一种生物炭制备装置

技术领域

本发明涉及生物炭制造领域，具体涉及一种生物炭制备装置。

背景技术

生物炭是一种作为土壤改良剂的木炭，具有固氮、固水、吸收重金属离子的作用。生物炭可在300-600℃高温低氧的条件下制得，在农业方面有着重要的应用。

然而，另一方面，在许多行业生产过程中、以及在广大农村作物生产收成后会产生数以亿吨的废弃物，造成严重的资源浪费和环境污染；可被忽视的是，这些废弃物中有许多是富含纤维素、蛋白质、甚至是碳水化合物，例如，药材生产过程每年直接产生非药用部位约7500万吨，加上药材及饮片加工下脚料都残留大量的纤维素、蛋白质、脂质及其他多种微量元素，是一种可循环利用的生物质资源。

当前生物炭制装置主要采用电能传导加热的方式。虽然电能加热可以准确的控制温度，容易满足生物炭反应条件，但是，这类装置耗能较大，结构复杂，更换内部零件难度较大，且存在一定的安全隐患。此外，目前生物炭装置主要应用于试验室或者大型制炭公司，基本没有适用于农民个人使用的小型精准的制炭装置。而传统燃烧式生物炭制备炉，燃烧室与成炭区域相互混合，存在原料炭化效率低，成灰比率高，造成生物炭制备原料浪费的问题。

不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

本发明公开的一个方面解决的技术问题是生物炭制备装置过大的问题，通过优化地将炭化室与燃烧室、以及导热层设置成圆中圆分布、并且把装置各主要构件可拆卸设置，能够更有效地解决生物炭制备装置过大的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种生物炭制备装置，包括炭化室、密闭盖、炭室盖、导热夹层、燃烧室、中桶体、外桶体、隔热装置、内置反应固定装置、区域化隔离板、尾气处理系统、以及外桶盖；所述炭化室与中桶体、以及外桶体均为圆桶状，且由内往外依次分布；所述炭化室与所述中桶体、所述中桶体与所述外桶体均为可拆卸的榫卯镶嵌结构；所述炭化室底部设有进气孔；所述密闭盖设于所述炭化室顶部；所述炭室盖边缘设有挂钩，位于所述炭化室开口处；所述导热夹层由所述炭化室与所述中桶体构成的空间形成，其内部设有导热介质；所述燃烧室由所述外桶体与所述中桶体构成的空间形成；所述隔热装置设于所述外桶体外壁上；所述内置反应固定装置为一未封闭上下端面的圆台，其下端口与所述炭化室可拆卸镶嵌；所述区域化隔离板位于所述内置反应固定装置上端口处；所述尾气处理系统可拆卸地设于所述区域化隔离板上方；所述外桶盖位于所述外桶体开口上，所述内置反应固定装置、区域化隔离板、隔热装置与尾气处理系统装置均位于外桶盖的内部空间内。

进一步地，所述隔热装置为气凝胶隔热层。

进一步地，所述导热夹层填充的导热介质为沙子。

进一步地，所述炭化室的底部为设有阵列进气孔。

进一步地，所述阵列进气孔为圆射线分布的若干小圆孔。

进一步地，所述尾气处理系统包括尾气系统壳体、以及自下往上依次设于壳体内的第一层物理除尘装置、第二层化学除尘装置与第三层物理除尘装置。

进一步地所述区域化隔离板为单向通气设置。

进一步地，所述炭室盖的内表面为凹曲面。

进一步地，还包括设于所述外桶体底部的若干万向轮。

进一步地，还包括设于所述外桶盖上的手柄。

本发明的有益效果如下：

1、制炭效率高；

2、保温层效果好，节能、安全；

3、简化生产过程，周期短；

4、结构简单、可靠性高、易维护；

5、成本低，易于向大众普及；

6、机身布局紧凑，更能节省空间资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的制备生物炭装置的结构示意图；

