一种中药渣燃料化处理装置和处理方法与流程

1.本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种中药渣燃料化处理装置和处理方法。


背景技术：

2.我国是中药生产大国，中药企业在生产过程中，会产生大量的药渣。之前药厂常将药渣作为废弃物被丢弃，不仅污染了环境，也造成了有机物质的极大浪费。由于中药渣来源不一，也没有标准化的生产工艺，因此质量缺乏稳定性，如不同中药厂生产的中药种类不同，不同中药的废弃渣组成成份存在相当大差异，大大增加了中药废渣的处理难度。因此迫切需要一种方法来解决中药渣处理问题。
3.中药渣中含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等高分子生物质，热值较高，但其中含水率也很高，可达到60％～70％，传统方法处理难度很大。
4.cn112774628a公开了一种用磷酸活化中药渣自升压炭化制备生物炭的方法，该方法将中药渣置于温度为100-110℃下干燥，粉碎、过筛得到中药渣粉；将中药渣粉置于浓磷酸中浸渍处理，干燥得到浸渍中药渣粉；将浸渍中药渣粉置于高压反应釜中热解炭化处理得到炭化药渣粉；将炭化药渣粉经酸洗、水洗，烘干即得生物炭。浓磷酸具有一定的腐蚀性，易对人体造成伤害，因此，寻求一种更为安全的处理方法尤为重要。
5.cn108249426a公开了一种以中药渣为碳源利用水热法制备生物质石墨烯的方法，步骤为：(1)中药废弃药渣粉碎成粉末，干燥并挤压成生物质燃料，燃烧发生碳化得到生物质碳；(2)将生物质碳加热煅烧实现石墨化，获得生物质石墨；(3)将生物质石墨加入浓度为0.0075-0.0175g/ml的nacl溶液中浸泡2-6h，并于配有不锈钢内胆的反应釜中在200-400℃进行水热反应10-14h，反应结束后冷却至室温，去除内胆得到石墨烯混合液，经过过滤、去离子水洗涤、无水乙醇洗涤多次后，干燥即得石墨烯。该方法步骤较多，能耗较高，导致生产成本较高。
6.综上所述，如何提供一种处理过程安全环保，且实现资源最大化利用的中药渣处理方法成为当前亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置通过结构的优化，升了中药渣处理过程中的能源利用率，降低了处理过程中的能耗，安全环保，有利于工业化使用。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种中药渣燃料化处理装置，所述处理装置包括反应单元，用于给所述反应单元加热的加热单元，与所述反应单元相连的进料单元，与所述反应单元相连的能量转换单元以及分别独立地与所述反应单元和所述能量转换单元相连的换热单元；
10.所述能量转换单元还与所述进料单元相连。
11.本发明中，所述处理装置通过对反应单元、加热单元、能量转换单元以及换热单元的之间连接结构的优化，有效利用了处理过程中的水蒸气，最大限度的提升了能源利用率，还利用能量转换单元，大大地降低了进料单元的能耗，整个流程未采用额外溶剂，无毒无害，安全环保，有利于工业化生产。
12.以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
13.作为本发明优选的技术方案，所述反应单元包括碳化反应器。
14.优选地，所述碳化反应器的顶端分别设置有进料口和气体出口，底端设置有卸料口。
15.作为本发明优选的技术方案，所述加热单元包括通过管道依次循环连接的加热介质第一储槽、空心叶片、加热介质第二储槽、太阳能集热器以及输送泵。
16.优选地，所述空心叶片至少包括3片，例如3片、4片、5片、6片、7片、8片、9片或10片等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17.优选地，所述空心叶片设置于所述碳化反应器的内部，使所述反应单元与所述加热单元构成连接。
18.本发明中的，空心叶片通过管道串联设置，加热介质可在空心叶片内部流动，通过叶片加热外部的中药渣。
19.作为本发明优选的技术方案，所述进料单元包括进料器，所述进料器与所述碳化反应器的进料口相连。
20.作为本发明优选的技术方案，所述能量转换单元包括透平，所述透平与所述碳化反应器的气体出口相连。
21.优选地，所述透平与所述碳化反应器的气体出口相连的管路上，设置有调节阀。
