專利名稱:一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置，裝置包括有一個可以旋轉的氧化筒、一組高溫空氣分布管、一組物料輸送器、一套傾角可調的固定外殼保溫支撐以及一個固氣分離收集裝置，旋轉的氧化筒是用不銹鋼沖孔板卷制而成，筒體內襯600目不銹鋼絲網，不銹鋼抄板均勻分布于內，氧化筒一端外設耐高溫密封軸承，通過變頻調速電機和減速機調節旋轉速度，氧化筒筒體與外部固定支撐通過滾圈和托輪固定。其目的是提供一種可以實時控制含碳二氧化硅的氧化進度、氧化深度以及氧化的溫度，能夠充分利用氧化過程中產生的熱能，并實現大規模、連續生產完全納米結構的納米二氧化硅的裝置。
【專利說明】 一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種控溫氧化裝置，尤其是指一種含碳二氧化硅的控溫氧化裝置，主要適用于利用稻殼生產納米二氧化硅的工藝中。
【背景技術】
[0002]我國是水稻生產大國，年產水稻約2億噸，折算成稻殼約4千萬噸。然而稻殼只是作為水稻加工副產物沒有被充分利用，不僅浪費了資源，同時也給農村環境改善造成了極大的環保壓力。事實上稻殼中約含15?20%的無定型二氧化硅，且二氧化硅原生粒徑均在50nm左右，分布均勻，是一種寶貴的可再生的納米礦物資源。因此稻殼熱解-氧化工藝可以作為當今生產納米二氧化硅的又一重要途徑。與氣相法、溶膠凝膠法相比，又具有相當的優勢:首先是原料稻殼來源廣泛且非常廉價，容易獲得；其次是噸產品設備投資少，生產成本低，生產工藝非常環保，基本不會產生高污染的廢水、廢氣及固體廢棄物，且節水節能，生產過程中能量自己自足；最重要的是利用稻殼熱解氧化生產的納米二氧化硅產品性能大大優于傳統沉淀法和溶膠凝膠法生產的二氧化硅，能與氣相法二氧化硅相提并論，在相當多的領域可以替代氣相法二氧化硅。
[0003]遺憾的是目前稻殼的利用僅限于作為鍋爐燃料熱源，在燃燒過程中通入大量的空氣，盡可能地提高燃燒效率和溫度。由于燃燒時內部溫度過高，絕大部分時間超出700°C，甚至超出1000°C，其中二氧化硅已經發生相變，由無定形態轉變為晶體結構，已基本無利用價值。
[0004]顯然稻殼能否充分被利用并體現其真正的價值，取決于熱解和氧化過程中能否保存其二氧化硅天然、原始的納米狀態，取決于在熱解氧化過程中能否實現盡可能高溫氧化徹底，能否實現溫度嚴格控制且保證受熱均勻，避免局部放熱，局部納米結構被破壞。因此控溫氧化裝置非常關鍵。
[0005]1993年日本人杉田修一在中國的專利申請CN93116790.6涉及一種生產活性稻殼灰的裝置，是一種間歇式焚燒裝置，簡單易行，不需要電、燃氣或其它燃燒熱源，是一種可實現較大規模工業化生產稻殼灰的方法。但這一技術方案存在多方缺陷:一是稻殼堆積炭化和灰化時，其中的熱量沒有及時有效地導出，在內部積聚造成焚化溫度依然過高，達700?750 °C,研宄表明稻殼焚燒溫度超過600 °C時，其中二氧化硅的納米微粒已經開始團聚，納米結構被破壞；超過1000°C二氧化硅的無定形狀態就轉變為晶體結構。二是該裝置稻殼堆積的錐形體積不能過大，生產規模受到限制，同時稻殼燃燒的熱能沒有得到有效利用，造成能源浪費。二是雜質碳不能徹底氧化去除。
[0006]中國歐陽東的專利申請CN200410026459.5涉及一種稻殼焚燒裝置及其生產的納米結構二氧化硅稻殼灰，沒有解決稻殼燃燒的連續性問題，故產量低、能量損耗大，已完成燒制的稻殼灰沒能及時離開高溫環境，未能實現快速冷卻，二氧化硅寶貴的無定形態仍可能被破壞。再者明火燃燒，溫度控制反應時間長，同樣容易破壞二氧化硅的無定形態。此夕卜，該裝置的容器底板密集分布小孔徑的小孔，稻殼化為灰燼時，仍不能避免稻殼灰的流失，同時雜質碳不能徹底氧化去除。
[0007]中國胡大為、胡小芳的專利200520062927.4涉及一種用稻殼燒制納米二氧化硅的裝置，燃燒室折回平行、四級串聯，內部物料定向螺旋推進通過控制熱交換套管冷卻水流量和空心軸的空氣供給速度來控制稻殼的焚燒溫度在600°C左右，能連續大規模生產，產品能迅速脫離高溫環境保證二氧化硅的納米結構且能量回收利用。但這一技術方案仍然存在多方缺陷:首先，明火燃燒，溫度控制反應時間長，同樣容易破壞二氧化硅的無定形態。其次，燃燒產生大量煙塵，污染環境同時物料被夾帶，損失嚴重。再者，該裝置的本身設計決定了稻殼不能實現徹底燃燒，最終產品含碳量會非常高，要制得高純度的納米二氧化硅后續處理工藝難度大，成本高，不利于推廣。
