CN102161897B - 一种农作物秸秆制取木炭活性炭可燃气生物油的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农作物秸秆制取木炭活性炭可燃气生物油的制作方法，它是采用多品种综合加工为一体的联产工艺技术，先把收集来的农作物秸秆用粉碎机粉碎为粒径8—30目的秸秆粉，把秸秆粉料压制成形进行热解，在热解中经过炭化、活化过程，在一条生产线上制作秸秆木炭、活性炭的同时回收了可燃气和提取了生物油，不仅大幅度的减少了固定资产投资，而且卓有成效的增加了经济和社会效益，解决了秸秆的堆放和焚烧的难题，进一步开发和利用了废弃的秸秆资源，填补了国内同行业的空白。

Description

一种农作物秸秆制取木炭活性炭可燃气生物油的制作方法

技术领域

本发明涉及一种农作物秸秆的制作技术，确切的说是一种利用农作物秸杆制取木炭、活性炭、可燃气、生物油的加工生产工艺。

背景技术

我国是一个农业大国，年产各种秸秆8.4亿T，每当收获季节，大量的秸秆无法处理，利用秸秆发电，制作秸秆纤维板或秸秆造纸等各项技术，一次性投资过大，超越了当地农民的经济承受能力。焚烧秸秆不仅污染环境造成危害，而且燃烧的浓烟还影响到飞机的起降和安全。

发明内容

因此人们对有效合理的处理秸秆的技术措施存在极大的需求，至今为止还没有发现关于本发明的有关报道，本发明人经过大量的研究试验，终于研究出使用农作物秸秆制取木炭、活性炭、可燃气和生物油的四项联产生产技术，从而完成了本发明。

本发明的目的就是提供一种农作物秸秆制取木炭、活性炭、可燃气、生物油的制作技术，以解决秸秆的堆放和焚烧的难题，进一步开发和利用废弃的秸秆资源，保护生态环境。

农作物秸秆是一种有机物，它由可燃质：木质素、纤维素、半纤维素、无机质和水份组成，其化学成份主要含有碳C、氢H、氧O、少量氮N及极少量的硫S等元素。不同的农作物秸秆，虽然其化学成份略有不同，但都可以作为生物质使用，尤其是农物作秸秆的生物质能，是太阳以化学能形成储存在生物中的一种能量形式，是一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种再生能源中，生物质是独特的，它是储存的太阳能，是一种唯一可再生的“碳”源。

本发明运用“热裂解”原理：把农作物秸秆等生物质在完全缺氧或限量供氧的条件下，利用热能切断大分子生物质（木质素、纤维素、半纤维素）中炭氢化合物的化学键，使之转化为小分子物质的热降解。在这种热解过程中最终生成气态：“秸秆可燃气”，液态：“秸秆生物油”和固态“秸秆木炭”，再高温活化成为：“秸秆活性炭”。

1、秸秆木炭：

秸秆木炭不仅用于餐饮、烧烤、蔬菜大棚增温，居民做饭、取暖；而且在冶金行业，木炭可用于炼制铁矿石，熔炼的生铁具有细粒结构，铸件紧密，无裂纹等特点，尤其适用于优质钢、特种钢的冶炼。另外蚊香厂、铜厂、橡胶厂、工业硅厂都需要大量的木炭。木炭是国民经济中必不可少的产品，但发达国家只用不产，基本依靠进口。以日本为例，每年木炭销费量约16万吨，50%靠从中国进口。由于秸秆木炭在生产过程中经过强力挤压成型工序，产出的秸秆炭比传统木炭结构紧密，强度大，不易破裂，含碳量高，发热量大，挥发少，燃烧时间长（是普通木炭的1—2倍），可替代热值相当的煤炭，一般热值5000—6000大卡，且易燃又无烟、无味、无污染、无残渣。因此秸秆木炭的品质明显优于传统的以木材为原料的培烧法生产的木炭，加上我国不断加大生态环境保护与建设，严格限制利用天然林生产木炭，国内木炭市场也形成了供不应求的局面。

2、秸秆活性炭：

传统活性炭是利用林业副产品锯木屑、刨花、碎木块和茨小薪材、煤炭、各种果壳以及其它工业副产品如蔗糖渣作原料，通过物理或化学方法，经高温进行炭化、活化而制得的产品。它是一种具有特殊结构和性能的微晶质炭，其中还含有少量的氢、氧及其它一些元素，具有大量的孔隙和很大的比表面积，物理、化学性质稳定，因此具有多种选择性吸附能力。

