专利名称：简易玉米芯颗粒炭化炉及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种利用玉米芯颗粒生产炭基缓释肥基质的专用炭化炉和颗粒炭生产方法。
背景技术：
目前，国内外用玉米芯生产炭素主要采用破碎挤压制棒处理，全封闭高温炭化炉干馏工艺。在挤压制棒过程中，对原料本身具有的多微孔性产生实质性破坏。用这种工艺生产出的炭棒作缓释复合肥基质，需要重新粉碎加工。经过破碎挤压制棒、高温炭化、粉碎加工等处理后，玉米芯炭素不但组织结构发生了变化，吸附能力减弱，而且工艺复杂，生产成本增加。用明焰式直接加热高温炭化竖炉生产，虽可直接投放不经任何加工的原料，即不必破碎挤压制棒，但生产出来的仍然是玉米芯炭棒。不论是采用破碎挤压制棒处理后全封闭高温炭化炉干馏工艺，还是采用明焰式直接加热高温炭化竖炉生产工艺，都是在600-1000℃高温条件下进行的。在这样高的温度下生产出来的玉米芯炭棒硬度和强度大，孔隙度少，可用作工业和居民生活用炭，但不适合用作缓释肥基质。且炭化炉和生产工艺复杂，生产成本较高。
本发明为半封闭式玉米芯颗粒炭化炉，采用在260-450℃条件下缺氧干馏分解工艺，对不同粒度的玉米芯颗粒进行直接亚高温炭化，并用加料厚度来控制氧气的供给量，在缺氧的条件下燃烧炭化。用本发明生产的玉米芯颗粒炭硬度小，孔隙度好，基本保留了原有玉米芯颗粒的微孔和良好的吸附性，符合作缓释复合肥基质的基本要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种生产玉米芯颗粒炭的炭化炉。该炭化炉结构简单，操作方便，运行成本低。用该炭化炉生产出的玉米芯颗粒炭硬度小、孔隙度好。
本发明的另一个目的是提供一种玉米芯颗粒炭的生产方法。
本发明的另一个目的是利用上述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭。
本发明的另一个目的是利用上述的炭化炉采用亚高温条件下缺氧干馏分解工艺生产玉米芯颗粒炭。优选的亚高温条件为温度150-450℃，更优选的为温度200℃-450℃，进一步优选的为温度260℃-450℃。
本发明的另一个目的是用加料厚度来控制氧气的供给量，采用机械设备自动控制缺氧条件或人工控制缺氧条件生产玉米芯颗粒炭。优选的，人工控制缺氧条件。
本发明的另一个目的是提供一种玉米芯颗粒炭，可用作工业和居民生活用炭，也可用作农业生产中缓释复合肥基质。优选的，用作缓释复合肥基质。
本发明的另一个目的是提供利用上述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭时所产生的副产品。优选的是产生的木醋，可用作农作物育苗床土调制剂、异味清除剂、土壤改良剂(降低土壤pH值，提高土壤酸性)。优选的，作为水稻育苗床土调制剂、畜禽舍异味清除剂或盐碱地改良剂。
本发明所提供的炭化炉，如图1所示，由炉体1、燃烧器4、排气口5、出料口2组成。为了实现回收该炭化炉生产玉米芯颗粒炭时所产生的副产品的目的，可将排气口与气体冷凝系统连接，用于回收炭化炉生产玉米芯颗粒炭时所产生的副产品，如木醋。冷凝系统可采用现有技术中的任何气体冷凝系统(图中未示出)，只要能够实现将气体冷却凝结成液体即可。优选的，采用水循环气体冷凝系统。
所述的炉体1可以使用任何耐火保温材料制作，如氧化铬材料、锆英石材料、铬锆刚玉材料、复合二氧化硅材料、粘土材料、碱性耐火材料、水泥等，也可用双层钢板中间添加耐火保温材料制作炉体。优选的，用双层钢板中间夹层添加耐火保温材料3制作炉体。钢板的厚度可以为6-10mm，优选的为8mm。钢板中间夹层添加的耐火保温材料优选为石棉丝。
所述的炉体1可根据生产需要制作成长方体形、立方体形、圆柱体形等不同形状。优选为长方体形、立方体形或圆柱体形。
所述的炉体1呈半封闭式，顶部无盖，用于添加或追加物料。通过追加物料控制炉体内氧气供应量。
所述炉体1的体积可根据生产需要制作任意大小。优选的，所述炉体的长、宽、高分别为3m、1.5m、1.5m；另一优选的，所述炉体的长、宽、高分别为5m、1.5m、1.5m。
所述炉体1的一侧的底部，有一出料口2，优选在宽度较窄的一侧，用于出料和从该出料口点燃燃烧器，也起排烟的作用。出料口可为三角形、方形、半圆形或半椭圆形。优选的，出料口为方形或半圆形。出料口的大小可根据炉体体积大小设计，原则上以炉体装入物料后不自动淌落为准，本领域技术人员根据现有技术很容易设计，这里不再赘述。出料口外可装有侧拉门或推拉门，可以设计成网式或板式，本领域技术人员根据现有技术容易设计，图1中未示出，用于控制物料自动淌落或辅助控制炉体内氧气供应量。
