一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)炭化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種以秸桿為原料的生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是國民經(jīng)濟(jì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，能源的供給能力密切關(guān)系著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，是國家戰(zhàn)略安全保障的基礎(chǔ)之一。中國目前正面臨能源短缺與環(huán)境污染的雙重壓力，如何尋求一種清潔可再生能源來彌補(bǔ)化石能源的短缺，同時(shí)減少污染物的排放已迫在眉睫。以生物質(zhì)能為代表的生物質(zhì)氣化發(fā)電、生物質(zhì)氫能、生物質(zhì)綠色燃料成為未來發(fā)展的重要替代能源。我國生物質(zhì)儲(chǔ)量豐富，每年至少產(chǎn)生30億噸生物質(zhì)，如果能將其充分利用，能減少大量的煤炭及石油消耗。
[0003]生物質(zhì)熱解炭化技術(shù)是生物質(zhì)能利用技術(shù)的一種。生物質(zhì)炭化是生物質(zhì)在極低的升溫速率、溫度約400°C下長時(shí)間裂解，以最大限度地得到焦炭，得炭率一般在35%左右。生物質(zhì)通過熱解炭化技術(shù)可以制備生物質(zhì)有機(jī)炭，其在有色金屬的生產(chǎn)過程中常用于表面阻溶劑；在煉制鐵礦石時(shí)，可以使得熔煉的生鐵具有鑄件緊密、細(xì)粒結(jié)構(gòu)、裂紋少等特點(diǎn)；其還常用于制造電極、黑火藥、潤滑劑等，收集的揮發(fā)分可用于燃燒發(fā)電，裂解焦油也是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品。有機(jī)炭由炭和碳?xì)溲趸锝M成，經(jīng)過活化后可制備活性炭。
[0004]傳統(tǒng)的窯式炭化爐炭化法對(duì)燃燒過程中的火力控制要求十分嚴(yán)格，且由于窯體多是由紅磚砌成，容積較大；多用硬質(zhì)原木進(jìn)行燒炭，不僅資源浪費(fèi)嚴(yán)重，而且生產(chǎn)過程勞動(dòng)強(qiáng)度大、條件差、生產(chǎn)周期長、污染嚴(yán)重；無法對(duì)農(nóng)村大量的廢棄秸桿、稻草等生物質(zhì)原料熱解制炭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決化石燃料的短缺問題，克服傳統(tǒng)窯式炭化爐炭化法的缺點(diǎn)，提高生物質(zhì)能的利用價(jià)值，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單、高效、易控制的生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，該方法能將生物質(zhì)成型顆粒燃料在無氧條件下熱解炭化成生物質(zhì)有機(jī)炭。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，其特征在于該方法為采用了內(nèi)部具有換熱器和催化劑導(dǎo)流管以及外表面設(shè)置有夾套的釜式炭化爐熱轉(zhuǎn)化法，具體包括如下步驟:
(I)預(yù)處理:將生物質(zhì)原料充分粉碎后，通過生物質(zhì)造粒機(jī)壓制成生物質(zhì)成型顆粒燃料；
(2 )投料:將預(yù)處理好的生物質(zhì)成型顆粒燃料從炭化爐頂部進(jìn)料口投入炭化爐體內(nèi)，在自身重力作用下填充于換熱器間隙內(nèi)，再從炭化爐上催化劑進(jìn)口加入催化劑進(jìn)入催化劑導(dǎo)流管，催化劑從導(dǎo)流管上的小孔流出與生物質(zhì)成型顆粒充分混合；
(3)熱轉(zhuǎn)化:通加熱載體進(jìn)入炭化爐內(nèi)的管式換熱器和外表面的夾套中，加熱載體通過換熱器和夾套將熱量傳遞給生物質(zhì)成型顆粒，通過控制加熱載體壓力和載體溫度，進(jìn)而控制熱轉(zhuǎn)化速度，控制熱轉(zhuǎn)化溫度在200~800°C，控制轉(zhuǎn)化時(shí)間在20~100min之間，制備得到生物質(zhì)有機(jī)炭產(chǎn)品。
[0007]本發(fā)明還可有進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù)方案:
進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的生物質(zhì)成型顆粒燃料密度為0.8-2.5g/cm3，燃料水分< 12%，燃料灰分彡10%，燃料燃燒低位發(fā)熱量彡10.0 MJ/kg。