22.本发明中，管路上安装调节阀，可通过调节蒸汽流量控制碳化反应器内的压力。
23.优选地，所述透平还与所述进料器相连。
24.作为本发明优选的技术方案，所述换热单元包括第一换热器和第二换热器。
25.优选地，所述碳化反应器的卸料口通过卸料器与所述第一换热器的热源入口相连。
26.优选地，所述透平的出口与所述第一换热器的热源入口相连。
27.优选地，所述第一换热器的冷源出口与所述第二换热器的冷源入口相连。
28.第二方面，本发明提供了一种中药渣燃料化处理方法，所述处理方法采用如第一方面所述的处理装置进行，所述处理方法包括以下步骤：
29.将含有水分的中药渣通入反应单元，同时启动加热单元对反应单元中的中药渣进行加热，发生碳化反应，得到碳化燃料；
30.所得碳化经换热后进行储存；
31.所述碳化反应中生成的水蒸气进入能量转换单元做功，做功后的水蒸气经换热后排放。
32.作为本发明优选的技术方案，所述处理方法更具体地包括：
33.将含有水分的中药渣通入碳化反应器，与此同时，加热单元中的加热介质经太阳
能集热器吸热后进入设置于碳化反应器内部的空心叶片，对碳化反应器内的中药渣进行加热，发生碳化反应，得到碳化燃料；放热后的加热介质回流至太阳能集热器进行重新加热，实现循环；
34.所得碳化燃料与换热介质经第一换热后进行储存；
35.所述碳化反应中生成的水蒸气进入透平做功，做功后的水蒸气与经过第一换热后的换热介质进行第二换热，得到冷凝水。
36.作为本发明优选的技术方案，所述中药渣的含水量为60-70wt％，例如60wt％、61wt％、62wt％、63wt％、64wt％、65wt％、66wt％、67wt％、68wt％、69wt％或70wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
37.优选地，所述加热介质包括导热油。
38.优选地，所述碳化反应的温度为200-250℃，例如200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
39.优选地，所述碳化反应的压力为1.6-4.0mpa，例如1.6mpa、2.0mpa、2.5mpa、3.0mpa、3.5mpa或4.0mpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.本发明中，碳化反应的压力需进行控制。若压力过低，会使碳化反应温度过低，影响碳化效果；若压力过高，不仅会大幅增加设备成本，还会消耗大量热能，降低经济性。
41.优选地，所述中药渣在所述碳化反应器内挺溜的时间为30-90min，例如30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
42.本发明中，保证中药渣在碳化反应器中的停留时间尤为重要。若停留时间过短，无法使碳化反应充分进行，影响中药渣碳化效果；若停留时间过高，则会消耗大量热能，降低经济性。
43.作为本发明优选的技术方案，所述换热介质包括水。
44.优选地，所述碳化燃料经所述第一换热后的温度为30-60℃，例如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
45.本发明中，由于中药渣中含水量很高，因此在碳化反应过程中会产生大量的高温高压水蒸气。这些高温高压水蒸气进入透平中做功，可回收其中的能量；此外，透平作为补充动力带动进料器，从而减少进料器电耗。再一方面，本发明先采用冷却水对碳化燃料进行冷却，再将其通入第二换热器中吸收高温高压水蒸气的热量，使得吸热后的冷却水可对周边用户进行供热，从而有效提升热能利用效率。而高温高压水蒸气将热量传递给冷却水后，变为冷凝水后进行回收利用。
46.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
47.(1)本发明所述处理装置通过对反应单元、加热单元、能量转换单元以及换热单元的之间连接结构的优化，有效利用了处理过程中的水蒸气，最大限度的提升了能源利用率；
48.(2)本发明所述处理装置和处理方法利用反应过程中产生的高温高压水蒸气驱动能量转换单元，将其作为补充动力带动进料器，极大地减少了进料单元的电耗；
49.(3)本发明所述处理装置和处理方法将太阳能作为热源，整个流程未采用额外溶
