一种稻壳碳化装置及稻壳碳化方法

摘要

本发明公开了一种稻壳碳化装置，所述稻壳碳化装置炉体内壁覆有耐高温隔热材料，可以减小碳化过程中的能量损失，提高热量的利用率；其进料口和出料口都采取了密封措施，可以为热解碳化提供密封缺氧的环境；且设有用于监控的热电偶，可以根据不同物料调节碳化温度；碳化室下部设有内壁光滑钢管，使碳化后的高温稻壳滑到转动滚筒，可使温度迅速冷却，提高碳化质量。本发明还公开了所述装置的稻壳碳化方法，该方法显著降低了碳化稻壳所需的功率消耗和时间，提高成品率，且操作简单，维护方便。本发明方法的稻壳碳化率大于99.7%、成品率大于99.5%、熔点高于1800℃。

说明书

技术领域

本发明涉及稻壳碳化技术领域，特别涉及一种稻壳碳化装置及稻壳碳化方 法。

背景技术

稻壳作为谷物加工的主要副产品之一，是一种量大面广价廉的可再生资 源。稻壳表面坚硬，硅含量高，不易被细菌分解，且堆积密度小，废弃破坏环 境，成为米业企业的包袱，稻壳的开发利用意义重大。碳化稻壳是指稻壳经过 加热至其着火点温度以下，使其不充分燃烧而形成的木炭化物质。其具重量轻、 熔点高、性能稳定、杂质少以及实用方便的特点。适用于钢铁企业中的钢水包、 铁水包、模铸及其他金属表面覆盖保温。碳化稻壳已广泛应用于钢铁、化工、 电子等行业。

在稻壳碳化过程中热解温度对制备的稻壳炭的理化性质影响最为明显。分 别于100-500℃范围内燃烧稻壳制备生物质炭，经分析表明，生物质炭比表面 积、灰分含量、pH值均随热解温度的提高而增加，但稻壳炭产量降低；元素 分析结果表明，制备的生物质炭除富含碳外，还含有大量其他元素，如N、P、 Ca和Mg，热解温度越高，制备出的稻壳炭的P、Ca和Mg等元素含量越高。 厌氧条件下热解农作物秸秆制备的稻壳炭的碳含量随制备温度的提高，含量逐 渐提高，而H和O的含量则逐渐降低。250-650℃条件下热解制备的稻壳炭的 总比表面积随热解温度的升高变大，而微孔孔径随热解温度提升逐渐变小，对 环境污染物的吸附作用也逐渐增强。由此可见，不同温度条件下热解制备的稻 壳炭的成分含量、酸碱度、比表面积以及微孔孔径等均有很大差异。

碳化稻壳生产方法较多，传统方法是露天建碳化窑，碳化过程产生的热烈 及烟气直接排祥空气中，对环境造成严重污染；目前，报道的生物质炭制备技 术主要采用经晾干的稻壳后，置于碳化炉内，通过燃烧室稻壳的有氧充分燃烧 产生的热源或其他热源加热，对热解温度不加控制，这样制备出来的生物质炭 一般热解温度都在500℃以上，制备出的稻壳炭性质难以控制，另外，对所碳 化的稻壳没有进行有效的冷却，不能达到连续生产，达不到根据需要制备合适 生物质炭的目的，而且速度慢，效率低等缺陷。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种稻壳碳化装置，所述稻壳碳化 装置炉体内壁覆有耐高温隔热材料，可以减小碳化过程中的能量损失，提高热 量的利用率；其进料口和出料口都采取了密封措施，可以为热解碳化提供密封 缺氧的环境；且设有用于监控的热电偶，可以根据不同物料调节碳化温度；碳 化室下部设有内壁光滑钢管，使碳化后的高温稻壳滑到转动滚筒，可使温度迅 速冷却，提高碳化质量。

为解决第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种稻壳碳化装置，包括碳化室、滑动炉盖、内壁光滑钢管、滚筒、炉体 支架；所述碳化室顶部中心位置为进料口，滑动炉盖盖于碳化室的进料口；所 述内壁光滑钢管的一端与碳化室底部中心位置的出料口相连接，连接的部位设 有活动炉排，另一端与滚筒相连接；所述滚筒两端设有齿轮，齿轮底部位置设 有电机；所述碳化室右侧的下部固接炉体支架；碳化室的内壁和外壁之间有隔 热材料层，碳化室上部设有进气管和排气管，所述进气管上设有进气阀，所述 排气管带有排气阀；所述碳化室内底部设有环形电加热管，中部设有带温度表 的热电偶和压力计。

进一步地，碳化室与滑动炉盖间设有密封圈，碳化室与内壁光滑钢管间设 有密封圈。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种稻壳碳化方法，本方法显著降 低了碳化稻壳所需的功率消耗和时间，提高成品率，且操作简单，维护方便。

为解决第二个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种稻壳碳化方法，包括如下步骤：

a.将稻壳除杂质后，放入碳化室内，盖上滑动炉盖；

b.接通环形电加热管，通电引燃水稻稻壳，通过控制连接在碳化室中的带 温度表的热电偶、进气阀和出气阀，控制碳化室内温度及压强；

c.打活动火炉排，使经高温碳化的稻壳沿着内壁光滑钢管滑到滚筒，并实 现快速冷却，冷却后，即可从滚筒口收集碳化好的稻壳。

进一步地，步骤a中所述放入碳化室内的稻壳的体积不超过碳化室的4/5。

进一步地，步骤b中接通环形电加热管，通电5-8分钟后，打开进气阀， 使压强达到120-180磅/平方英寸表压，温度在92-115℃，持续20-30分钟；然 后关闭进气阀，打开排气阀，使压强控制在120-180磅/平方英寸表压下，持续 升温至192-208℃，保持30-35分钟；再继续调节碳化室内温度至810-900℃后。 关闭排气阀，使稻壳在密封厌氧环境中进行热解碳化，持续40-50分钟。

