一種稻殼控溫氧化生產(chǎn)納米二氧化硅的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種控溫氧化裝置，尤其是指一種含碳二氧化硅的控溫氧化裝置，主要適用于利用稻殼生產(chǎn)納米二氧化硅的工藝中。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是水稻生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)水稻約2億噸，折算成稻殼約4千萬(wàn)噸。然而稻殼只是作為水稻加工副產(chǎn)物沒(méi)有被充分利用，不僅浪費(fèi)了資源，同時(shí)也給農(nóng)村環(huán)境改善造成了極大的環(huán)保壓力。事實(shí)上稻殼中約含15?20%的無(wú)定型二氧化硅，且二氧化硅原生粒徑均在50nm左右，分布均勻，是一種寶貴的可再生的納米礦物資源。因此稻殼熱解-氧化工藝可以作為當(dāng)今生產(chǎn)納米二氧化硅的又一重要途徑。與氣相法、溶膠凝膠法相比，又具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì):首先是原料稻殼來(lái)源廣泛且非常廉價(jià)，容易獲得；其次是噸產(chǎn)品設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝非常環(huán)保，基本不會(huì)產(chǎn)生高污染的廢水、廢氣及固體廢棄物，且節(jié)水節(jié)能，生產(chǎn)過(guò)程中能量自己自足；最重要的是利用稻殼熱解氧化生產(chǎn)的納米二氧化硅產(chǎn)品性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)沉淀法和溶膠凝膠法生產(chǎn)的二氧化硅，能與氣相法二氧化硅相提并論，在相當(dāng)多的領(lǐng)域可以替代氣相法二氧化硅。
[0003]遺憾的是目前稻殼的利用僅限于作為鍋爐燃料熱源，在燃燒過(guò)程中通入大量的空氣，盡可能地提高燃燒效率和溫度。由于燃燒時(shí)內(nèi)部溫度過(guò)高，絕大部分時(shí)間超出700°C，甚至超出1000°C，其中二氧化硅已經(jīng)發(fā)生相變，由無(wú)定形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w結(jié)構(gòu)，已基本無(wú)利用價(jià)值。
[0004]顯然稻殼能否充分被利用并體現(xiàn)其真正的價(jià)值，取決于熱解和氧化過(guò)程中能否保存其二氧化硅天然、原始的納米狀態(tài)，取決于在熱解氧化過(guò)程中能否實(shí)現(xiàn)盡可能高溫氧化徹底，能否實(shí)現(xiàn)溫度嚴(yán)格控制且保證受熱均勻，避免局部放熱，局部納米結(jié)構(gòu)被破壞。因此控溫氧化裝置非常關(guān)鍵。
[0005]1993年日本人杉田修一在中國(guó)的專利申請(qǐng)CN93116790.6涉及一種生產(chǎn)活性稻殼灰的裝置，是一種間歇式焚燒裝置，簡(jiǎn)單易行，不需要電、燃?xì)饣蚱渌紵裏嵩?，是一種可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)稻殼灰的方法。但這一技術(shù)方案存在多方缺陷:一是稻殼堆積炭化和灰化時(shí)，其中的熱量沒(méi)有及時(shí)有效地導(dǎo)出，在內(nèi)部積聚造成焚化溫度依然過(guò)高，達(dá)700?750 °C,研宄表明稻殼焚燒溫度超過(guò)600 °C時(shí)，其中二氧化硅的納米微粒已經(jīng)開(kāi)始團(tuán)聚，納米結(jié)構(gòu)被破壞；超過(guò)1000°C二氧化硅的無(wú)定形狀態(tài)就轉(zhuǎn)變?yōu)榫w結(jié)構(gòu)。二是該裝置稻殼堆積的錐形體積不能過(guò)大，生產(chǎn)規(guī)模受到限制，同時(shí)稻殼燃燒的熱能沒(méi)有得到有效利用，造成能源浪費(fèi)。二是雜質(zhì)碳不能徹底氧化去除。
[0006]中國(guó)歐陽(yáng)東的專利申請(qǐng)CN200410026459.5涉及一種稻殼焚燒裝置及其生產(chǎn)的納米結(jié)構(gòu)二氧化硅稻殼灰，沒(méi)有解決稻殼燃燒的連續(xù)性問(wèn)題，故產(chǎn)量低、能量損耗大，已完成燒制的稻殼灰沒(méi)能及時(shí)離開(kāi)高溫環(huán)境，未能實(shí)現(xiàn)快速冷卻，二氧化硅寶貴的無(wú)定形態(tài)仍可能被破壞。再者明火燃燒，溫度控制反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，同樣容易破壞二氧化硅的無(wú)定形態(tài)。此夕卜，該裝置的容器底板密集分布小孔徑的小孔，稻殼化為灰燼時(shí)，仍不能避免稻殼灰的流失，同時(shí)雜質(zhì)碳不能徹底氧化去除。
