專利名稱：生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物質能的開發領域，特別涉及生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝。
背景技術：
目前，生物質能是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量。生物質能一直是人類社會賴以生存的重要能源，它具有可再生和環境友好的雙重特點，受到全世界普遍的重視，并已成為新能源的 重點發展方向之一。它具有如下特點一、具有可再生性，資源存量豐富生物質能資源存量豐富，據估計，植物每年貯存的能量約相當于世界主要燃料消耗的10倍，而作為能源的利用量還不到其總量的1%。二、實現CO2 “零”排放合理的使用下，生物質能不但不會污染環境，而且還有利于環境保護，生物質能在作為能源利用時排放的CO2可被生物質生長時所吸收，實現CO2 “零”排放。三、含碳量少，碳活性高生物質能中含碳量最高的也僅為50%左右，相當于生成年代較少的褐煤的含碳量，特別是固定碳的含量也明顯比礦物質煤少，且碳的活性較高。四、含硫、氮量低，清潔環保生物質燃料中含硫、氮量很少，利用時不必設置氣體脫硫和除氮裝置，有利于環境的保護。五、揮發分高、易于燃燒生物質燃料中大多數低分子的碳氫化合物，遇到一定的溫度后熱分解而析出揮發物容易被引燃。生物質能成型、熱解干餾技術是生物質能利用的一個重要方向，但是也面臨著如下的缺陷和困難一、生物質成型、熱解干餾多以木質資源為原料，木質資源的有限性和不斷上漲的價格，使得這一生產陷入了困境；二、生物質成型、熱解干餾的成型工藝多以螺旋擠壓為主，生產能耗高，成型機部件壽命短，螺旋桿的端部摩擦使溫度升高，磨損速度加快，其平均壽命僅有60-80h，連續化生產水平低。原料含水率難以控制，設備配套性能差，管理自動化程度較低，難以形成規模效益，限制了大規模商業化利用的需要，不適應于規模化生產。三、生物質成型、熱解干餾產品多為單一的木炭或機制木炭，對生物質資源的利用率較低僅為25%左右，不能做到生物質資源的全方位利用，造成能源的浪費。如申請號為201010287261. 8公開的生物質炭、氣、油與木醋液聯產系統及聯產方法，其聯產系統包括生物質干餾釜、高溫加熱爐、水冷裝置、水洗裝置、對經水冷裝置氣液分離出來的混合液體中的木醋液和木焦油進行分離的液態分離裝置、儲氣罐、水環式真空泵和壓縮機以及木焦油存儲罐和木醋液存儲罐；其聯產方法包括步驟一、裝料；二、高溫炭化水冷及氣液分離、水洗、儲氣及液態物分離與存儲；三、高溫炭化結束獲得生物質炭。再如申請號為200810232840. 5公開的生物質物料熱裂解規模制備炭、氣、油、液的方法，它包括如下生產步驟物料粉碎-烘干成型-熱裂解-冷卻分離，將冷卻系統和熱裂解系統的的余熱引入烘干成型系統中共物料烘干使用，冷卻分離得到的生物質燃氣部分燃燒作為熱裂解的熱量，富余的生物質燃氣儲存下來作為工業或民用燃料。熱裂解時若干個熱裂解釜為一批次形成一列位于熱裂解爐內。上述現有技術主要是以木質資源為原料，成型設備以螺旋擠壓為主，不能適應原料來源多樣化的趨勢，且螺旋擠壓成型能耗高、成型機壽命短，不適應于規模化生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種生物質能炭、氣、油、電聯產工藝，將生物質原料轉化為 具有較高品位的優質燃料和工業原料，具體就是利用生物質成型、熱解干餾技術，將其轉化為可燃氣、顆粒炭、木醋液和木焦油。