一種稻殼快速熱解裝置及配套系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稻殼快速熱解裝置，以在真空條件下精確控溫、快速熱解、能量自己自足，盡可能降低固定碳產(chǎn)量為目的，主要適用于稻殼先自熱快速熱解、后控溫氧化生產(chǎn)納米二氧化硅的工藝中。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是水稻生廣大國，年廣水稻約2億噸,折算成稻殼約4千萬噸。然而稻殼只是作為水稻加工副產(chǎn)物沒有被充分利用，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]眾所周知，稻殼由兩大部分組成:約20%無機(jī)部分和約80%有機(jī)部分。其中無機(jī)部分中94wt%是二氧化硅，是目標(biāo)產(chǎn)物；其余6wt%包括K20，CaO, MgO, MnO, A1203，F(xiàn)e203等，這些堿金屬的雜質(zhì)元素與有機(jī)基質(zhì)形成弱結(jié)合，不與二氧化硅混合或結(jié)合。有機(jī)部分包含約32wt%的纖維素、21wt%的半纖維素、24wt%的木質(zhì)素以及3wt%&其它類(如油脂、蛋白等)。從生物質(zhì)熱解反應(yīng)機(jī)理分析，半纖維素主要在225?350°C分解，纖維素主要在325?375 °C分解，二者主要產(chǎn)物是揮發(fā)性物質(zhì)，木質(zhì)素主要在250?50(TC分解，主要產(chǎn)物是炭。重要的是熱解產(chǎn)物揮發(fā)性物質(zhì)中的焦油若停留時(shí)間過長(zhǎng)，未能及時(shí)脫離高溫環(huán)境，就會(huì)發(fā)生二次裂解并形成最終產(chǎn)物炭被固定在固體產(chǎn)物中，完全可能擴(kuò)散到無定形二氧化硅的微孔部分，加大后續(xù)氧化單元的氧化難度，進(jìn)而導(dǎo)致最終產(chǎn)品白度不達(dá)標(biāo)，殘?zhí)亢扛?，失去利用價(jià)值。因此利用稻殼生產(chǎn)納米二氧化硅不再是簡(jiǎn)單的熱解或炭化，重點(diǎn)需要的是在控溫?zé)峤膺^程中稻殼的有機(jī)組分要裂解徹底，同時(shí)要避免裂解中由深層向外層擴(kuò)散的有機(jī)揮發(fā)分在稻殼顆粒內(nèi)部的二次分解，盡可能地避免增加炭的產(chǎn)量。
[0004]武漢凱迪科技發(fā)展研究院有限公司專利(申請(qǐng)?zhí)?00610104569.4)描述了一種生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理裝置，其設(shè)備包括炭化器和干燥器，外加熱源經(jīng)過炭化降溫?fù)Q熱后進(jìn)入干燥器干燥生物質(zhì)。該裝置有兩大缺陷:第一，炭化器內(nèi)壓力為微正壓狀態(tài)，生物質(zhì)內(nèi)部熱解產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)不能快速導(dǎo)走，停留時(shí)間高過2秒的結(jié)果是揮發(fā)分在生物質(zhì)內(nèi)部或外表面發(fā)生二次裂解生產(chǎn)最大量的固定碳；第二，產(chǎn)用高溫氣體作為熱載體，在本裝置中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的物料受熱不均勻，局部裂解不充分的現(xiàn)象發(fā)生。因此該裝置不能適用于利用稻殼生產(chǎn)納米二氧化硅的工藝中。
[0005]河南省科學(xué)院能源研究所有限公司專利(申請(qǐng)?zhí)?00620135283.1)描述了一種生物質(zhì)連續(xù)熱解裝置，設(shè)有熱氣源進(jìn)口、煙@和進(jìn)料口，殼體內(nèi)的連續(xù)熱解裝置包含多組上下排列的加熱運(yùn)輸絞龍，絞龍支筒之間首尾相連，設(shè)有集氣管和燃?xì)獬龉堋Ｔ撗b置同樣有兩大缺陷，即不能避免揮發(fā)分的二次裂解和物料受熱不均勻，局部裂解不充分。因此該裝置同樣不能適用于利用稻殼生產(chǎn)納米二氧化硅的工藝中。