[0008]進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的加熱載體可以為熱空氣、高溫?zé)煔?、?dǎo)熱油或者高溫蒸汽。
[0009]進(jìn)一步的優(yōu)選，所述加入的催化劑可以為丙烯酸改性樹脂、聚乙烯醇和丙二醇甲醚醋酸酯、鉀鹽、鈣鹽、過渡金屬鹽、金屬氧化物、水蒸氣、分子篩催化劑或者酸根離子、聚羧酸，用于提高生物質(zhì)成型顆粒得炭率。
[0010]進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的金屬氧化物為A1203、MgO或者Si02。
[0011]進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的分子篩催化劑為Y型、β型或者ZSM-5型分子篩。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
(O本發(fā)明簡(jiǎn)單、高效、操作易控制，換熱器內(nèi)通入加熱載體，可有效控制轉(zhuǎn)化溫度和時(shí)間。根據(jù)克拉伯龍氣態(tài)方程式，通過控制加熱載體壓力和載體溫度，進(jìn)而控制熱轉(zhuǎn)化速度，使生物質(zhì)成型顆粒內(nèi)高分子鏈能充分?jǐn)嗔岩恢鼐垡晃龀觯煌ㄟ^控制轉(zhuǎn)化溫度在200?8000C，控制轉(zhuǎn)化時(shí)間在20?10min之間，使生物質(zhì)成型顆粒充分轉(zhuǎn)化為有機(jī)炭，提高了生物質(zhì)能的利用價(jià)值。
[0013](2)在反應(yīng)過程中加入了丙烯酸改性樹脂、聚乙烯醇和丙二醇甲醚醋酸酯、鉀鹽、鈣鹽、過渡金屬鹽、金屬氧化物、分子篩催化劑或者酸根離子、水蒸氣、聚羧酸等催化劑，用于提高生物質(zhì)成型顆粒的得炭率。
[0014](3)通過本發(fā)明的方法制備得到的生物質(zhì)有機(jī)炭產(chǎn)品性能優(yōu)良，性能指標(biāo)可達(dá)到:密度0.70?0.85g/cm3，水分彡8%，灰分彡10%，燃燒低位發(fā)熱量在4000?6000kcal/kg。
[0015]
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所采用的釜式炭化爐裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:I為進(jìn)料口，2為催化劑進(jìn)口，3為催化劑導(dǎo)流管，4為換熱器，5、6為加熱載體進(jìn)口，7、8為加熱載體出口，9為夾套，10為出料口。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但下述實(shí)施例僅僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非全部?；趯?shí)施方式中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]本發(fā)明的一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法可采用圖1所示裝置實(shí)現(xiàn)。
[0021]一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，該方法為采用了內(nèi)部具有換熱器4和催化劑導(dǎo)流管3以及外表面設(shè)置有夾套9的釜式炭化爐熱轉(zhuǎn)化法，具體包括如下步驟:
(I)預(yù)處理:將生物質(zhì)原料充分粉碎后，通過生物質(zhì)造粒機(jī)壓制成生物質(zhì)成型顆粒燃料；
(2)投料:將預(yù)處理好的生物質(zhì)成型顆粒燃料從炭化爐頂部進(jìn)料口I投入炭化爐體內(nèi)，在自身重力作用下填充于換熱器4間隙內(nèi)，再從炭化爐上催化劑進(jìn)口 2加入催化劑進(jìn)入催化劑導(dǎo)流管3，催化劑從導(dǎo)流管3上的小孔流出與生物質(zhì)成型顆粒充分混合；
(3)熱轉(zhuǎn)化:從加熱載體進(jìn)口5和6通加熱載體分別進(jìn)入炭化爐外表面的夾套9中和炭化爐內(nèi)的換熱器4中，加熱載體通過換熱器4和夾套9將熱量傳遞給生物質(zhì)成型顆粒，通過控制加熱載體壓力和載體溫度，進(jìn)而控制熱轉(zhuǎn)化溫度為200~800°C，控制轉(zhuǎn)化時(shí)間在20~100min之間，轉(zhuǎn)化完成后加熱載體從加熱載體出口 7和8流出，炭化后的有機(jī)炭從炭化爐底部出料口 10輸出。