本项目采用农业废弃物——麦草、豆秸、棉柴、稻草、玉米秸、玉米芯、芦苇等秸秆为原料，经特殊工艺生产秸秆活性炭。其产品和木质活性炭、煤质活性炭一样，被广泛应用于食品、味精、医药、石油、化工、制酒、饮料、植物油精炼、国防、农业、水处理和工业废水、城市污水、有害气体处理等各种领域。是一项重要的工业产品。随着工业的发展和人民生活的提高，活性炭除工业上广泛应用外，已进入人们的家庭生活，如家庭“净水器”、“冰箱除味剂”和空气净化等。活性炭因其是一种环保型产品，一直是国家保护并鼓励发展的行业，享受免税、增值税即征即退等优惠政策。因此可以肯定的说，随着活性炭用途的不断扩大，利用秸秆为原料生产活性炭将具有更为广阔的前景。

3、秸秆可燃汽：

在生产木炭、活性炭的过程中，经热解后，一部分有机质变成蒸气状态，与固体物质相分离，固化物就是木炭、活性炭。回收热解生出的气体，经冷凝分离出气体，即为可燃气。一般热值为4000大卡，其性质和价值与液化气、管道煤气一样可以用作民用做饭、取暖的能源和工业燃料，也可用来燃烧发电。

4、秸秆生物油：

在回收可燃气的过程中，蒸气物经冷却一部分成了液体，即为初级生物油，进一步分离、提纯，即得到精制生物油。可以替代柴油和重油及木焦油、煤焦油，直接进入锅炉和炉窑当燃料。初级生物油其热值是4000多大卡，提纯后可达5000、6000多大卡，与石油一样可以进一步提炼成柴油、汽油等。

本发明采取了多品种综合加工为一体的联产工艺技术，把秸秆粉料先进行“热解”，再经过炭化、活化过程，在一条生产线上制作秸秆木炭、活性炭的同时回收了可燃气，提取生物油，不仅大幅度的减少了固定资产投资，而且卓有成效的增加了经济和社会效益，填补了国内同行业的空白。

附图说明

附图为本发明工艺流程图。

具体实施方式

一、本发明的制作方法，它包括下列步骤：

1、原料粉碎：

把收集来的农作物秸秆用粉碎机粉碎为粒径8—30目的秸秆粉，控制秸秆含水量10—15%。

2、混合压制：

把秸秆粉料加入木焦油为粘合剂进行搅拌混合均匀，经螺旋挤压机压合成秸秆棒，把秸秆棒破碎后形成的秸秆颗粒料作为炭化原料，秸秆粉与木焦油的用量根据螺旋挤压机出口钢制花板的孔径按重量配比混合如下：

①螺旋挤压机出口钢制花板孔径2—2.2mm，秸秆粉与木焦油的重量配合比例为80—85%：15—20%；

②螺旋挤压机出口钢制花板孔径3.5—4mm，秸秆粉与木焦油的重量配合比例为85—90%：10—15%；

③高强度炭的配比：螺旋挤压机出口钢制花板孔径3.5—4mm, 秸秆粉与木焦油的重量配合比例为75—80%：20—25%。

3、炭化：

把秸秆颗粒加入与空气隔绝的自制活化炉的封闭炉膛内，逐步加温，进行吸热分解，至120—150℃开始热解，但速度非常缓慢，主要是秸秆中所含水份进行蒸发，排气孔冒出白色蒸气，秸秆的化学组成几乎没有变化。当温度超过150℃到275℃，秸秆进入预炭化阶段，热解比较明显，秸秆的化学组成开始发生变化，其中不稳定的组分如半纤维素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸。

以上阶段由炉膛内燃烧燃料提供热量来保证热解温度的上升，所以称为吸热分解。

当温度超过275℃至450℃时，秸秆急剧地进行分解，生成大量的分解产物。生成的液体产物中含较大量的醋酸、甲醇和焦油，生成的气体产物中二氧化碳量逐步减少，而甲烷、乙烯等可燃气体逐渐增多。这一阶段放出大量的反映热，炉温自行升高，所以称为放热反应，放热反应的时间为30—40分钟。

当温度超过450℃到500℃时，这个阶段由燃料供给热量进行秸秆炭煅烧，排除残留在秸秆炭中的挥发物质，提高秸秆木炭中的固定碳含量，时间一般40分钟。这时，生成的液体产物已经很少，最后形成秸秆木炭，俗称炭化料。

4、活化：

炭化结束，物料在炉体中随着炉体的旋转和倾斜下，继续向前运行，进入600—900℃的高温活化区，炉温达600℃时，通入水蒸汽作为活化剂进行活化。炉温继续升高，水蒸气和物料接触在850—900℃时高温活化，经0.5至1小时的活化过程，产出秸秆活性炭。