本發明是通過以下技術方案予以實現的生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝，它包括以下步驟( I)原料預處理-對原料進行粉碎；(2)成型-將經粉碎后的原料壓制成一定形狀的成型顆粒；(3)烘干-將成型顆粒中的含水率控制在3%_5% ；(4)熱解干餾-在隔絕空氣或有少量空氣的條件下，對烘干后的成型顆粒通過熱化學轉換出顆粒炭、氣體和液體；(5)酸洗-對熱解干餾產生的氣體進行酸性洗滌；(6)冷卻分離-對酸洗后的氣體進行冷卻，將氣體和冷凝的液體進行氣液分離，然后對冷卻后的液體進行木焦油和木醋液分離；( 7)堿洗-對冷卻后的氣體進行堿性洗滌。作為進一步地限定，所述原料包括木質原料成型和秸桿原料成型。一種實施生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝的裝置，包括依次通過管道連接的粉碎機、制粒機、烘干系統、熱解干餾機、酸洗罐、氣液分離器、堿液器。所述烘干系統前后均接有皮帶輸送機。所述烘干系統為帶式干燥系統或滾筒干燥系統或水平圓式干燥系統。制粒機為環模擠壓式顆粒機。制粒機內設銷式環模。所述銷式環模上設抱箍槽，在抱箍槽側的凸出環面上均布2到4個銷孔。銷式環模通過結構改變，將鍵式環模的鍵槽改變為銷式環模的銷孔，取消了應力集中點，減少了環模從此處開裂的幾率，增加了環模的使用壽命，降低了生產成本，保障了顆粒機的正常運行。本發明將生物質原料轉化為具有較高品位的優質燃料和工業原料，具體就是利用生物質成型、熱解干餾技術，將其轉化為可燃氣、顆粒炭、木醋液和木焦油。可燃氣可做居民生活炊事用能，也可作為工業用氣，還可以用于發電；顆粒炭用作金屬冶煉、食品和輕工業行業等；木醋液是良好的驅蟲劑、植物生長劑、生物保鮮劑；木焦油優質化工原料，用途廣泛，多用于油漆業、有機肥制造業、橡膠業中。
圖I為本發明生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝簡圖；圖2為本發明生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝成型示意圖；圖3為本發明生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝熱解干餾示意圖；
圖4為本發明環模擠壓式顆粒機所采用銷式環模圖；圖5為環模擠壓式顆粒機所采用鍵式環模圖。
具體實施例方式以下是對本發明的進一步說明，而不是對本發明的限制。實施例如圖I所示，本發明的方法如下(I)原料預處理-對原料進行粉碎；(2)成型-將經原理預處理的原料壓制成一定形狀的成型顆粒；(3)烘干-將成型顆粒中的含水率控制在所需范圍；(4)熱解干餾-在隔絕空氣或有少量空氣的條件下，對烘干后的成型顆粒通過熱化學轉換出顆粒炭、氣體和液體；(5)酸洗-對熱解干餾產生的氣體進行酸性洗滌；(6)冷卻分離-對酸洗后的氣體進行冷卻，并在氣體和液體分離后，將冷卻的液體進行木焦油和木醋液分離； ( 7)堿洗-對冷卻分離后的氣體進行堿性洗滌。本發明的生物質成型工藝流程如圖2所示原料經粉碎機01粉碎，粉碎狀態為細纖維狀，長度小于8mm，粉碎機01選用組合式粉碎機，粉碎后的原料經除塵裝置02除去粉碎加工過程中出現的粉塵，除塵裝置02選用旋風除塵和布袋除塵。