[0022]本發(fā)明簡(jiǎn)單、高效、操作易控制，通過控制加熱載體壓力和溫度可有效控制轉(zhuǎn)化速度，使生物質(zhì)成型顆粒內(nèi)揮發(fā)分能充分析出以及充分轉(zhuǎn)化為有機(jī)炭，提高生物質(zhì)能的利用價(jià)值；在反應(yīng)過程中加入了催化劑，用于提高生物質(zhì)成型顆粒的得炭率；且通過添加催化劑，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)有機(jī)炭的清潔制備，提高生物質(zhì)有機(jī)炭的得炭率；通過本發(fā)明制備得到的生物質(zhì)有機(jī)炭產(chǎn)品性能優(yōu)良，性能指標(biāo)可達(dá)到:密度0.70?0.85g/cm3，水分< 8%，灰分(10%，燃燒低位發(fā)熱量在4000?6000kcal/kg。
[0023]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，其特征在于該方法為采用了內(nèi)部具有換熱器和催化劑導(dǎo)流管以及外表面設(shè)置有夾套的釜式炭化爐熱轉(zhuǎn)化法，具體包括如下步驟: (1)預(yù)處理:將生物質(zhì)原料充分粉碎后，通過生物質(zhì)造粒機(jī)壓制成生物質(zhì)成型顆粒燃料； (2)投料:將生物質(zhì)成型顆粒燃料從炭化爐頂部進(jìn)料口投入炭化爐體內(nèi)，在自身重力作用下填充于換熱器間隙內(nèi)，再從炭化爐上催化劑進(jìn)口加入催化劑進(jìn)入催化劑導(dǎo)流管，催化劑從導(dǎo)流管上的小孔流出與生物質(zhì)成型顆粒充分混合； (3)熱轉(zhuǎn)化:通加熱載體進(jìn)入炭化爐內(nèi)的管式換熱器和外表面的夾套中，加熱載體通過換熱器和夾套將熱量傳遞給生物質(zhì)成型顆粒，通過控制加熱載體壓力和控制載體溫度，進(jìn)而控制熱轉(zhuǎn)化速度，控制熱轉(zhuǎn)化溫度為200~800°C，控制轉(zhuǎn)化時(shí)間在20~100min之間，制備得到生物質(zhì)有機(jī)炭產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，其特征在于:所述生物質(zhì)成型顆粒燃料密度為0.8-2.5g/cm3，燃料水分< 12%，燃料灰分< 10%，燃料燃燒低位發(fā)熱量彡 10.0 MJ/kgo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，其特征在于:所述的加熱載體可以為熱空氣、高溫?zé)煔饣蛘吒邷卣羝?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，其特征在于:所述加入的催化劑可以為丙烯酸改性樹脂、聚乙烯醇和丙二醇甲醚醋酸酯、鉀鹽、鈣鹽、過渡金屬鹽、金屬氧化物、分子篩催化劑或者酸根離子、水蒸氣、聚羧酸，用于提高生物質(zhì)成型顆粒得炭率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，其特征在于:所述的金屬氧化物為 Al203、Mg0 或者 S12O6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，其特征在于:所述分子篩催化劑為Y型、β型或者ZSM-5型分子篩。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種生物質(zhì)有機(jī)炭制備方法，涉及生物質(zhì)炭化技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于該方法為采用了釜式炭化爐熱轉(zhuǎn)化法,具體包括以下步驟：(1)將生物質(zhì)原料預(yù)處理壓制為成型顆粒燃料；（2）將預(yù)處理好的生物質(zhì)成型顆粒燃料投入炭化爐體內(nèi)，加入催化劑與生物質(zhì)成型顆粒充分混合；（3）通加熱載體進(jìn)入炭化爐內(nèi)的管式換熱器和外表面的夾套中，加熱載體通過換熱器和夾套將熱量傳遞給生物質(zhì)成型顆粒，通過控制加熱載體壓力和溫度來控制熱轉(zhuǎn)化溫度和轉(zhuǎn)化時(shí)間。本發(fā)明簡(jiǎn)單、高效、操作易控制，提高了生物質(zhì)能的利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)有機(jī)炭的清潔制備，提高了生物質(zhì)有機(jī)炭的得炭率，制備出性能優(yōu)良的生物質(zhì)有機(jī)炭產(chǎn)品。
【IPC分類】C10B53/02, C10B47/16, C10B47/06, C10B57/06
【公開號(hào)】CN104910934
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510233948
【發(fā)明人】邢獻(xiàn)軍
【申請(qǐng)人】邢獻(xiàn)軍
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日