活性炭之所以有很强的吸附能力，主要是它具有特殊的微晶结构，极为发达的微孔和巨大的比表面积，使微孔形成和扩大过程称为活化过程。活化过程的作用是除去炭中的焦油、碳氢化合物以及没有吸附的活性物质，在850—900℃的高温下，利用活化炉自身的余热由锅炉产生的水蒸气气体作为活化剂。①可使原来的闭塞孔开放；②原有孔隙进一步再扩大；③无孔的炭料经活化而产生新孔。从而增强了炭的吸附性能，活化以后的炭料，称为秸秆活性炭，属原料炭。

本发明在实施过程中，除一次点火温炉使用秸秆固化燃料外，待炉温升高，至第一轮炭化、活化结束，即可转入使用本炉自产的可燃气为燃料。

5、回收可燃气、分离生物油：

在炭化、活化过程中，经热解产生的气体，含部分水蒸气，利用吸风机从炉体内引出，引出的气体管道经冷水池冷却，冷水池采用循环降温，水温控制在60℃以下，即可分离出生物油，木焦油、木醋液；气体再经“气水分离器”分离后，用燃气排送机，送入贮气柜，供工厂自用，多余的可燃气供给燃气用户。

6、洗炭：

原料炭中含有一定的灰份和铁等化合物。在活化过程中灰份都转入活性炭中，如不处理，活性炭作为液体吸附剂使用时，其灰份中的某些成份会转入溶液液体，影响产品纯度。漂洗的目的就是除去炭的杂质，提高炭纯度。

洗炭包括酸洗和水洗。酸洗就是除去活性炭中的盐酸可溶物，加酸量视活化料中灰份的含量而定，酸洗时将原料碳放入酸洗池中，按比例加入工业盐酸，原料碳与工业盐酸的重量配比为100%：10—15%，通入蒸气煮沸，使铁及杂质生成水溶性氯化物除去。生产中习惯地把酸洗称为煮铁。酸洗以后用清水反复浸泡冲洗3—6次，使原料炭中的杂质含量达最低值，PH=5-6时，即为结束。酸洗、水洗可以在酸洗桶或酸洗池中进行，所述工业盐酸的浓度为30%。

酸洗排出的酸水，按浓度高低依次排入酸水池，供第二轮调配循环使用，尾末的废酸水排入沉降池，回收部分粉炭，其废水加石灰中和PH至7-8放入下水道。水洗时的废水，流入另一沉淀池，回收部分细炭，废水直接排入下水道。酸洗、水洗均做到无任何污染。

7、脱水烘干：

水洗后的原料炭，装入离心脱水机脱水至50%左右（根据用户需求可作湿炭，混合后出售），也可装袋在坡型地面采用自然渗漏或风干脱水至50%左右。然后送入沸腾干燥器烘干，水分控制在5—8%。

8、筛分：

烘干后的活性炭送入多层振动筛，用8—24目或24—40目筛取后，即可混合包装，作为颗粒活性炭出售给使用颗粒炭的厂家。

9、磨粉：

余下的炭粒和细粉炭送入球磨机或雷蒙磨，磨成粒度为120—180目的细粉炭，出售给使用粉状炭的厂家。

10、包装入库：

磨后的细粉炭以内塑膜和外编织袋包装，出口再加一层纸袋，计量一般为5kg、10kg、20kg、25kg装入印有商标标识的包装袋。

二、分项提取工艺的制作方法：

本技术的先进之一是通过研发和技术组合集约，实现了在同一条生产线上可产出四种产品，与单一的产品或“三联产”相比，节约了设备投资，增加了产出，直接增加了企业的经济效益，具有可行性和实用性。其先进性之二是可以根据市场需求任意调整生产产品的结构类型，其调整的提取生产方法如下。

1、以秸秆木炭为主导产品，采用低温小于500度的慢速热裂解，同时减小炉体倾斜度，放慢转速，木炭的产出量高，不产活性炭。可燃气和生物油作为副产品提取。

2、以秸秆活性炭为主导产品，在炭化基本结束转入高温850—950度时，通入炉体上余热锅炉产生的水蒸汽作为活化剂，进行活化，活性炭的产量高，不产木炭，可燃气和生物油作为副产品提取。

3、以秸秆生物油为主导产品，运用中温500—650度，并提高炉体转速进行快速热裂解，此时生物油的产量高，不产活性炭，回收的可燃气和木炭作为副产品提取。

4、以秸秆可燃气为主导产品，运用高温700—1100度，同时加大炉体倾斜度，并提高转速进行闪速热裂解，不产活性炭，生物油，木炭作为副产品提取。

Claims (1)