【發明內容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種主要適用于利用稻殼熱解、氧化生產納米二氧化硅的工藝中，可以時時控制含碳二氧化硅的氧化進度、氧化深度以及氧化的溫度，能夠充分利用氧化過程中產生的熱能，并實現大規模、連續生產完全納米結構的納米二氧化硅的裝置。
[0009]本實用新型一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置包括有一個可以旋轉的氧化筒、一組高溫空氣分布管、一組物料輸送器、一套傾角可調的固定外殼保溫支撐以及一個固氣分離收集裝置，上述氧化筒是用不銹鋼沖孔板卷制而成，筒體內襯600或1000目不銹鋼鋼絲網，不銹鋼抄板均勻分布于內，氧化筒一端外設耐高溫密封軸承，通過變頻調速電機和減速機調節旋轉速度，控制物料在筒內的停留時間，氧化筒筒體與外部固定外殼保溫支撐通過滾圈和托輪固定，防止筒體發生軸向移動超出允許的范圍。
[0010]上述高溫空氣分布管在裝置內部呈水平均勻分布，選用不銹鋼304材質，外部與空氣儲罐相連，空氣預熱通過熱交換器利用余熱，空氣的溫度和流量可控可調。選用的空氣亦可是氧氣或者二者按比例的混合氣體。該氣體通過高溫循環風機可以部分循環利用，亦可用來干燥需要干燥的稻殼原料。
[0011]上述物料輸送器通過旋轉供料器與料斗相連，通過變頻調速電機和減速機控制供料速度，物料輸送器通過耐高溫密封軸承與旋轉氧化筒相連并直接深入氧化筒內部，物料輸送器的外套筒、軸及葉片均選用不銹鋼材質，物料輸送器外包裝隔熱保溫材料。
[0012]上述固定外殼保溫支撐外型上可選用上圓下方結構，普碳鋼內襯保溫隔熱材料，尾部與固氣分離收集裝置相連，固定外殼保溫支撐與水平面有一定的夾角Θ，呈傾斜安裝，傾斜角度Θ可調。
[0013]上述固氣分離收集裝置上端為氣體出口，外部與耐高溫循環風機相連，下端為下料斗，與旋轉供料器或氣動閘閥相連，中后部設觀察孔。
[0014]本實用新型與現有技術相比，各種性能顯著改善，具體情況如下:
[0015]本實用新型裝置采用旋轉氧化筒，可避免物料長時間堆積，實現均勻受熱，均勻氧化；采用空氣為載熱體，控制物料氧化速度和進度，并可迅速帶走碳氧化釋放的熱量，實現熱能再利用。
[0016]本實用新型裝置通過調節旋轉氧化筒轉速和整體支撐與水平的傾角，控制物料在旋轉氧化筒內的停留時間。
[0017]本實用新型裝置物料呈無明火燃燒氧化，內部焚燒溫度完全控制在600°C以下，且控溫均衡，可確保生產過程無定形二氧化硅不發生相變。
[0018]本實用新型裝置完全實現利用稻殼大批量、連續生產納米二氧化硅。
[0019]本實用新型裝置生產出的產品，其X-射線衍射圖與硅灰衍射圖幾乎完全一致，無明顯的晶態二氧化硅衍射峰，表明本發明裝置產出的含碳二氧化硅氧化后產物所含的二氧化硅保持無定形狀態不變。利用SEM、TEM技術對本發明的粉體產物進一步研宄，發現二氧化娃是有許多大小在50nm左右的細微顆粒粘聚而成，顆粒與顆粒之間存在大量孔隙。
【附圖說明】
[0020]附圖1為本實用新型一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置的結構示意圖。
[0021]附圖2為本實用新型一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置內旋轉氧化筒內部抄板分布圖。其中:
[0022](I)變頻調速電機(2)料斗(3)物料輸送器(4)傳動齒輪(5)高溫密封軸承(6)固定外殼保溫支撐
[0023](7)氧化筒(8)氣體出口(9)熱電偶(10)觀察孔(11)下料斗(12)高溫空氣分布管
[0024](13)托輪(14)減速機(15)不銹鋼抄板
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明。
