[发明专利]一种加快生物质热解产气速度并获得纳米级二氧化硅材料的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加快生物质热解产气速度并获得纳米级二氧化硅材料的装置及方法。

背景技术

二氧化硅尽管在许多自然资源中是丰富的，但高纯度的无定形二氧化硅却很少在自然资源中找到。目前已有利用无机材料生产无定形二氧化硅的报道，但其工艺生产成本高，能耗大，环境污染严重。

除此，也有一些从生物质中提取二氧化硅的方法的报道：如专利ZL02807291.X介绍了从稻壳中生产高纯度的无定形二氧化硅的工艺，但都没有考虑有机物及能量利用问题，不能使生物质得到有效的利用。申请公开专利102653406虽然介绍了无氧热解稻壳制取无定形二氧化硅的工艺方法，通过对原料进行酸洗干燥的预处理手段，破坏木质纤维素等大分子链结构以促进热解反应，但没有考虑整个工艺系统中生物质原料含水量对热解产气速度和效率的影响，且热解温度过低易在热解气中产生大分子可凝气体，导致热解气运输管道、燃烧设备壁面出现焦油凝结等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种加快生物质热解产气速度并获得纳米级二氧化硅材料的装置及方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

一种加快生物质热解产气速度并获得纳米级二氧化硅材料的装置，其特征在于，它包括螺旋给料装置、预处理搅拌器、热解装置、燃烧装置、蒸汽发生器及煅烧装置；生物质原料通过所述螺旋给料装置送入预处理搅拌器，搅拌后的生物质原料与所述蒸汽发生器产生的过热水蒸汽混合后进入所述热解装置，所述热解装置析出的可燃气体进入燃烧装置燃烧，所述燃烧装置燃烧所产生的热烟气加热蒸汽发生器产生过热水蒸气，所述热解装置下部的灰渣口排出的灰渣进入所述煅烧装置中煅烧。

上述方案中，所述蒸汽发生器为电蒸汽发生器、燃油蒸汽发生器或燃气蒸汽发生器。

上述方案中，所述蒸汽发生器为燃油蒸汽发生器。

上述方案中，所述燃油蒸汽发生器包括腔体以及设置在腔体内的自下而上依次设置的蛇形盘管、饱和沸腾水箱及双路翅片过热盘管。

一种加快生物质热解产气速度并获得纳米级二氧化硅材料的方法，其特征在于，该方法是先将生物质原料搅拌均匀，然后采用过热水蒸气加热干燥，过热水蒸气的温度为120～150℃，均匀混合干燥后的生物质物料于无氧条件下热解，热解温度为600～800℃，将热解析出的可燃气体燃烧，将燃烧所产生的热烟气加热蒸汽发生器产生过热水蒸气，将热解装置下部的灰渣口排出的灰渣在有氧条件下进行煅烧得到无定形的纳米级二氧化硅材料。

上述方案中，该方法是将生物质原料通过螺旋给料装置送入预处理搅拌器内，与蒸汽发生器产生的过热水蒸气混合加热干燥，均匀混合干燥的物料经过热解装置迅速析出可燃气体，然后将可燃气体通入燃烧装置燃烧，燃烧装置产生的热烟气用于加热蒸汽发生器产生过热水蒸气，热解装置下部的灰渣口定期排出的灰渣在煅烧装置中煅烧冷却后回收为无定形的纳米级二氧化硅材料。

上述方案中，所述煅烧为空气气氛煅烧，煅烧温度为500～800℃。

上述方案中，热解所产生的可燃气体为CO、CO₂、H₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈、C₃H₁₀中的一种或任意两种以上的混合。

上述方案中，所述生物质原料为稻壳。

本发明的有益效果：

1）本发明是一种利用过热水蒸气对生物质原料进行预处理后，加快生物质原料热解析出可燃气体量、并获得纳米级二氧化硅材料的综合利用技术，特征为通过余热产生的水蒸气将生物质原料快速加热干燥后，在600～800℃区间内进行快速无氧热解，破坏生物质中的纤维素、半纤维素、木质素等大分子链，快速析出高热值热解气体燃烧后通入余热蒸汽发生器，产生的水蒸气得到循环利用；热解的剩余固体灰渣通过有氧煅烧，进一步去除残留含碳杂质，最后处理回收获得小于100纳米级的二氧化硅工业材料。

2）水蒸气是由热解反应后的烟气余热加热产生的，既循环利用了烟气余热，也解决了由于常规生物质原料（主要为稻壳）含水量较高，消耗热解反应的热量、导致热解速度和效率降低的问题，同时减少了热解生物质原料（主要为稻壳）过程中焦油产生。