一种有机废物制备生物炭的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤：1）有机废物与高温生物炭混合，其被加热灭菌，所产生的水汽及粉尘排出；2）上步得到的物料进入混合干燥机中，在微波与低温烟气的作用下干化、灭菌；所得物料进入进料仓，过程中产生的水汽及粉尘排出；3）进料仓中的物料进入炭化机中炭化，副产物混合气进入燃烧器燃烧，产生的高温烟气预热由鼓风机抽入的室温空气，高温烟气变为低温烟气，室温空气温度上升并进入燃烧器中；4）高温生物炭经分料阀分料，一部分进入混合锥斗，剩余的送入冷却系统中冷却，出料，得成品。本发明的能量利用率高，外界输入能量少，工况稳定，环保节能；工艺能够连续运行，炭化效率高，能适应处理不同的有机废物。
【专利说明】一种有机废物制备生物炭的工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有机废物制备生物炭的工艺。
【背景技术】
[0002]有机废物制备生物炭具有污染防治与资源利用的双重功效，被认为是综合开发利用有机废物资源的重要途径之一。然而，有机废物由于含水率高、种类复杂等特性，使制备生物炭过程能耗大、成本高，制备系统不适应，制约了有机废物炭化技术的应用。尤其是当物料水分较大时，现有的针对作物秸杆(CN 102786939 A:一种农作物秸杆连续炭化炉)、木材的炭化系统(CN 102911675 A:—种用于木质原料炭化的干馏炭化炉及炭化方法)就难以适用于粘性高、含水率高的市政污泥或畜禽粪便的炭化。因此，急需开发适用范围广的有机废物炭化系统与工艺。
[0003]为了提高炭化技术的应用水平，现有技术主要从降低能耗、提高能效和节约成本等方面开展炭化系统及工艺的研发:从提高系统余热利用效率角度，进行节能；或从利用废弃生物质能作为替代能源，以降低运行成本。如专利CN 102320711 A (环保资源化污泥处理系统)的说明书中公开的污泥处理制备生物炭工艺中，采用以废油脂为干燥炭化能源和烟气余热多次重复使用的方式；专利CN 201746507 U (一种自供能污泥热解炭化处理系统)中，以污泥焚烧作为该系统干化、炭化的能源。但现有技术至少存在以下一项以上的不足:(1)热废烟气排放量 大，环保处理系统复杂；(2)采用简单的热量与物料表面传热方式，热利用效率仍有待提高；(3)余热利用方式集中在烟气余热上，对高温生物炭的利用未见报道；(4)外界物料如助燃空气、低温物料直接输入炭化环节，由于物料吸热升温耗费炭化环节的能量供给，导致工控运行稳定性差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种有机废物制备生物炭的工艺。
[0005]本发明所采取的技术方案是:
有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:
1)有机废物经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为400-600°C的高温生物炭进行充分混合，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和高温生物炭进入混合干燥机，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
3)经过干化、灭菌后的物料，从进料仓中进入炭化机内发生炭化，制备出400-600°C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源；燃烧器燃烧产生温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器，预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，之后进入燃烧器中参与燃烧；
4)上一步骤制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
[0006]所述的有机废物为市政脱水污泥、园林废物、畜禽粪便、作物秸杆中的至少一种。
[0007]所述的市政脱水污泥的含水率为85%以下。
[0008]所述的园林废物或畜禽粪便的含水率为75%以下。
[0009]所述的作物秸杆的含水率为40%以下。
[0010]步骤I)中，高温生物炭的质量为不超过有机废物质量的40%。
[0011]步骤2)中，干化、灭菌后的物料的含水率为25%以下。
[0012]步骤3)中，炭化反应的温度为400-600°C。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的能量利用率高，外界输入能量少，工况稳定，环保节能；工艺能够连续运行，炭化效率高，能适应处理不同的有机废物。
[0014]具体来 说:
本发明工艺中，将高温生物炭与湿有机废物混合，高温生物炭既可以作为热源预干燥物料、灭活物料中的有害微生物，还可以作为热传导体(预干燥、干燥、炭化阶段)和吸波剂(干燥阶段)，使能量利用效率大幅提高；干燥物料时，采用高温生物炭和低温燃烧烟气为主、微波能加热为辅的能源供给方式，炭化环节采用自生能源(混合气)为能源供给方式，不仅可减少外界能源的输入，还可利用较高含水率的原料对低温烟气进行降温、沉尘，为烟气后续处理提供了便利；以燃烧器中高温燃烧烟气的热量预热常温空气，避免在燃烧器里再次大量吸热升温；干化后的热物料直接进入炭化机，缩短物料吸热达到炭化温度的温程，减少能量消耗，利于维持燃烧器工控的稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:
1)有机废物经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为400-600°C的高温生物炭进行充分混合，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和高温生物炭进入混合干燥机中，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C的低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中所产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
3)经过干化、灭菌后的物料从进料仓中进入炭化机内发生炭化反应，制备出400-600°C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源，燃烧器燃烧产生的温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器中预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，并进入燃烧器中参与燃烧；
4)上步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
[0017]所述的有机废物为市政脱水污泥、园林废物、畜禽粪便、作物秸杆中的至少一种。
[0018]所述的市政脱水污泥的含水率为85%以下，优选的，为50-85%。
[0019]所述的园林废物或畜禽粪便的含水率为75%以下，优选的，为10-75%。
[0020]所述的作物秸杆的含水率为40%以下，优选的，为10-30%。