[0026]如圖1所示，本實用新型的一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置包括有一個可以旋轉的氧化筒7、一組高溫空氣分布管12、一組物料輸送器3、一套傾角可調的固定外殼保溫支撐6以及一個固氣分離收集裝置。氧化筒7是用不銹鋼沖孔板卷制而成，筒體內襯600目或1000目不銹鋼鋼絲網，不銹鋼抄板15均勻分布于內，材質可選用不銹鋼304或310S。氧化筒7 —端通過外設耐高溫密封軸承5與固定外殼保溫支撐6連接，下部通過多點的滾圈和托輪13與固定外殼保溫支撐6連接，筒體軸向移動控制在允許的范圍內。氧化筒7通過變頻調速電機1、減速機14和傳動鏈條實現旋轉。通過減速旋轉和均勻分布的抄條的作用，物料受熱均衡，氧化均勻。高溫空氣分布管12在裝置內部呈水平均勻分布，選用不銹鋼304材質，外部與空氣儲罐相連，空氣預熱通過熱交換器利用余熱。選用的助燃氣體可用空氣或者氧氣，亦可是二者按比例的混合氣體，通過高溫循環風機可以部分循環利用，助燃氣體的流量可控可調，助燃氣體的溫度可控可調，一般控制在400?500°C之間。固定外殼保溫支撐6外型上可選用上圓下方結構，普碳鋼內襯保溫隔熱材料，尾部與固氣分離收集裝置相連，固定外殼保溫支撐6與水平面有一定的夾角Θ，呈傾斜安裝，傾斜角度Θ可調。物料輸送器3通過耐高溫密封軸承5與旋轉氧化筒7相連并直接深入氧化筒7內部。輸送器3的外套筒、軸及葉片均選用不銹鋼材質。物料輸送器3通過關風機(或旋轉供料器)與料斗2相連，通過變頻調速電機I和減速機14控制供料速度。固氣分離收集裝置上端為氣體出口 8，外部與耐高溫循環風機相連，下端為下料斗11，與旋轉供料器或氣動閘閥相連，后部設觀察孔10。
[0027]使用時，料斗2中的含碳二氧化硅通過旋轉供料器進入螺旋物料輸送器3，然后進入旋轉的氧化筒7前端，在重力自流的作用下，緩慢向下(氧化筒7后端)移動，并與高溫的助燃氣體(空氣、氧氣或二者混合氣)充分接觸，在高溫下發生氧化反應并釋放大量的熱量，物料自身溫度逐漸升高，多余的熱量通過反應后的混合氣體迅速帶走，整個氧化過程中溫度嚴格控制在600°C以下，物料在氧化筒7的停留時間(即氧化所需的時間)控制在設定的時間范圍內。助燃氣體的溫度、物料的溫度以及排出混合廢氣的溫度通過熱電偶9監測。
[0028]本發明的控溫氧化裝置氧化含碳的二氧化硅，可最大程度實現雜質碳的氧化，氧化溫度可控，停留時間可控，氧化過程可控，并完全保存二氧化硅天然的、原始的納米結構。
【權利要求】
1.一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置，其特征是裝置包括有一個可以旋轉的氧化筒(7)、一組高溫空氣分布管(12)、一組物料輸送器(3)、一套傾角可調的固定外殼保溫支撐￠)以及一個固氣分離收集裝置，旋轉的氧化筒(7)是用不銹鋼沖孔板卷制而成，筒體內襯600目或1000目不銹鋼鋼絲網，不銹鋼抄板(15)均勻分布于內，氧化筒(7) —端外設耐高溫密封軸承(5)，通過變頻調速電機(I)和減速機(14)調節旋轉速度，氧化筒(7)筒體與外部固定外殼保溫支撐(6)通過滾圈和托輪(13)固定。2.根據權利要求1所述的一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置，其特征是高溫空氣分布管(12)在裝置內部呈水平均勻分布，選用不銹鋼304材質，外部與空氣儲罐相連。3.根據權利要求1所述的一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置，其特征是物料輸送器(3)通過旋轉供料器與料斗(2)相連，通過變頻調速電機(I)和減速機(14)控制供料速度，物料輸送器(3)通過耐高溫密封軸承(5)與旋轉氧化筒(7)相連并直接深入氧化筒(7)內部，物料輸送器(3)的外套筒、軸及葉片均選用不銹鋼材質，物料輸送器(3)外包裝隔熱保溫材料。4.根據權利要求1所述的一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置，其特征是固定外殼保溫支撐(6)外型上可選用上圓下方結構，普碳鋼內襯保溫隔熱材料，尾部與固氣分離收集裝置相連，固定外殼保溫支撐與水平面有一定的夾角Θ，呈傾斜安裝，傾斜角度Θ可調。5.根據權利要求1所述的一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置，其特征是固氣分離收集裝置上端為氣體出口(8)，外部與耐高溫循環風機相連，下端為下料斗(11)，與旋轉供料器或氣動閘閥相連，后部設觀察孔(10)。
【文檔編號】C01B33-12GK204281337SQ201420528573
【發明者】王開輝 [申請人]王開輝