进一步地，步骤c中打开活动火炉排，使高温碳化稻壳沿着内壁光滑钢管 滑到滚筒，经速率为25转/分钟滚筒转动，实现快速冷却，持续50-60分钟后， 即可从滚筒口收集碳化好的稻壳。

进一步地，稻壳碳化率大于99.7%、成品率大于99.5%、熔点高于1800℃。

本发明的有益效果

本发明的稻壳碳化方法，由于在碳化稻壳的过程中，对去除残余水分在缺 氧环境中进行热解碳化，缺氧环境可以避免物料燃烧，减少排放物对环境的污 染，提高物料的产出率；在碳化炉中，由于炉体内壁覆有耐高温隔热材料，可 以减小碳化过程中的能量损失，提高热量的利用率；由于进料口和出料口都采 取了密封措施，可以为热解碳化提供密封缺氧的环境；由于采用电加热方式， 并设有用于监控的热电偶，可以根据不同物料调节碳化温度；由于碳化室下部 设有内壁光滑钢管，使碳化后的高温稻壳滑到转动滚筒，可使温度迅速冷却， 提高了碳化质量，本方法显著降低了碳化稻壳所需的功率消耗和时间，提高成 品率，且操作简单，维护方便。

附图说明

图1是本发明的稻壳碳化装置的主视图。

其中：1、碳化室，2、滑动炉盖，3、内壁光滑钢管4、滚筒5、炉体支架， 10、活动炉排，11、碳化室外壁，12、压力计，13、环形电加热管，14、隔热 材料层15、碳化室内壁，161、进气管，162、排气管，17、进气阀，18、排气 阀，19、带温度表的热电偶，41、齿轮，42、电机。

具体实施方式

实施例1

将8kg稻壳经除杂质后，放入碳化室1内，盖上滑动炉盖2。接通环形电 加热管3，通电7分钟，打开与进气阀17连接的空气压缩机，使压强达到170 磅/平方英寸表压，温度在95℃，持续25分钟，除去稻壳中的水分。关闭空气 压缩机，关闭进气阀17，打开排气阀18，使压强控制在170磅/平方英寸表压 下，持续升温至200℃，保持35分钟。继续调节碳化室1内温度9至830℃后。 关闭碳化室上的排气阀18，使稻壳在密封厌氧环境中进行热解碳化，持续45 分钟。抽离活动火炉排10，使高温碳化稻壳沿着内壁光滑钢管3滑到滚筒4， 经速率为25转/分钟滚筒转动，实现快速冷却，持续55分钟后，从滚筒口收集。

实施效果：经过上述方法，共投入水稻壳物料8kg，生产时间为167分钟， 生产出碳化稻壳1.5kg,产率为19%，C含量63%，H含量2.4%，N含量1%， 稻壳碳化率为99.9%、成品率为99.7%、熔点为1830℃。

实施例2

通过滑动炉盖2，将适宜的水稻壳装到碳化室内1，碳化室1内底部两端 采用环形电加热管3，使水稻壳直接加热，从而促使其引燃。碳化室内壁采用 的绝缘材料4减少在燃烧和热解过程中碳化室内臂5的热损失。碳化室1首先 被增压。打开与进气阀17连接的空气压缩机，空气经过进气阀门17输送至碳 化室1中，通过升降碳化室1内部压强，实现所需压强。然后，通电使环形电 加热管13加热碳化室1内的稻壳，在加热过程中可以对碳化室1输送空气助 燃。或者，可先加热稻壳到燃点的温度，然后加入空气，使碳化室1内部达到 所需压强。通过排气阀18从碳化室右上部释放气体，进一步控制碳化室1内 的压强。碳化室1内部温度可通过热电偶9来监测。碳化室1内部压强可通过 压力计12来监测。在点燃前的加热期间，由于稻壳含有水分，容易汽化，压 强会上升。当稻壳点燃时，温度及压强上升的会更快。此时，在环形电加热管 3通电5-8分钟即可关掉开关，以使碳化室1外供能量减至最佳。当压力计12 达到压强指定极限时通过排气阀18释放碳化室内部气体，该指定极限值一般 不超过380磅/平方英寸表压。最佳压强范围控制在120-180磅/平方英寸表压， 以维持燃烧。按每千克干稻壳计算，输送至碳化室1的总空气量不超过1.7千 克。输送空气所需时间取决于空气及料量，在60-90分钟内。经排气阀18和 排气管16释放碳化室1内的气体，以降低碳化室1内的压强。当碳化室1内 的稻壳充分碳化后，经活动火炉排10，沿着内壁光滑钢管3滑到滚筒4，经滚 筒4转动，实现快速冷却，滚筒4两端有齿轮41，齿轮41底部位置有电机42， 电机42同步转动，速率为25转/分钟，最后冷却后的碳化稻壳收集。

在以上条件下，碳化室内的稻壳的准确碳化时间取决于稻壳的水分含量， 但是，一般不超过122分钟。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并 非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述 说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施 方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动 仍处于本发明的保护范围之列。