[0021]步骤I)中，高温生物炭的质量为不超过有机废物质量的40%，优选的，为10-30%。
[0022]步骤2)中，干化、灭菌后的物料的含水率为25%以下，优选的，为10-25%。
[0023]步骤3)中，炭化反应的温度为400-600°C，优选的，为450_600°C。
[0024]下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明: 实施例1:
有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:
1)有机废物(市政脱水污泥，含水率为85%)经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为500-6000C的高温生物炭进行充分混合(高温生物炭的质量为有机废物质量的30%)，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和生物炭进入混合干燥机中，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C的低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中所产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；干化、灭菌后的物料的含水率为25%;
3)经过干化、灭菌后的物料从进料仓中进入炭化机内发生炭化反应(炭化反应的温度为500-600°C )，制备出500-600°C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源，燃烧器燃烧产生的温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器中预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，并进入燃烧器中参与燃烧；
4)上步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分(高温生物炭的质量为有机废物质量的30%)高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
[0025]实施例2:
有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:
I)有机废物(市政脱水污泥，含水率为50%)经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为500-600 0C的高温生物炭进行充分混合(高温生物炭的质量为有机废物质量的10%)，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和生物炭进入混合干燥机中，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C的低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中所产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；干化、灭菌后的物料的含水率为10%;
3)经过干化、灭菌后的物料从进料仓中进入炭化机内发生炭化反应(炭化反应的温度为500-600°C )，制备出500-600°C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源，燃烧器燃烧产生的温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器中预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，并进入燃烧器中参与燃烧；
4)上步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分(高温生物炭的质量为有机废物质量的10%)高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
[0026]实施例3:
有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:
O有机废物(畜禽粪便，含水率为75%)经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为450-5500C的高温生物炭进行充分混合(高温生物炭的质量为有机废物质量的30%)，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和生物炭进入混合干燥机中，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C的低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中所产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；干化、灭菌后的物料的含水率为20%;
3)经过干化、灭菌后的物料从进料仓中进入炭化机内发生炭化反应(炭化反应的温度为450-550 °C )，制备出450-550 °C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源，燃烧器燃烧产生的温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器中预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，并进入燃烧器中参与燃烧；
4)上步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分(质量为有机废物质量的30%)高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
[0027]实施例4:
有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:
O有机废物(畜禽粪便，含水率为10%)经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为450-550 0C的高温生物炭进行充分混合(高温生物炭的质量为有机废物质量的10%)，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和生物炭进入混合干燥机中，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C的低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中所产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；干化、灭菌后的物料的含水率为16%;