剂，无毒无害，同现有技术相比，处理过程更加环保，有利于工业化生产。
附图说明
50.图1是本发明实施例1提供的一种中药渣燃料化处理装置的结构示意图。
51.其中，1-进料器，2-碳化反应器，3-加热介质第一储槽，4-空心叶片，5-加热介质第二储槽，6-太阳能集热器，7-输送泵，8-透平，9-调节阀，10-卸料器，11-第一换热器，12-第二换热器。
具体实施方式
52.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
53.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。以下为本发明典型但非限制性实施例：
55.实施例1：
56.本实施例提供了一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置的结构示意图如图1所示，所述处理装置所述处理装置包括反应单元、加热单元、进料单元、能量转换单元以及换热单元；
57.所述反应单元包括碳化反应器2；所述碳化反应器2的顶端分别设置有进料口和气体出口，底端设置有卸料口；
58.所述加热单元包括通过管道依次循环连接的加热介质第一储槽3、空心叶片4、加热介质第二储槽5、太阳能集热器6以及输送泵7；所述空心叶片4为7片，串联设置；所述空心叶片4设置于所述碳化反应器2的内部，使所述反应单元与所述加热单元构成连接；
59.所述进料单元包括进料器1，所述进料器1与所述碳化反应器2的进料口相连；
60.所述能量转换单元包括透平8，所述透平8与所述碳化反应器2的气体出口相连；所述透平8与所述碳化反应器2的气体出口相连的管路上，设置有调节阀9；所述透平8还与所述进料器1相连；
61.所述换热单元包括第一换热器11和第二换热器12；所述碳化反应器2的卸料口通
过卸料器10与所述第一换热器11的热源入口相连；所述透平8的出口与所述第一换热器11的热源入口相连；所述第一换热器11的冷源出口与所述第二换热器12的冷源入口相连。
62.使用上述处理装置的处理方法包括：
63.将含水量为65wt％的中药渣通入碳化反应器2，与此同时，加热介质第二储槽5内的导热油经太阳能集热器6加热至350℃，然后进入设置于碳化反应器2内部的空心叶片4中，对碳化反应器2内的中药渣进行加热，发生碳化反应，其中，碳化反应的温度为223℃，压力为2.5mpa，中药渣停留时间为60min，得到碳化燃料；放热后的导热油回流至太阳能集热器6进行重新加热，实现循环；
64.所得碳化燃料与冷却水经第一换热后进行储存；
65.所述碳化反应中生成的水蒸气进入透平8做功，做功后的水蒸气与经过第一换热后的冷却水进行第二换热，得到冷凝水，而经过两次换热后的冷却对周边用户进行供热。
66.实施例2：
67.本实施例提供了一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置所述处理装置包括反应单元、加热单元、进料单元、能量转换单元以及换热单元；
68.所述反应单元包括碳化反应器2；所述碳化反应器2的顶端分别设置有进料口和气体出口，底端设置有卸料口；
69.所述加热单元包括通过管道依次循环连接的加热介质第一储槽3、空心叶片4、加热介质第二储槽5、太阳能集热器6以及输送泵7；所述空心叶片4为9片，串联设置；所述空心叶片4设置于所述碳化反应器2的内部，使所述反应单元与所述加热单元构成连接；
70.所述进料单元包括进料器1，所述进料器1与所述碳化反应器2的进料口相连；
71.所述能量转换单元包括透平8，所述透平8与所述碳化反应器2的气体出口相连；所述透平8与所述碳化反应器2的气体出口相连的管路上，设置有调节阀9；所述透平8还与所述进料器1相连；
72.所述换热单元包括第一换热器11和第二换热器12；所述碳化反应器2的卸料口通过卸料器10与所述第一换热器11的热源入口相连；所述透平8的出口与所述第一换热器11的热源入口相连；所述第一换热器11的冷源出口与所述第二换热器12的冷源入口相连。
73.使用上述处理装置的处理方法包括：
74.将含水量为60wt％的中药渣通入碳化反应器2，与此同时，加热介质第二储槽5内的导热油经太阳能集热器6加热至400℃，然后进入设置于碳化反应器2内部的空心叶片4中，对碳化反应器2内的中药渣进行加热，发生碳化反应，其中，碳化反应的温度为250℃，压力为4.0mpa，中药渣停留时间为30min，得到碳化燃料；放热后的导热油回流至太阳能集热器6进行重新加热，实现循环；