图2为炭室盖的结构俯视图；

图3为炭化室阵列进气孔的结构示意图。

附图标记说明：

1、外桶盖；2、尾气处理系统；3、第三层物理除尘装置；

4、第二层化学除尘装置；5、第一层物理除尘装置；

6、区域化隔离板；7、内置反应固定装置；8、炭室盖；

9、导热夹层；10、气凝胶隔热层；11、万向轮；

12、炭化室；13、燃烧室；14、外桶体；

21、挂钩；

31、进气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例

如图1所示，为本发明创造提供的一种生物炭制备装置，包括炭化室12、密闭盖、炭室盖8、导热夹层9、燃烧室13、中桶体、外桶体14、隔热装置、内置反应固定装置7、区域化隔离板6、尾气处理系统2、以及外桶盖1。

炭化室12与中桶体、以及外桶体14均为圆桶状，且由内往外依次分布；炭化室12与中桶体、中桶体与外桶体14均为可拆卸的榫卯结构互相镶嵌；从而形成圆中圆筒状分布。

炭化室12采用密闭式内圆柱结构，通过设于炭化室12顶部密闭盖，以及内置反应固定装置7、炭室盖8与炭化室12的镶嵌，最大程度形成密闭低氧空间，从而提高装置制备的炭化效率。密闭盖底部设有出料口，需要出料时，先将炭室盖8移开，将炭化室12取出，再移开密闭盖，将产物从出料口倒出。

内置反应固定装置7为一未封闭上下端面的圆台，其下端口与炭化室12可拆卸镶嵌。

如图2所示，作为优选方案，炭室盖8外缘焊有六个粗钢丝挂钩21，位于炭化室12开口处，使炭室盖8稳固地挂在炭化室12上，从而使得炭化室12得以固定。

如图3所示，炭化室12的底部为设有阵列进气孔31。作为优选，阵列进气孔31为圆射线分布的若干小圆孔，在本实施例中，炭化室12底部直径为40CM，进气孔31洞直径为1CM。

炭室盖8的内表面为凹曲面，有利于烟气的集中处理。

导热夹层9由炭化室12与中桶体构成的空间形成，其内部设有导热介质；作为优选，导热夹层9填充的导热介质为沙子。中桶体外沿焊有弯钩可使导热夹层9悬挂在桶内，方便取出并加入生物质。由于快速高温分解仅能够得到20％的生物炭、20％的合成气和60％的生物油，而慢速高温分解可以产生50％的木炭和少量的油，而沙子比热容大，能够一定程度控制并稳定燃烧室13的导热速度，达到炭化室12慢速热解的条件，能够有效的减缓导热速率，大幅提高制炭率；在导热层的沙子被加热成高温沙后，沙子能在加热时依旧使热解区内温度达到炭化所需的温度(400-600℃)，通过高温沙对生物质进行加热，使炭化室12与燃烧室13的温度保持平衡。另一方面，沙子材料易得，可降低成本低，契合农民的生活工作特点。使用时，将导热夹层9和炭化室12组装好，将生物质原料加入内部反应桶；将可燃物放入燃烧室13中；将沙子加入导热夹层9中，直接密闭。

燃烧室13由外桶体14与中桶体构成的空间形成；燃烧室13底部设有氧气输入口，即直径为1cm的圆形孔洞，由中心孔向外发散形成两周孔洞，呈环形分布开，方便氧气输入使得燃烧室13与其充分混合，完全燃烧。

区域化隔离板6位于内置反应固定装置7上端口处；区域化隔离板6采用单向通气设计，作为模块将炭化室12和尾气处理装置相互嵌合，实现炭化室12筒密闭、制炭区域化，并将炭化室12炭化反应过程中产出的气体导入至尾气处理。