所述炉体1上非出料口所在的任一侧设有排气口5，优选的，排气口设在出料口相对的一侧。排气管道可制成三角柱形、方柱形或圆柱形，其高度应大于炉体的高度。优选的，排气管道的高度为2-3.5m；更优选的，排气管道的高度为2-2.5m；另一优选的，排气管道的高度为3-3.5m。
所述炉体1的底部设有燃烧器4，如图2所示。燃烧器的长度应与炉体1的长度相当，以使整个炉体内物料燃烧均匀。燃烧器的作用在于引燃炉体内物料和排烟。燃烧器可用3-7mm厚的钢板制作，优选的，用5mm厚的钢板制作。钢板6应当制成网状或在其上面均匀钻孔，孔的大小以物料颗粒不能通过为准，孔的密度应尽量大，但要保证能够承受炉体内物料的压力。燃烧器可制成三角柱形或半圆柱形。优选的，燃烧器制成三角柱形。进一步的，为了更易于引燃炉体内物料，在燃烧器内设有点火盘7，用于盛装引燃炉体内物料所需的引燃物，如汽油、煤油或其它易燃物等。所述的点火盘应当贯穿整个燃烧器柱体，以使炉体内物料均匀被点燃。
上述炭化炉炉体内温度的监测可用现有技术中的任何温度监测方式，优选的采用机械式或数字式温控仪进行监测，更优选的采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。温控仪可安装在炉体内侧或植于炉体内物料中。优选的，温控仪安装在炉体内侧。
本发明所提供的炭化炉，采用缺氧干馏分解原理，将经过初加工后的玉米芯颗粒逐次、分层装入炉内点燃，实行原料颗粒自燃(不外加热源)，使玉米芯颗粒缺氧加热分解。当温度加热到150℃以上时，玉米芯颗粒的复杂结构开始分解。当温度大于260℃时，分解加剧，并生成焦油、气体和黑色炭素颗粒。
利用所述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤。
所述的选料是指，将农副产品的玉米芯自然风干或人工烘干，使其含水量降至20％以下。优选的，含水量降至16％以下。
所述的物料加工是指，可采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，优选用FB-1型破碎机进行破碎。所述的FB-1型破碎机是本领域的常用机械。粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-10mm；优选的，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-7mm；更优选的，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-5mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。
所述的装炉炭化是指，将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米为宜。优选为15-20厘米。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物可以是汽油、煤油或其它易燃物。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在亚高温条件下缺氧炭化。优选的亚高温条件为温度150-450℃，更优选的为温度200℃-450℃，进一步优选的为温度260℃-450℃。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。用加料厚度控制炉体内氧气供应量，炉体内缺氧条件可采用机械设备自动控制或人工控制。优选的，人工控制缺氧条件。由于该炭化炉是半封闭式，可以直接观察到炉体内物料的燃烧状况，也可以采用机械式或数字式温控仪进行监测。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米，优选为8-10厘米。也可根据炉体内的物料燃烧状况随时补充物料控制氧气供应量，每次追加物料的时间间隔大约为30-40分钟。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米，优选为15-20厘米。
如果炉内温度达不到450℃，易出现“夹生炭”，会降低产品质量。这时应检查新上的物料层是否将下层封闭严实，燃烧器是否出了问题，并根据具体情况及时做出调整。
当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。