3)经过干化、灭菌后的物料从进料仓中进入炭化机内发生炭化反应(炭化反应的温度为450-550°C )，制备出450-550°C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源，燃烧器燃烧产生的温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器中预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，并进入燃烧器中参与燃烧；
4)上步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分(质量为有机废物质量的10%)高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
[0028]实施例5:
有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:
O有机废物(作物秸杆，含水率为40%)经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为450-550 0C的高温生物炭进行充分混合(高温生物炭的质量为有机废物质量的10%)，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和生物炭进入混合干燥机中，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C的低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中所产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；干化、灭菌后的物料的含水率为15%;
3 )进料仓中待炭化的物料进入炭化机中发生炭化反应(炭化反应的温度为450-550 °C )，制备出450-550 V的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源，燃烧器燃烧产生的温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器中预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，并进入燃烧器中参与燃烧；
4)上步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分(高温生物炭的质量为有机废物质量的10%)高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
[0029]实施例6:
有机废物制备生物炭的工艺，包括步骤:1)有机废物(作物秸杆，含水率为10%)经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为450-5500C的高温生物炭进行充分混合(高温生物炭的质量为有机废物质量的20%)，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；
2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和生物炭进入混合干燥机中，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C的低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中所产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出；干化、灭菌后的物料的含水率为10%;
3 )进料仓中待炭化的物料进入炭化机中发生炭化反应(炭化反应的温度为450-5500C )，制备出450-550°C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源，燃烧器燃烧产生的温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器中预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，并进入燃烧器中参与燃烧；
4)上步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分(高温生物炭的质量为有机废物质量的20%)高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生 物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
【权利要求】
1.有机废物制备生物炭的工艺，其特征在于:包括步骤: 1)有机废物经过输送机输送至混合锥斗中，与温度为400-600°C的高温生物炭进行充分混合，有机废物被加热、灭菌，所产生的水汽及粉尘经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出； 2)在混合锥斗中经过充分混合的有机废物和高温生物炭进入混合干燥机，在微波发生器发射的微波作用以及温度为200-300°C低温烟气的加热下，进一步干化、灭菌，经过干化、灭菌后的物料进入进料仓中待炭化，干化、灭菌过程中产生的水汽及粉尘，经第一引风机引导，进入旋风除尘器中被处理，然后排出； 3)经过干化、灭菌后的物料，从进料仓中进入炭化机内发生炭化，制备出400-600°C的高温生物炭，副产物混合气则经过第一止回阀进入燃烧器中被点燃，作为炭化的能源；燃烧器燃烧产生温度为500-700°C的高温烟气则经过第二止回阀，进入空气预热器，预热由鼓风机抽进的室温空气；高温烟气转变为温度为200-300°C的低温烟气，并经第二引风机引导至步骤2)中的混合干燥机中；室温空气的温度则上升至300-400°C，之后进入燃烧器中参与燃烧； 4)上一步骤步制备的高温生物炭通过螺旋输料管道送进分料阀分料，一部分高温生物炭则通过第二输料管道送入步骤I)中所述的混合锥斗中，剩余的高温生物炭经过第一输料管道送入冷却系统中冷却，然后再通过出料机出料，得到生物炭成品。
2.根据权利要求1所述的有机废物高效制备生物炭的工艺，其特征在于:所述的有机废物为市政脱水污泥、园林废物、畜禽粪便、作物秸杆中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的有机废物制备生物炭的工艺，其特征在于:所述的市政脱水污泥的含水率为85%以下。
4.根据权利要求1所述的有机废物制备生物炭的工艺，其特征在于:所述的园林废物或畜禽粪便的含水率为75%以下。
5.根据权利要求1所述的有机废物制备生物炭的工艺，其特征在于:所述的作物秸杆的含水率为40%以下。
6.根据权利要求1所述的有机废物制备生物炭的工艺，其特征在于:步骤I)中，高温生物炭的质量为不超过有机废物质量的40%。
7.根据权利要求1所述的有机废物制备生物炭的工艺，其特征在于:步骤2)中，干化、灭菌后物料的含水率为25%以下。
8.根据权利要求1所述的有机废物制备生物炭的工艺，其特征在于:步骤3)中，炭化反应的温度为400-600°C。
【文档编号】C10B57/08GK103951149SQ201410172057
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】王定美, 周顺桂, 余震, 王跃强, 岳艳利 申请人:广东省生态环境与土壤研究所