[实用新型]一种制造生物碳的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种材料加工装置，具体地说涉及一种用家畜粪便、农作物秸秆、稻壳、花生壳、蔗渣等生物质制造生物碳的装置。

背景技术

科学家们将以生物质为原料，在无氧状态下干馏、热解所形成的一种炭质材料称为“生物碳”。生物碳是炭的一种形式，可以长期保存在土地中而不被分解成二氧化碳。埋到地下后可以有几百至上千年不会消失。

理论上任何植物或家畜排泄物都可以在无氧环境下热解、碳化、活化后形成生物碳。制造生物碳的生物质来源广泛，如家畜粪便、农作物秸秆、稻壳、花生壳、蔗渣等。

我国长期以来施肥比例严重失调，重化肥，轻有机肥；重氮肥，轻磷、钾肥；重大量元素，轻微量元素。据农业部统计，1998年全国化肥施用总量达到4085万吨，与发达国家比较相当于损失20％的养分。投肥效益下降，增肥不增产，增产不增收。据调查，20世纪50年代我国每公斤化肥可生产粮食15公斤，70年代为9公斤，90年代为7公斤左右。

施肥不合理还造成农产品品质下降，危害人类健康。表现为瓜果不甜、饭菜不香、棉麻纤维变短，食品中有害的硝酸盐含量上升。居民消费量较大的几种主要蔬菜(尤其是叶菜、根菜)的硝酸盐含量已严重超标，对人类健康构成潜在威胁。由于施肥不合理，造成农作物生理病害加剧，水果外形、口感不佳，耐储性下降等，不仅影响我国人民的生活质量和食品安全，更严重削弱了我国农产品在国际市场上的竞争力，直接影响出口创汇。

我国五大湖泊的水体已不同程度受到了污染。就太湖水体富营养化而言，来自农田流失的氮素占了氮素入湖总量的23％。

为了解决上述问题，中国开始实施“沃土工程”。该工程的目标是：

(1)改善土壤理、化性状；有效提高土壤有机质，增加化肥利用率，增强植物抗逆能力；

(2)提供植物生长所需的均衡养分；

(3)激活土壤微生物，长久保持土壤活力；提高耕地质量，是发展粮食生产、巩固和提高农业综合生产能力的根本性措施。

(4)使土壤肥力提高1个等级，肥料利用率提高10％，粮食生产能力提高10％左右。

生物碳可以长期稳定地存在于自然界中，具有持久性的肥田沃土，促进土壤中微生物繁殖，促进植物生长，对二氧化碳吸收，使空气中二氧化碳减少的功能。

生物碳富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以改善土壤的透气性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。

生物碳在农业领域所具有的独特性能，使其在中国实施“沃土工程”过程中，起到重要的、不可替代的作用。

生物碳的使用，肥了土地、富了农民。因此生物碳的需求量越来越大，仅从改良土壤角度粗略估计，我国农田对生物碳最低需要量可能在17.6亿吨左右。

随着经济发展，环境的承载能力降低，环境保护意识不断加强，促使各种污水处理后的排放标准不断提高。为了达到新的排放标准，活性碳被用于各种难以用生化方法处理的污水的深度处理。由于传统的生产活性碳的工艺生产成本高，造成活性炭价格昂贵，无法大规模用于污水处理。大量的研究证明，生物碳去除污水中的污染物有良好的效果。

用传统的制造木炭的工艺和设备来进行大规模、工业化、低成本地制造生物碳是不切实际的。

虽然制造生物碳的生物质原料价格便宜，但是，制造生物碳的生物质原料如：家畜粪便、农作物秸秆、蔗渣等均含有大量的水分，在制造过程中，温度变化大，由预热阶段100多度到碳化、活化阶段的600-850℃，体积变化大，最后的生物碳产品只有原料体积的8-30％。预热阶段低温时设备排除的烟气温度很低，但是在碳化、活化阶段600-850℃高温运行时，排出的烟气温度高达400多度，烟气热损失大，高温加工后的产品温度也很高，带走大量的热量。生产流程从加入原料、预热、碳化、活化，加工周期长，设备投资大，生产成本高！

在用生物质制造生物碳的过程中，如何能够可控制地：

(1)对原料进行碳化、活化处理时，将碳化、活化阶段的高温烟气对原料进行预热处理，将烟气中的余热回收利用；

(2)将生产出来的高温生物碳输送到专门的设备中，利用高温生物炭中的热量对燃料的助燃空气进行加热，将生物碳中的余热回收利用；

(3)将预热阶段产生的水蒸汽作为活化阶段需要的水蒸汽，将预热阶段水蒸汽中的热量回收利用。可以节约大量的能源。

(4)将预热、碳化、活化阶段产生的混合气体进行净化分离处理，将其中的不凝可燃气输送到燃烧室，作为碳化、活化的燃料，将其中的可利用能源回收利用，减低生产成本。