图1是炭化炉的结构示意图；图2是燃烧器放大结构示意图；其中(1).炉体，(2).出料口，(3).耐火材料，(4).燃烧器，(5).排气口，(6).有孔网格钢板，(7).点火盘。
技术效果及特点本发明的核心内容是玉米芯颗粒炭专用炭化炉及玉米芯颗粒炭生产工艺。与目前国内外传统的炭化装置和炭素制备工艺相比，本发明的的主要技术效果与特色在于1、目前国内外采用的传统炭化装置都是全封闭式炭化炉干馏分解工艺，生产出的是炭棒，强度和硬度大，微孔少。而本发明利用的是半封闭式炭化炉亚高温缺氧干馏分解新工艺，生产出的是炭粒，强度和硬度小，微孔多。
2、全封闭炭化炉干馏工艺采用的是一次性投料法，用来烧制玉米芯颗粒炭易产生“夹生颗粒”。而本发明采用的是分次分层投料法，在人工监测下进行烧制，颗粒炭质地均匀，无“夹生颗粒”，产成品率高，质量好。
3、炭化炉设计和生产工艺简单易行，容易操作，既适于大规模集中生产，也适于一家一户的小规模生产，成本低。
4、利用本发明提供的炭化炉生产玉米芯颗粒炭，无需外加热源，节约能源，降低成本。
5、本发明采用在150-450℃条件下缺氧干馏分解工艺，对不同粒度的玉米芯颗粒进行直接亚高温炭化，基本保留原有玉米芯颗粒的微孔和良好的吸附性，使其更符合作缓释肥基质的基本要求。
实施例1 炭化炉炭化炉由炉体1、燃烧器4、排气口5、出料口2组成，如图1所示。为了回收排气口5中排出的木醋，排气口与水循环气体冷凝系统相连接，回收木醋。炭化炉炉体为8mm厚双层钢板，用石棉丝做中间保温夹层。炉体为长方体形。炉体呈半封闭式，顶部无盖。玉米芯颗粒炭专用炭化炉具体参数见下表。在炉体1的宽度较窄一侧的底部，有一出料口2，用于出料和从该出料口点燃燃烧器。出料口为方形或半圆形。出料口的大小可根据炉体体积大小设计，原则上以炉体装入物料后不自动淌落为准。出料口外无拉门。炉体1上设有排气口5，设在出料口相对的一侧。排气管道为圆柱形。炉体1的底部设有燃烧器4，如图2所示。燃烧器的长度与炉体1的长度相当，以使整个炉体内物料燃烧均匀。燃烧器用5mm厚的钢板制作。钢板制成有孔网格，孔的大小以炉体内物料颗粒不能通过为准，孔的密度应尽量大，但要保证能够承受炉体内物料的压力。燃烧器为三角柱形，如图2。进一步的，为了更易于引燃炉体内物料，在燃烧器内设有点火盘7，用于盛装引燃炉体内物料所需的引燃物，如汽油、煤油或其它易燃物等。所述的点火盘贯穿整个燃烧器柱体，以使炉体内物料均匀被点燃。炭化炉炉体内温度的监测采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。温控仪安装在炉体内侧。
表1 玉米芯颗粒炭专用炭化炉参数表
实施例2 炭化炉该实施例与实施例1大致相同，不同之处仅在于炉体用6mm钢板制作。炉体为圆柱形，在出料口相对的一侧设有排气口。出料口外设有网状推拉门。燃烧器用3mm的钢板制作，为半圆柱形。温控仪植于炉体内物料中。炉体外形尺寸按实施例1的比例缩小一倍。
实施例3 炭化炉该实施例与实施例1大致相同，不同之处仅在于炉体用10mm钢板制作。炉体为立方体形。出料口为三角形，出料口外设有板式侧拉门。在出料口旁侧设有排气口，排气管道为三角柱形。燃烧器用7mm的钢板制作，为半圆柱形。炉体外形尺寸按实施例1的比例扩大一倍。
实施例4 炭化炉该实施例与实施例1大致相同，不同之处仅在于炉体用混有石棉丝的水泥制作，内有钢筋骨架，这是本领域公知的技术。在出料口相对的一侧设有排气口。出料口外设有板状侧拉门。燃烧器为半圆柱形。炉体外形尺寸按实施例1的比例缩小一倍。
实施例5 玉米芯颗粒炭生产方法利用实施例1-4所述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤。
选料将农副产品的玉米芯自然风干使其含水量降至20％以下。
物料加工采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-10mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。
装炉炭化将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是汽油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。炉体内缺氧条件采用人工控制。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。
冷却出炉当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。