[0006]李效時(shí)專利(申請(qǐng)?zhí)?00310117565.9)提出了快速熱裂解500公斤稻殼制取一噸生物油的方法。該方法包括對(duì)稻殼進(jìn)行干燥、粉碎，然后通過物料輸送系統(tǒng)進(jìn)入熱裂解反應(yīng)器，并對(duì)反應(yīng)所得的產(chǎn)物進(jìn)行分離得到生物油。該方法提及了物料的無氧狀態(tài)、物料在系統(tǒng)中的停留時(shí)間、物料熱解的最高反應(yīng)溫度、總壓力以及熱解氣體的二次快速冷卻。但僅限于對(duì)方法進(jìn)行探討，沒能深入、詳細(xì)地對(duì)反應(yīng)裝置進(jìn)行說明。
[0007]中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所專利(申請(qǐng)?zhí)?00420078435.x)提供了一種生物質(zhì)流態(tài)化氣化爐，由加料器、氣化爐本體和保溫夾套組成，加料器與氣化爐本體下部相連，氣化爐本體設(shè)在保溫夾套內(nèi)。本專利提供的生物質(zhì)流態(tài)化氣化爐可以利用稻殼氣化來獲得熱解氣，但在氣化過程必然存在一個(gè)氧化區(qū)，其間的溫度遠(yuǎn)高于稻殼裂解、氧化所要求的600°C的溫度，所含的二氧化硅或與堿金屬形成低溫共融物，或無定形狀態(tài)轉(zhuǎn)化為晶體結(jié)構(gòu)。因此該裝置同樣不能適用于利用稻殼生產(chǎn)納米二氧化硅的工藝中。
[0008]綜上所述，我們必須針對(duì)現(xiàn)有裝置的不足，提供一種能適應(yīng)稻殼熱解、氧化生產(chǎn)納米二氧化硅工藝的熱解裝置，同時(shí)滿足以下幾點(diǎn):通過精確控溫避免物料受熱不均勻，局部裂解不充分；提供高的升溫速度實(shí)現(xiàn)稻殼快速熱解；控制極短的氣相停留時(shí)間避免揮發(fā)分的二次裂解，應(yīng)可能減少固定碳的產(chǎn)生。因此控溫?zé)峤庋b置與控溫氧化裝置同屬關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種稻殼快速熱解裝置，可以對(duì)稻殼熱解的溫度實(shí)現(xiàn)精確控制，避免物料受熱不均勻，局部裂解不充分，確保生產(chǎn)過程無定形二氧化硅不發(fā)生相變；提供高的升溫速度實(shí)現(xiàn)稻殼快速熱解；控制極短的氣相停留時(shí)間避免揮發(fā)分的二次裂解，應(yīng)可能提高生物油的產(chǎn)量，減少固定碳的產(chǎn)生；稻殼熱解所需的熱能全部來源稻殼裂解氣的燃燒，實(shí)現(xiàn)能源自給自足；完全滿足利用稻殼大批量、連續(xù)生產(chǎn)的實(shí)際需求。
[0010]本發(fā)明裝置采用如下的技術(shù)方案:一個(gè)不銹鋼材質(zhì)的熱解反應(yīng)器殼體上部設(shè)有真空上料器(1)，通過上端的進(jìn)料口與熱解反應(yīng)器殼體(4)緊密相連維持反應(yīng)器與外部空氣隔絕；熱解反應(yīng)器殼體下部通過出料口與料倉(5)緊密相連，料倉(5)上方和下端出口分別設(shè)兩道氣動(dòng)閘閥維持反應(yīng)器與外部空氣隔絕；反應(yīng)器(4)內(nèi)部垂直設(shè)置多組熔鹽加熱器
(2)，各組熔鹽加熱器(2)排列緊密，密集分布在反應(yīng)器(4)內(nèi)部；反應(yīng)器(4)殼體右上方設(shè)燃?xì)獬隹冢獠堪错樞蛞来闻c回轉(zhuǎn)式顆粒分離器￠)、快速冷凝器(7)、棉絨過濾器(8)、真空緩沖罐(9)及羅茨真空泵(10)相連，分離的可燃性氣體進(jìn)入燃燒室(13)燃燒，產(chǎn)生的熱量加熱作為熱載體的高溫熔鹽(3)。實(shí)現(xiàn)能量自給自足。
[0011]上述熔鹽加熱器(2)外觀上看是一根根直立的不銹鋼盤管，從其頂端一直延續(xù)到最末端，不銹鋼盤管表面是最終的加熱面，各環(huán)行滑道密集、平行環(huán)繞向下，完全浸泡在熱解反應(yīng)器內(nèi)部充盈高熱值的高溫熔鹽中。熔鹽加熱器垂直、密集分布在反應(yīng)器內(nèi)部，確保從進(jìn)料口落下的稻殼都落在高溫的環(huán)行滑道表面，在重力作用和負(fù)壓牽引下沿不銹鋼盤管表面緊密接觸環(huán)行下滑，完成快速升溫、快速熱解。本熔鹽加熱器及附屬系統(tǒng)為本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之一。
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