75.所得碳化燃料与冷却水经第一换热后进行储存；
76.所述碳化反应中生成的水蒸气进入透平8做功，做功后的水蒸气与经过第一换热后的冷却水进行第二换热，得到冷凝水，而经过两次换热后的冷却对周边用户进行供热。
77.实施例3：
78.本实施例提供了一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置所述处理装置包括反应单元、加热单元、进料单元、能量转换单元以及换热单元；
79.所述反应单元包括碳化反应器2；所述碳化反应器2的顶端分别设置有进料口和气
体出口，底端设置有卸料口；
80.所述加热单元包括通过管道依次循环连接的加热介质第一储槽3、空心叶片4、加热介质第二储槽5、太阳能集热器6以及输送泵7；所述空心叶片4为5片，串联设置；所述空心叶片4设置于所述碳化反应器2的内部，使所述反应单元与所述加热单元构成连接；
81.所述进料单元包括进料器1，所述进料器1与所述碳化反应器2的进料口相连；
82.所述能量转换单元包括透平8，所述透平8与所述碳化反应器2的气体出口相连；所述透平8与所述碳化反应器2的气体出口相连的管路上，设置有调节阀9；所述透平8还与所述进料器1相连；
83.所述换热单元包括第一换热器11和第二换热器12；所述碳化反应器2的卸料口通过卸料器10与所述第一换热器11的热源入口相连；所述透平8的出口与所述第一换热器11的热源入口相连；所述第一换热器11的冷源出口与所述第二换热器12的冷源入口相连。
84.使用上述处理装置的处理方法包括：
85.将含水量为70wt％的中药渣通入碳化反应器2，与此同时，加热介质第二储槽5内的导热油经太阳能集热器6加热至300℃，然后进入设置于碳化反应器2内部的空心叶片4中，对碳化反应器2内的中药渣进行加热，发生碳化反应，其中，碳化反应的温度为200℃，压力为1.6mpa，中药渣停留时间为90min，得到碳化燃料；放热后的导热油回流至太阳能集热器6进行重新加热，实现循环；
86.所得碳化燃料与冷却水经第一换热后进行储存；
87.所述碳化反应中生成的水蒸气进入透平8做功，做功后的水蒸气与经过第一换热后的冷却水进行第二换热，得到冷凝水，而经过两次换热后的冷却对周边用户进行供热。
88.实施例4：
89.本实施例提供了一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置与实施例3中的处理装置相同。
90.所述处理方法参照实施例3中的处理方法，区别仅在于：所述碳化反应的压力为1.2mpa。
91.本实施例中，碳化反应的压力过低，导致反应温度过低，此时，反应温度约为188℃，无法使碳化反应充分进行，影响中药渣碳化效果。
92.实施例5：
93.本实施例提供了一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置与实施例2中的处理装置相同。
94.所述处理方法参照实施例2中的处理方法，区别仅在于：所述碳化反应的压力为5.0mpa。
95.本实施例中，碳化反应的压力过高，导致设备造价上升约40％，能耗增加约10％，经济性较差。
96.实施例6：
97.本实施例提供了一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置与实施例2中的处理装置相同。
98.所述处理方法参照实施例2中的处理方法，区别仅在于：中药渣停留时间为20min。
99.本实施例中，碳化反应过程中，中药渣停留时间过短，导致中药渣不能充分碳化。
100.实施例7：
101.本实施例提供了一种中药渣燃料化处理装置和处理方法，所述处理装置与实施例3中的处理装置相同。
102.所述处理方法参照实施例3中的处理方法，区别仅在于：中药渣停留时间为120min。
103.本实施例中，碳化反应过程中，中药渣停留时间过长，导致能耗大幅增加。
104.本发明通过上述实施例来说明本发明的装置和详细方法，但本发明并不局限于上述装置和详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述装置和详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。