计量包装按照不同的计量要求包装成袋。
实施例6 玉米芯颗粒炭生产方法利用实施例1-4所述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤。
选料将农副产品的玉米芯人工机械烘干，可采用现有技术中的任何烘干机械，含水量降至16％以下。
物料加工可采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-7mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。
装炉炭化将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上15-20厘米。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是煤油或其它易燃物。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在200℃-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。炉体内缺氧条件采用机械设备自动控制，根据现有技术很容易设计，这里不再赘述。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为8-10厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-20厘米。
冷却出炉当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。
计量包装按照不同的计量要求包装成袋。
实施例7 玉米芯颗粒炭生产方法利用实施例1-4所述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤。
选料将农副产品的玉米芯自然风干，含水量降至16％以下。
物料加工采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，优选用FB-1型破碎机进行破碎。粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-5mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。
装炉炭化将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是煤油或其它易燃物。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在260℃-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。炉体内缺氧条件采用人工控制。由于该炭化炉是半封闭式，可以直接观察到炉体内物料的燃烧状况，当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为8-10厘米。每次追加物料的时间间隔大约为30-40分钟。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度15-20厘米。
冷却出炉当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。
计量包装按照不同的计量要求包装成袋。
实施例8 玉米芯颗粒炭用实施例5-7生产的玉米芯颗粒炭与现有技术中的玉米芯炭比较，见下表。
表2 本发明的玉米芯颗粒炭与现有技术中的玉米芯炭比较
实施例9 玉米芯颗粒炭的用途利用实施例5-7生产的玉米芯颗粒炭作为基质生产炭基缓释玉米专用肥料。
利用玉米芯颗粒炭多微孔、强吸附能力，与玉米生长发育所必需的氮、磷、钾及其他营养元素复合，并用酸性膨润土或粘土作粘结剂，制成颗粒状玉米专用高效炭基缓释复合肥。以下混合比例均按重量比混合。
(1)将含氮量为46％的大颗粒尿素、80-100目的玉米芯颗粒炭微粒和粘结剂，按50％、35％和15％的比例混合，用KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒，制成含氮量(N)为23％的颗粒炭缓释氮肥。
(2)将含N11％，P2O546％的磷酸一铵粉、80-100目的玉米芯颗粒炭微粒和粘结剂，按70％、20％和10％的比例混合，用KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒，制成含氮量(N)7.7％，含磷量(P2O5)为32.2％的颗粒炭氮磷复合肥。