1.一种农作物秸秆制取活性炭可燃气生物油的制作方法，其特征在于：它包括下列步骤：

（1）原料粉碎：

把收集来的农作物秸秆用粉碎机粉碎为粒径8—30目的秸秆粉，控制秸秆含水量10—15%；

（2）混合压制：

把秸秆粉料加入木焦油为粘合剂进行搅拌混合均匀，经螺旋挤压机压合成秸秆棒，把秸秆棒破碎后形成的秸秆颗粒料作为炭化原料，秸秆粉与木焦油的用量根据螺旋挤压机出口钢制花板的孔径按重量配比混合；

（3）炭化：

把秸秆颗粒加入与空气隔绝的自制活化炉的封闭炉膛内，逐步加温，进行吸热分解，至120—150℃开始热解，大于150℃且小于等于275℃时，秸秆进入预炭化阶段，热解比较明显，秸秆的化学组成开始发生变化，其中不稳定的组分半纤维素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸；当温度大于275℃且小于等于450℃时，秸秆急剧地进行分解，生成大量的分解产物，生成的液体产物中含大量的醋酸、甲醇和焦油，生成的气体产物中二氧化碳量逐步减少，而甲烷、乙烯等可燃气体逐渐增多，这一阶段放出大量的反应热，炉温自行升高，称为放热反应，放热反应的时间为30—40分钟；当温度大于450℃且小于等于500℃时，这个阶段由燃料供给热量进行秸秆炭煅烧，排除残留在秸秆炭中的挥发物质，提高秸秆木炭中的固定碳含量，时间为40分钟，这时，生成的液体产物已经很少，最后形成秸秆木炭，俗称炭化料；

（4）活化：

炭化结束，物料在炉体中随着炉体的旋转和倾斜下，继续向前运行，进入600—900℃的高温活化区，炉温达600℃时，通入水蒸汽作为活化剂进行活化，炉温继续升高，水蒸气和物料接触在850—900℃时高温活化，经0.5至1小时的活化过程，产出秸秆活性炭；

在850—900℃的高温下，利用活化炉自身上的余热由锅炉产生的水蒸气气体作为活化剂，①可使原来的闭塞孔开放；②原有孔隙进一步再扩大；③无孔的炭料经活化而产生新孔，从而增强了炭的吸附性能，活化以后的炭料，称为秸秆活性炭，属原料炭；

（5）回收可燃气、分离生物油：

在炭化、活化过程中，经热解产生的气体，含部分水蒸气，利用吸风机从炉体内引出，引出的气体管道经冷水池冷却，冷水池采用循环降温，水温控制在60℃以下，分离出生物油，木焦油、木醋液；气体再经“气水分离器”分离后，用燃气排送机，送入贮气柜，供工厂自用，多余的可燃气供给燃气用户；

（6）洗炭：

原料炭中含有一定的灰份和铁，在活化过程中灰份都转入活性炭中，如不处理，活性炭作为液体吸附剂使用时，其灰份中的某些成份会转入溶液液体，影响产品纯度，漂洗的目的就是除去炭的杂质，提高炭纯度；

洗炭包括酸洗和水洗，酸洗就是除去活性炭中的盐酸可溶物，加酸量视活化料中灰份的含量而定，酸洗时将原料碳加入酸洗池中，按比例加入工业盐酸，原料碳与工业盐酸的重量配比为100%：10—15%，通入蒸气煮沸，使铁及杂质生成水溶性氯化物除去，酸洗以后用清水反复浸泡冲洗3—6次，使原料炭中的杂质含量达最低值，PH=5-6时，即为结束，酸洗、水洗在酸洗桶或酸洗池中进行，所述工业盐酸的浓度为30%；

酸洗排出的酸水，按浓度高低依次排入酸水池，供第二轮调配循环使用，尾末的废酸水排入沉降池，回收部分粉炭，其废水加石灰中和PH至7-8放入下水道，水洗时的废水，流入另一沉淀池，回收部分细炭，废水直接排入下水道，酸洗、水洗均做到无任何污染；

（7）脱水烘干：

水洗后的原料炭，装入离心脱水机脱水至50%作湿炭，混合后出售，或装袋在坡型地面采用自然渗漏或风干脱水至50%，然后送入沸腾干燥器烘干，水分控制在5—8%；

（8）筛分：

烘干后的活性炭送入多层振动筛，用8—24目或24—40目筛取后，混合包装作为颗粒活性炭出售给使用颗粒炭的厂家；

（9）磨粉：

余下的炭粒和细粉炭送入球磨机或雷蒙磨，磨成粒度为120—180目的细粉炭，出售给使用粉状炭的厂家；

所述秸秆粉料与木焦油用量的重量配比为：

①螺旋挤压机出口钢制花板孔径2—2.2mm，秸秆粉与木焦油的重量配合比例为80—85%：15—20%；

②螺旋挤压机出口钢制花板孔径3.5—4mm，秸秆粉与木焦油的重量配合比例为85—90%：10—15%。

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