粉碎后的原料經刮板輸送機03輸送至斗式提升機12。在刮板輸送機03上設置有混料倉05，可根據實際需要有此處投入需要混合的物料。混料倉05上設置有布袋除塵器04，除去混料時產生的粉塵，斗式提升機07入料口安裝有除鐵器06。斗式提升機12再將原料輸送至刮板輸送機08內，刮板輸送機08將原料經氣動閥門09送至待制粒倉11內，待制粒倉11上裝有料位器10以便觀察料位高度。待制粒倉11內的原料再經喂料器12送至制粒機13內進行制粒成型生產。制粒機13選用自動化程度高，單機產量大，適于規模化生產的環模擠壓式顆粒機，成型顆粒06-12X20-30的顆粒狀。設置旋風除塵器15分離由制粒機13排出的蒸汽和粉末，蒸汽達標排放，粉末返回斗式提升機07內再進行物料輸送和制粒成型工序。由制粒機13生產的成型顆粒經皮帶輸送機14送至成型皮帶輸送機16，成型皮帶輸送機16再將產品經關風器17輸送至冷卻系統18，冷卻系統18采用逆流式冷卻系統，將成型顆粒冷卻至室溫±3°C。冷卻系統18上設置有旋風分尚器19和振動篩20,旋風分尚器19分尚由冷卻系統18排出的氣體和粉末，氣體達標排放，粉末返回斗式提升機07內再進行物料輸送和制粒成型工序。冷卻后的產品經振動篩20進行篩分，粉末返回斗式提升機07內再進行物料輸送和制粒成型工序。成型顆粒經斗式提升機21送入成品緩沖倉24，成品緩沖倉24上設置有料位器23，以便觀察料位高度。由成品緩沖倉24出來的成型顆粒經皮帶輸送機25送至烘干系統26,烘干系統26滿足干燥后含水率為3-5%,烘干系統26選用帶式干燥系統、滾筒干燥系統或水平圓式干燥系統。烘干后的成型顆粒經皮帶輸送機27送至振動篩28進行篩分，粉末返回斗式提升機07內再進行物料輸送和制粒成型工序，成型顆粒經皮帶輸送機29送至斗式提升機30后再進入熱解干餾倉32，熱解干餾倉32上設置有料位器31，以便觀察料位高度。在成型工藝中設置有壓縮空氣系統34、電控系統35和噴水系統36，壓縮空氣系統31為工藝流程布袋除塵和其它需要壓縮空氣的地方提供壓縮空氣。電控系統35主要是控制制粒機13的自動運行，噴水系統36主要是調整原料含水率到最佳條件。熱解干餾工藝如圖3所示熱解干餾倉32中的成型顆粒裝入炭化釜37內進行熱解干餾，炭化釜37底部采用不銹鋼為材料，以增強抗氧化性和防腐蝕，增加使用壽命，其容積可根據實際需求安排制作，一般在l_5m3之間。炭化釜37內熱解干餾過程分為以下幾個階段·一、熱解干燥成型顆粒剛加熱不久，在150°C以前排出的都是蒸汽，這個過程為熱解干燥過程。物料含水分越多，這個過程就越長，消耗的能源就越多，因此，烘干系統26將成型顆粒干燥至含水率為3-5%，以利于縮短熱解干燥過程，提高熱解干燥效率；二、預炭化成型顆粒中的水分被蒸干后，隨著溫度的上升，進入熱解干餾第二階段預炭化階段。這個階段的溫度為150-275°C。成型顆粒中的半纖維素等不穩定成分開始分解，這時排出的主要是C02、CO和少量的醋酸，產出的氣體熱值很低。以上兩個階段都是吸熱反應，都需要不斷的進行外加熱。三、熱解炭化當溫度繼續上升，超過275°C時，成型顆粒開始加快分解，隨著溫度提高，分解速度加快，生產大量分解物，如甲烷、乙烷、乙烯、醋酸、甲醇、丙醇、木焦油等，由于生物質中含有氧元素，這一階段是放熱反應，不用外加熱就可以使反應進行下去。這一階段可保持到450°C，稱為熱解碳化階段。成型顆粒熱解干餾主要產物都是在這個階段形成的。特別是木醋液、木焦油幾乎全部都是在這個階段中形成的。如果這時停止加熱的話，得到的產物有顆粒炭、可燃氣、木焦油、木醋液，其中顆粒炭的產量最高，可燃氣產量很低，因為顆粒炭中還有一些揮發分沒被分解出來，如果要增加可燃氣質量，熱解過程還要繼續下去，即進行煅燒階段。四、煅燒煅燒階段溫度可以加到500°C，也可以加到600°C、700°C，乃至1000°C以