[0007]中國(guó)胡大為、胡小芳的專利200520062927.4涉及一種用稻殼燒制納米二氧化硅的裝置，燃燒室折回平行、四級(jí)串聯(lián)，內(nèi)部物料定向螺旋推進(jìn)通過(guò)控制熱交換套管冷卻水流量和空心軸的空氣供給速度來(lái)控制稻殼的焚燒溫度在600°C左右，能連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品能迅速脫離高溫環(huán)境保證二氧化硅的納米結(jié)構(gòu)且能量回收利用。但這一技術(shù)方案仍然存在多方缺陷:首先，明火燃燒，溫度控制反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，同樣容易破壞二氧化硅的無(wú)定形態(tài)。其次，燃燒產(chǎn)生大量煙塵，污染環(huán)境同時(shí)物料被夾帶，損失嚴(yán)重。再者，該裝置的本身設(shè)計(jì)決定了稻殼不能實(shí)現(xiàn)徹底燃燒，最終產(chǎn)品含碳量會(huì)非常高，要制得高純度的納米二氧化硅后續(xù)處理工藝難度大，成本高，不利于推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種主要適用于利用稻殼熱解、氧化生產(chǎn)納米二氧化硅的工藝中，可以時(shí)時(shí)控制含碳二氧化硅的氧化進(jìn)度、氧化深度以及氧化的溫度，能夠充分利用氧化過(guò)程中產(chǎn)生的熱能，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、連續(xù)生產(chǎn)完全納米結(jié)構(gòu)的納米二氧化硅的裝置。
[0009]本實(shí)用新型一種稻殼控溫氧化生產(chǎn)納米二氧化硅的裝置包括有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的氧化筒、一組高溫空氣分布管、一組物料輸送器、一套傾角可調(diào)的固定外殼保溫支撐以及一個(gè)固氣分離收集裝置，上述氧化筒是用不銹鋼沖孔板卷制而成，筒體內(nèi)襯600或1000目不銹鋼鋼絲網(wǎng)，不銹鋼抄板均勻分布于內(nèi)，氧化筒一端外設(shè)耐高溫密封軸承，通過(guò)變頻調(diào)速電機(jī)和減速機(jī)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，控制物料在筒內(nèi)的停留時(shí)間，氧化筒筒體與外部固定外殼保溫支撐通過(guò)滾圈和托輪固定，防止筒體發(fā)生軸向移動(dòng)超出允許的范圍。
[0010]上述高溫空氣分布管在裝置內(nèi)部呈水平均勻分布，選用不銹鋼304材質(zhì)，外部與空氣儲(chǔ)罐相連，空氣預(yù)熱通過(guò)熱交換器利用余熱，空氣的溫度和流量可控可調(diào)。選用的空氣亦可是氧氣或者二者按比例的混合氣體。該氣體通過(guò)高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)可以部分循環(huán)利用，亦可用來(lái)干燥需要干燥的稻殼原料。
[0011]上述物料輸送器通過(guò)旋轉(zhuǎn)供料器與料斗相連，通過(guò)變頻調(diào)速電機(jī)和減速機(jī)控制供料速度，物料輸送器通過(guò)耐高溫密封軸承與旋轉(zhuǎn)氧化筒相連并直接深入氧化筒內(nèi)部，物料輸送器的外套筒、軸及葉片均選用不銹鋼材質(zhì)，物料輸送器外包裝隔熱保溫材料。
[0012]上述固定外殼保溫支撐外型上可選用上圓下方結(jié)構(gòu)，普碳鋼內(nèi)襯保溫隔熱材料，尾部與固氣分離收集裝置相連，固定外殼保溫支撐與水平面有一定的夾角Θ，呈傾斜安裝，傾斜角度Θ可調(diào)。
[0013]上述固氣分離收集裝置上端為氣體出口，外部與耐高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)相連，下端為下料斗，與旋轉(zhuǎn)供料器或氣動(dòng)閘閥相連，中后部設(shè)觀察孔。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，各種性能顯著改善，具體情況如下:
[0015]本實(shí)用新型裝置采用旋轉(zhuǎn)氧化筒，可避免物料長(zhǎng)時(shí)間堆積，實(shí)現(xiàn)均勻受熱，均勻氧化；采用空氣為載熱體，控制物料氧化速度和進(jìn)度，并可迅速帶走碳氧化釋放的熱量，實(shí)現(xiàn)熱能再利用。
[0016]本實(shí)用新型裝置通過(guò)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)氧化筒轉(zhuǎn)速和整體支撐與水平的傾角，控制物料在旋轉(zhuǎn)氧化筒內(nèi)的停留時(shí)間。
[0017]本實(shí)用新型裝置物料呈無(wú)明火燃燒氧化，內(nèi)部焚燒溫度完全控制在600°C以下，且控溫均衡，可確保生產(chǎn)過(guò)程無(wú)定形二氧化硅不發(fā)生相變。
[0018]本實(shí)用新型裝置完全實(shí)現(xiàn)利用稻殼大批量、連續(xù)生產(chǎn)納米二