CN101245250A - 木质化生物质材料能源化综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料的能源化综合利用方法，属于木材科学技术领域；该方法是将上述原料，进行炭化处理，通过控制炭化温度、时间，以及空气的供给量，调整气态产物(可燃气)、液态产物(醋液及焦油)和固态产物(生物质炭)的得率，并分别加以能源化综合利用，以满足不同用户的需求。该方法的特点是原料来源广泛，价格低廉、易得，技术可操作性强，安全、可靠，能较好地实现木质化生物质材料的能源化综合利用；可根据用户的需要，调整气态产物、液相产物和固态产物的得率。

Description

木质化生物质材料能源化综合利用的方法
技术领域
本发明涉及一种木质化生物质材料能源化综合利用的方法，主要是利用农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料，通过炭化的方式使上述木质化材料能源化利用，属于木材科学技术领域。
技术背景
木质化生物质原料是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在世界能源总消费量中占14％。在世界范围内，随着经济的飞速发展，能源的需求量也迅速增加，从而造成了能源的相对短缺。最近国家发展改革委员会发布《“十一五”资源综合利用指导意见》中，强调要重点发展农业废弃物、林木“三剩物”、次小薪材等木质化生物质资源化利用问题。
我国是一个农业大国，秸秆资源十分丰富，稻草、小麦秸和玉米秸为三大农作物秸秆。据统计，1998年全国各种秸秆的产量达6.05亿吨，折合标准煤量3.03亿吨。受消费观念和生活方式的影响，农村传统处理秸秆方法使相当部分的秸秆资源没有得到合理开发利用。据调查，目前我国秸秆利用率约为33％，其中大部分未加处理，经过技术处理后利用的仅约占2.6％。国家计委、国家经委、国家物资总局的统计表明：全国木材的直接利用率为百分之五十左右，加工剩余物和采伐剩余物大部分没有利用，综合利用率也很低。
面对能源的紧缺和石油的涨价现状，开辟秸秆资源和木材资源能源化利用的新领域，最大限度地提高秸秆资源和木材资源能源化综合利用率，对缓解能源的紧缺和石油的涨价的压力，促进和保证我国国民经济的可持续发展，具有十分重要的现实意义。
目前，有关农业废弃物、林木“三剩物”、次小薪材等木质化生物质资源化利用的方法，主要是将农作物秸秆粉碎，经硫酸及石灰乳和水解得到糖液，再按照常规乙醇发酵工艺制得乙醇；或是在300℃～600℃的温度条件下，用农作物秸秆制取秸秆炭和秸秆醋液，即草酸液的方法，热解秸秆制取秸秆炭和秸秆醋液产物的量不能根据需要进行控制；或是以稻壳和竹木废料为原料，制取活性炭，再将活性炭与异氰酸酯胶粘剂混合，压制活性炭板；或是通过10种菌全部组成的微生物肥料剂的作用，将非高度木质化的农作物秸秆部分降解，直接还田成肥或是将秸秆通过汽爆、发酵之后，在400℃～700℃和0～0.002MPa的条件下进行热解，从而制得液体燃料；或是将木材加工中的锯末与煤泥及其他补助材料等均匀混合，制成普通型、速燃型等各种球形及坯型的锯末蜂窝煤，供燃烧及锅炉使用；或是通过木屑制棒机，将木屑烧制成木炭棒；或是以一年生麦秸或稻草以及杨木小径材、枝桠材或胶合板车间加工剩余物为原料，制作农作物秸秆复合均质板；或是将阔叶材、针叶材的剥皮原木，采伐剩余物树头、树根，加工剩余物截头、板皮、锯末，放在窑内点火燃烧，从80℃的黄烟中收集粗制木酢液，并经3个月以上的静置沉淀，分离出精制木酢液；或是以竹木加工剩余物与木纤维为原料，生产竹木复合材料；或是利用思茅松木材、松树木材伐区剩余物、松树木材加工剩余物、松树木材丢弃物、次小芯材、竹材等原料，模压工业托盘；或是将玉米、高粱、小麦、大麦、谷类等农作物秸秆粉碎或梳碎后制成方便饭盒。经有关文献、资料检索，如中国专利99112353.0“农作物秸秆生产乙醇工艺”、200410014451.7“用农作物秸秆制取秸秆炭和秸秆醋液的方法”、200610081581.1“利用稻壳和竹木废料制备的活性炭板材”、02133713.6“一种直接分解秸秆为肥的微生物肥料菌剂及其生产工艺和使用方法”、200510011104.3“汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的方法及装置”、89105174.0“锯末压缩蜂窝煤制备方法”、95229725.6“木屑制棒机”、00220921.7“农作物秸秆复合均质板”、200410049762.7“木酢液生产工艺”、200710035119.2“一种竹材碎料利用的方法及其制品”、200610163826.5“一种模压工业托盘的制造方法”、01132626.3“一种制造方便饭盒的材料”；从上述技术文献中，未发现相近似的制造技术内容。
发明内容
本发明的目的，是为了克服上述不足之处，利用农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料为原料，根据上述木质化生物质材料的特性、结合用户的最终需求，提供一种木质化生物质材料能源化综合利用的方法，在拓展了木质化生物质材料利用的新途径的条件下，也同时有效地缓解当前以及未来能源供需紧张的矛盾，为用户提供清洁、环保、绿色、可永续利用的能源。
本发明主要是利用农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料为原料，通过截断或粉碎、炭化炉炭化、气相产物的冷凝与分离等工序，得到气态产物(可燃气)、液态产物(醋液及焦油)和固态产物(生物质炭)。根据用户对炭化最终产物不同用途的需求，通过控制炭化的工艺条件，调整气相产物、液相产物和固态产物的得率，实现木质化生物质材料能源化综合利用，可缓解当前或未来的能源供需矛盾。
本发明提供了一种农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料的能源化综合利用方法，属于木材科学技术领域；该方法是将上述原料，进行炭化处理，通过控制炭化温度、时间，以及空气的供给量，调整气态产物、液态产物和固态产物的得率，并分别加以能源化综合利用，以满足不同用户的需求。该方法的特点是原料来源广泛，价格低廉、易得，技术可操作性强，安全、可靠，能较好地实现木质化生物质材料的能源化综合利用；可根据用户的需要，调整气相产物、液相产物和固态产物的得率。
本发明的目的是这样实现的
涉及一种通过炭化工艺参数条件的控制，实现对可燃性的气态产物、化工原料和燃料的液态产物、可吸附和燃烧的固态产物等三种产物产量的优化控制，满足用户对其中一种或两种产物的主要需求的方法。它是将农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料切断或打碎成一定规格的碎料，其长度在0.5～100毫米范围，再将其装入炭化炉内；通过控制炭化温度、时间，以及空气的供给量，调整气态产物、液态产物和固态产物的得率，其中炭化的温度在300～1000℃之间，炭化时间在2～16小时之间，供氧量的当量比(空气中的氧与燃料完全燃烧所需氧的体积分数)在0.1～0.3之间。炭化产生的气相产物体经过冷凝，分离出液态物质(醋液及焦油)和气态物质(可燃气)，气态物质可直接作为燃气使用，液态物质再经过沉淀分离出水、焦油和其它有机成分，焦油和其它有机成分可作为化工原料使用，炭化的固态物质为炭，可作为燃料和吸附剂使用。
本发明创造有如下优点和效果
该方法的特点是原料来源广泛，价格低廉、易得，技术可操作性强，安全、可靠，能较好地实现木质化生物质材料的能源化综合利用；可根据用户的需要，调整气态产物、液相产物和固态产物的得率。
具体实施方式
实施例  木材加工剩余物能源化综合利用的方法，原料采用农作物秸秆，用粉碎机将其加工成5～25毫米长的秸秆段，之后，将加工好的秸秆段装入炭化炉内，通过控制炭化温度、时间，以及空气的供给量，调整气态产物、液态产物和固态产物的得率，其中炭化的温度在600～800℃之间，炭化时间在1～2小时，供氧量的当量比(空气中的氧与燃料完全燃烧所需氧的体积分数)在0.1～0.2之间。炭化产生的气相产物体经过冷凝，分离出液态物质(醋液及焦油)和气态物质(可燃气)，气态物质可直接作为燃气使用，液态物质再经过沉淀分离出水、焦油和其它有机成分，焦油和其它有机成分可作为化工原料使用，炭化的固态物质为炭，可作为燃料和吸附剂使用。

