

发明内容