尾气处理系统2可拆卸地设于区域化隔离板6上方；尾气处理系统2包括尾气系统壳体、以及自下往上依次设于壳体内的第一层物理除尘装置5、第二层化学除尘装置4与第三层物理除尘装置3。尾气处理系统2的通气口通过区域化隔离板6与内置反应固定装置7与炭化室12镶嵌，尾处理系统以板扣方式与外桶体14相连并固定无烟化处理，实现环保减排。在本实施例中，系统壳体为一帽子形状，第一层物理除尘装置5、第二层化学除尘装置4与第三层物理除尘装置3位于帽子内部。由于制炭过程中主要产生的污染物是氮、硫的氧化物、甘油、笨等污染物，还会产生释放出大量的可吸入悬浮微粒及二氧化碳，因此，需采用物理和化学处理方式处理。作为优选，本实施例采用三层过滤的方式去除。第一层物理除尘装置5是大孔径滤网过滤，孔径范围在0.1mm-1.0mm，为物理机械除尘装置；第二层化学除尘装置4，化学反应主要成分为生石灰、活性炭分子筛的混合物，除去大量的氮、硫的氧化物，通过类三口烧瓶放置碱性溶液，主要吸收二氧化碳及残留的氮、硫氧化物。第三层物理除尘装置3为0.03mm-0.05mm口径的过滤网作为最后的气体过滤，为静电除尘装置；从而实现本装置反应无烟化处理。由于缺少尾气处理装置，过程中对环境造成影响。

隔热装置设于外桶体14外壁上。作为优选，本实施例中，隔热装置为气凝胶隔热层10。气凝胶隔热层10采用新型Al2O3-SiO2复合气凝胶，其比表面积为123.9m2/g，密度为0.25g/cm3，导热系数为0.029W·m-1·K-1，具有极低的导热系数，超高的憎水性，防火等级达到A级，热处理温度可达到1000℃以上。气凝胶隔热层10能阻燃隔热，由于纳米微孔洞抑制了气体分子对热的传导，防止燃烧室13热量散失，利于减缓生物炭炭化进程、延长炭化时间，从而提高生物炭炭化质量；还可以减少燃料使用，提高生物炭制备的投入产出比，提高制备收益。此外，气凝胶隔热层10保温效果好，气凝胶材料通过减少孔隙直径的办法来降低孔隙中空气的导热率，其平均直径仅为50-60nm，而空气分子的平均自由程约为70nm。所以在狭小的空间里，空气难以流动，从而抑制了空气的对流导热。另外，由于气凝胶中大量微小孔隙均可视为辐射的反射面和折射面，就很好的阻隔了辐射导热。因此，将凝胶隔层置于装置炉最外层，在防止热量散失的同时可以起到规避烫伤等安全隐患。对比应用电能制生物炭的装置，虽然可以做的准确控温，但在制炭过程中，装置的外部温度高达200-300℃，不仅会增加装置的耗能，还有一定的危险性。

外桶盖1位于外桶体14开口上，将内置反应固定装置7、区域化隔离板6、隔热装置与尾气处理系统2装置均罩于其内部空间。

为避免装置与地面的直接接触，从而保护装置底部的完好度，提高装置的使用寿命，于设于外桶体14底部有若干万向轮11，进一步地，于外桶盖1上设有手柄，二者构成便携式移动模块主要由移动铁制滚轮，手柄组成，采用可拆卸式嵌合设计，可以按照需要自行快速组装，方便炉体运输，储藏和在田间移动。

生物炭制备炉整体采用模块化设计，每个部分可以单独拆卸保养更换，降低长期使用维护成本，有利于批量生产。

本发明大大简化了传统肥料的生产过程，采用装置+生物质资源的方式，减少传统肥料复杂的化学处理，只需要将生物质资源置于装置中进行制炭反应，然后取出即可。整个过程生产周期缩短了将近50％，有效降低了生产的成本，原料是广大作物包括药材的非药用部位，成本低且原料提供面广，成本低。

工作步骤：

(1)将已经破碎的生物质放入炭化室当中进行碳化处理，再密闭炭化室。

(2)同时将可燃烧物置入燃烧室当中，再点燃燃烧室，对炭化室进行加热。

(3)生物质在炭化室当中，在常压、温度500-600度条件下热解。

(4)此时燃烧区热量通过导热夹层逐渐向炭化室传递，且气凝胶保温层有效防止热能的散失，减小耗能。

(5)燃烧室内产生的气体从尾气处理装置的烟气出口排除。

(6)2个小时后，热解结束，装置温度冷却至常温，产物从炭化室上端的出料口取出。

以上实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。