上。煅燒階段隨著溫度的升高不再產生木醋液和焦油，而只是產生可燃氣，其中主要是CH4和H2，可使可燃氣的熱值大大提高。在實際生產中究竟選擇什么樣的熱解干餾溫度，要因時、因地、因產品結構、因生產目的而定。炭化釜37內熱解干餾過程過程結束以后，留在炭化釜37內的就的產品顆粒炭。熱解干餾時產生的氣體先進入酸洗罐38內進行酸洗，同時冷卻，以便除去木焦油和木醋液，防止木焦油和木醋液堵塞和設備。酸洗液用的是醋酸，醋酸池39內的酸洗液經酸泵40送入酸洗罐38內噴淋洗滌，洗滌液體在酸洗罐38內分離后，醋酸返回醋液池39內進行循環利用，木焦油和木醋液進入焦油醋液分離槽41內進行分離，木焦油進入焦油槽42，木醋液進入粗液槽43。經過酸洗的氣體溫度還較高，必須對其進行冷卻，以便降低氣體溫度和進一步分離木焦油和木醋液，氣體先進入一級冷卻器44后再進入二級冷卻器45內進行冷卻，一級冷卻器44和二級冷卻器45采用管殼式冷卻器，氣體走殼程，地下水池46內的水經水泵47進入一級冷卻器44和二級冷卻器45的管程，對氣體進行二級冷卻。冷卻下來的木焦油和木醋液進入焦油醋液分離槽41內進行分離，木焦油進入焦油槽42，木醋液進入粗液槽43。冷卻后的氣體進入一級氣液分離器48和二級氣液分離器49進行氣液的分離，一級氣液分離器48和二級氣液分離器49采用跌落式分離器，經分離出來的木焦油和木醋液進入焦油醋液分離槽41內進行分離，木焦油進入焦油槽42，木醋液進入粗液槽43。氣體進入堿洗器50內進行堿液洗滌，除去氣體中含有的酸性物質，防止其對設備的腐蝕，堿洗液采用的是3%的NaOH溶液，堿液池51內的堿液經堿液泵52送入到堿洗器50內對氣體進行噴淋洗漆，噴淋后的堿洗液返回堿液池51內循環使用，并定期補充堿，保持堿液PH值大于8。氣體經羅茨風機53送入除焦器54內，進一步除去氣體中的木焦油，再經過過濾器55除去氣體中的灰分等雜質后經水封裝置56后進入儲氣柜57，儲氣柜57內的氣體可供發電機組58發電使用，也可供居民炊事和取暖用氣。另外，炭化釜37加熱時產生的煙氣經煙氣噴淋塔59后達標排放，地下水池46內的水經水泵60進入煙氣噴淋塔59對煙氣進行洗 滌。地下水池46上設置有冷卻塔61，對冷卻水進行降溫，以便循環使用。本發明環模擠壓式顆粒機13所采用的銷式環模62如圖4所示，在銷式環模62的抱箍側凹槽63側面的凸出環面64上均布2-4個銷孔65與顆粒機相固定連接。鍵式環模66如圖5所75，在鍵式環模66的抱箍凹槽67側面的凸出環面68上均布2_4個鍵槽69與顆粒機相固定連接。環模是顆粒機最重要的部件之一，也是易損件之一，環模結構的合理性直接影響顆粒機的運行，鍵式環模66通過鍵槽69與顆粒機相連接，在環模的轉動過程中，力通過鍵作用于鍵槽69的十字側面上，在鍵槽69的十字側面拐角處存在著應力集中現象，容易導致鍵式環模66從此處開裂，從而導致鍵式環模66的使用壽命大大降低，生產成本增力口，顆粒機故障率較高，影響顆粒機的穩定運行及正常生產，在顆粒機的實際運行中也證實了這點，從鍵槽69處開裂的環模占有很大的比例。銷式環模62通過銷孔65與顆粒機相連接，在環模的轉動過程中，力通過銷作用于銷孔65的側面上，由于銷孔65為圓形結構，不存在應力集中點，不會產生應力集中現象，可大大減少銷式環模62從此處開裂的幾率。銷式環模62通過結構改變，將鍵式環模66的鍵槽69改變為銷式環模62的銷孔65，取消了應力集中點，減少了環模從此處開裂的幾率，增加了環模的使用壽命，降低了生產成本，保障了顆粒機的正常運行。
