[實用新型]一種稻殼控溫氧化生產納米二氧化硅的裝置

有效

• 申請號: 201420528573.7
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN204281337U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 王開輝
• 申請（專利權）人: 王開輝
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y30/00
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 解政文

技術領域

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

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。

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℃，甚至超出1000℃，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。

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。

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℃，研究表明稻殼焚燒溫度超過600℃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℃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。三是雜質碳不能徹底氧化去除。

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。此外，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。

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℃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

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。

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。