(3)将含钾量(K2O)为60％的氯化钾、80-100目的颗粒炭微粒、粘结剂、含锌量(Zn)为23％的硫酸锌，按60％、24％、15％、1％的比例混合，用KP-300型有机肥造粒机进行压力造粒，制成含钾量(K2O)为36％的颗粒炭钾锌复合肥。
(4)取含氮量(N)为46％的大颗粒尿素90份，100目的颗粒炭微粒10份，利用带有加热功能的圆盘式造粒机进行包衣，该步骤采用现有技术中本领域常用的包衣方法，制成颗粒炭单质缓释氮肥。
(5)复混将(1)、(2)、(3)和(4)的制成品按30％、16％、23％和31％的比例复混，并用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。
以上所述的大颗粒尿素、磷酸一铵粉、氯化钾、硫酸锌在农资商店均可买到。酸性膨润土或粘土作粘结剂。KP-300型有机肥造粒机、ZLC-300型搅拌机均是本领域的常用机械。
实施例10 生产玉米芯颗粒炭时所产生的副产品的用途利用实施例1-4炭化炉生产玉米芯颗粒炭时所产生的副产品，优选的是产生的木醋，可用作农作物育苗床土调制剂、异味清除剂、土壤改良剂(降低土壤pH值，提高土壤酸性)。优选的，作为水稻育苗床土调制剂、畜禽舍异味清除剂或盐碱地改良剂。
利用与排气口连接的气体冷凝系统，回收液化的混合物，无须再分离，直接代替现有农作物育苗床土调制剂中的硫酸或硫酸盐，配制农作物育苗床土调制剂，可以有效避免现有育苗床土调制剂由于使用不匀对农作物秧苗造成的伤害。优选的，用作水稻床土调制剂时，每平方米苗床用量为20-50克。利用本发明提供的床土调制剂，秧苗根粗，根系发达，秧茎粗壮。用作畜禽舍异味清除剂时，按体积比兑水成20-50％的溶液喷雾。用作盐碱地改良剂时，按土壤盐碱度每亩使用量为50-100公斤，兑水喷施或拌肥施入。盐碱度大的地块，适当增加使用量。
以上实施例仅用于解释本发明，不能理解为对本发明的具体限制。
权利要求
1.一种玉米芯颗粒炭化炉，其特征在于包括炉体(1)、燃烧器(4)、排气口(5)、出料口(2)。
2.如权利要求1所述的炭化炉，其特征在于所述的炉体由双层钢板中间添加石棉丝制成，钢板厚度为6-10mm。
3.如权利要求1所述的炭化炉，其特征在于所述的炉体由水泥制成。
4.如权利要求1所述的炭化炉，其特征在于所述的燃烧器由钢板制成，为三角柱形或半圆柱形。
5.如权利要求4所述的炭化炉，其特征在于所述的钢板为网状或在上面均匀钻孔，钢板厚度为3-7mm。
6.如权利要求1-5所述的炭化炉，其特征在于所述排气口与冷凝系统连接，回收利用所述之炭化炉生产玉米芯颗粒炭时所产生的副产品。
7.如权利要求6所述的炭化炉，其特征在于所述的副产品为木醋。
8.一种利用权利要求1-7所述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，其特征在于包括选料、物料加工、装炉炭化步骤，其中所述的装炉炭化是指在温度为150-450℃的亚高温条件下缺氧炭化。
9.如权利要求8的方法，其特征在于所述的物料加工是指将玉米芯加工粉碎成直径2-10mm的颗粒。
10.如权利要求8的方法，其特征在于所述的温度为200-450℃。
11.如权利要求8的方法，其特征在于所述的温度为260-450℃。
12.如权利要求8-11的方法，其特征在于所述的缺氧指用加料厚度来控制氧气供给量。
13.如权利要求12的方法，其特征在于所述的控制指机械设备自动控制或人工控制。
14.一种用权利要求8-13所述的方法生产的玉米芯颗粒炭。
15.一种如权利要求14所述的玉米芯颗粒炭的用途，其特征在于所述的玉米芯颗粒炭用作缓释复合肥基质。
16.一种用权利要求8-13所述的方法生产玉米芯颗粒炭时产生的木醋。
17.一种如权利要求16所述的木醋的用途，其特征在于所述的木醋用作农作物育苗床土调制剂、异味清除剂或盐碱地改良剂。
全文摘要
本发明为半封闭式玉米芯颗粒炭化炉，如图1。采用在260－450℃条件下缺氧干馏分解工艺，对不同粒度的玉米芯颗粒进行直接亚高温炭化，并用加料厚度来控制氧气的供给量，在缺氧的条件下燃烧炭化。用本发明生产的玉米芯颗粒炭硬度小，孔隙度好，基本保留了原有玉米芯颗粒的微孔和良好的吸附性，符合作缓释复合肥基质的基本要求。
文档编号C05G3/00GK101045534SQ20071008650
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者陈温福, 刘金, 徐正进 申请人:陈温福