權利要求
1.生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝，其特征在于它包括以下步驟 (1)原料預處理-對原料進行粉碎； (2)成型-將經粉碎后的原料壓制成一定形狀的成型顆粒； (3)烘干-將成型顆粒中的含水率控制在3%-5%； (4)熱解干餾-在隔絕空氣或有少量空氣的條件下，對烘干后的成型顆粒通過熱化學轉換出顆粒炭、氣體和液體； (5)酸洗-對熱解干餾產生的氣體進行酸性洗滌； (6)冷卻分離-對酸洗后較高溫度的氣體進行冷卻，將氣體和冷凝的液體進行氣液分離，然后對冷卻后的液體進行木焦油和木醋液分離； (7)堿洗-對冷卻后的氣體進行堿性洗滌。
2.根據權利要求I所述的生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝,其特征在于，所述原料包括木質原料成型和秸桿原料成型。
3.一種實施權利要求I的方法的裝置，其特征在于包括依次通過管道連接的粉碎機(I)、制粒機(13)、烘干系統(26)、熱解干餾機(32)、酸洗罐(38)、氣液分離器、堿液器(50)。
4.根據權利要求3所述的一種實施權利要求I的方法的裝置，其特征在于，所述烘干系統(26)前后均接有皮帶輸送機。
5.根據權利要求4所述的一種實施權利要求I的方法的裝置，其特征在于所述烘干系統(26)為帶式干燥系統或滾筒干燥系統或水平圓式干燥系統。
6.根據權利要求5所述的一種實施權利要求I的方法的裝置，其特征在于制粒機(13)為環模擠壓式顆粒機。
7.根據權利要求6所述的一種實施權利要求I的方法的裝置，其特征在于制粒機(13)內設銷式環模(62)。
8.根據權利要求7所述的一種實施權利要求I的方法的裝置，其特征在于所述銷式環模(62)上設抱箍槽(63),在抱箍槽(63)側的凸出環面(64)上均布2到4個銷孔(65)。
9.根據權利要求8所述的一種實施權利要求I的方法的裝置，其特征在于所述熱解干餾機(32)內設炭化釜(37)，炭化釜(37)包括由不銹鋼制成的底部。
全文摘要
本發明公開了一種生物質能成型、熱解干餾產業化生產炭、氣、油、電工藝，它包括以下步驟原料預處理-對原料進行粉碎；成型-將經粉碎后的原料壓制成一定形狀的成型顆粒；烘干-將成型顆粒中的含水率控制在3%-5%；熱解干餾-在隔絕空氣或有少量空氣的條件下，對烘干后的成型顆粒通過熱化學轉換出顆粒炭、氣體和液體；酸洗-對熱解干餾產生的氣體進行酸性洗滌；冷卻分離-對酸洗后的氣體進行冷卻，將氣體和冷凝的液體進行氣液分離，然后對冷卻后的液體進行木焦油和木醋液分離；堿洗-對冷卻后的氣體進行堿性洗滌。本發明將生物質原料轉化為具有較高品位的優質燃料和工業原料。
文檔編號C10K1/12GK102776009SQ201210289498
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者劉貴鋒, 姜洋, 李偉振, 王琪 申請人:中國科學院廣州能源研究所