[发明专利]一种水冷控温可连续生产无定型纳米SiO2

说明书

本发明公开了一种水冷控温可连续生产无定型纳米SiO₂的稻壳焚烧装置。所述装置对加热部件和热交换系统进行了改进，将加热部件设为多个加热元件，热交换系统中发挥热交换作用的水管设为多弯折输水管。本发明所述稻壳焚烧装置通过改进加热元件和多弯折输水管，即可以长时间的维持稻壳内部温度不超过600℃，且稻壳内部各处的温度较为接近，不会出现局部高温的现象，提高无定型SiO₂的生成量；同时还能够充分的吸收和利用稻壳焚烧产生的热量，提高能热量的利用率；进一步地，还通过温控系统、增压泵以及加热元件控制开关的改进，使得装置可以实时在线监控稻壳内部的温度，解决稻壳内部温度过高、局部温度过高等情况。

技术领域

本发明涉及利用稻壳制备无定型纳米二氧化硅技术领域，更具体地，涉及一种水冷控温可连续生产无定型纳米SiO₂的稻壳焚烧装置。

背景技术

对稻壳等农业废弃物的高质化利用，对社会的可持续发展具有极其重要的意义，是世界的重大科技发展问题。根据联合国粮食与农业组织提供的最新数据表明，2018 年全世界生产的稻谷大约7.69亿吨，稻壳质量约占20％，由此可见稻壳资源十分丰富。但到目前为止，稻壳仍未找到很好的开发利用途径，大部分地区过去长期将稻壳当作猪或家禽的饲料。事实上，稻壳营养价值极低。不少农村地区，将稻壳灰当做农业废弃物，只能就地焚烧，一方面浪费了资源，另一方面也严重污染空气环境。事实上，数量庞大的农业废弃物稻壳中含有大约20％的无定形SiO₂，这是一种宝贵的矿物资源，应当设法加以提取利用。

虽然稻壳灰的经济价值巨大，但如何大量制取低温高活性的稻壳SiO₂依然是个难题。稻壳所含热量很高，少量稻壳堆聚焚烧内部温度就可能超过1000℃。然而稻壳只有在600℃以下进行控温燃烧，才能使得大部分SiO₂转化成为无定型SiO₂，超过800℃后，就容易转化成活性很低的结晶态SiO₂。

为了得到更高产率的无定型SiO₂，1993年8月26日，日本人杉田修一在中国申请了“生产活性稻壳灰的装置”的发明专利(申请号为CN93116790.6)，其公开的间歇式箱式焚烧装置，简单易行，不需要电、燃气或任何其它燃烧热源，是一种可较大规模实现工业化生产稻壳灰的方法。但是其存在三个方面的缺陷：一是热量没有导出；二是产量小；三是燃烧热量没有得到利用。而专利CN200410026459.5针对上述缺陷一进行了改性，提供了一种可产出纳米结构SiO₂稻壳灰的稻壳焚烧装置专利中，将稻壳产生的热量尽量了利用，用来加热水，但是一方面，其仍然存在装置内部的温度不均匀，热量利用率不高的问题。而针对这一问题，专利CN201220345572.X提出了改进，通过将热交换管换成U形管，环绕燃烧炉体内壁一圈，但是这一装置由于加热元件设置在稻壳内部，而U形热交换管环绕燃烧炉体内壁一圈，仍然容易导致稻壳内部的温度分布不匀，容易导致局部温度过高，从而导致无定型SiO₂的生成率较低，同时稻壳内部热量的应用率仍然具有较大的提升空间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有利用稻壳灰制备无定型SiO₂装置中存在的问题和不足，提供一种水冷控温可连续生产无定型纳米SiO₂的稻壳焚烧装置。本发明所述装置通过将加热元件均匀的分布于加热炉体内部，同时还将热交换水管设计成为来回多次弯折的形状，可以均匀的分布于稻壳中，便于更加充分吸收稻壳释放的热量，降低稻壳内部的温度，使稻壳内部的温度较为均匀且温度稳定维持在600℃以下，提高无定型SiO₂的生成率，同时更加充分的利用稻壳释放的热量。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：