Claims (6)

1.利用农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料为原料，实现木质化生物质材料能源化综合利用的方法。其特征是：将农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料切断或打碎成一定规格的碎料，其长度在0.5～100毫米范围，再将其装入炭化炉内；在炭化过程中，通过有限供氧，根据用户对最终炭化产物的不同需求，优化选择不同的炭化工艺，炭化的温度在300～1000℃范围，炭化的时间为2～16小时；供氧量的当量比(空气中的氧与燃料完全燃烧所需氧的体积分数)在0.1～0.3之间；炭化产生的气相产物体经过冷凝，分离出液态物质(醋液及焦油)和气态物质(可燃气)，气态物质可直接作为燃气使用，液态物质再经过沉淀分离出水、焦油和其它有机成分，焦油和其它有机成分可作为化工原料使用，炭化的固态物质为炭，可作为燃料和吸附剂使用；
2.根据权利要求1所述的木质化生物质材料能源化综合利用的方法，其特征是：木质化生物质材料的原料为农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等；
3.根据权利要求1所述的木质化生物质材料能源化综合利用的方法，其特征是：将农作物秸秆、木材和竹材加工剩余物，以及林区采伐剩余物等木质化生物质材料切断或打碎成一定规格的碎料，其长度在0.5～100毫米范围；
4.根据权利要求1所述的木质化生物质材料能源化综合利用的方法，其特征是：炭化的温度在300～1000℃范围；
5.根据权利要求1所述的木质化生物质材料能源化综合利用的方法，其特征是：炭化的时间为2～16小时。
6.根据权利要求1所述的木质化生物质材料能源化综合利用的方法，其特征是：供氧量的当量比(空气中的氧与燃料完全燃烧所需氧的体积分数)在0.1～0.3之间。
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