CN102816621A - 一种家具厂废弃木料制备成型燃料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家具厂废弃木料制备成型燃料的方法。首先将家具厂的废弃木料粉碎后加入添加剂进行低温热解预处理，使其中所含的胶黏剂分解产生主要成分为NH₃的含氮气体，经净化后燃烧供热，而热解固体焦产物进入成型机内挤压成型具有粘结性能，不加入或另加入粘结剂挤压成型得到抗结渣性能较好的成型燃料。本方面方法适应性强，处理方法简单、成本低廉，有效减轻了后续燃料燃烧过程中NO_x的处理负荷；同时提高成型燃料的灰熔点，减小锅炉内结渣、结垢、腐蚀等风险，有效利用家具厂废弃物，节省资源，为我国家具厂废弃木料的处理处置提供了又一途径。

Description

一种家具厂废弃木料制备成型燃料的方法

技术领域：

本发明涉及废弃物能源化利用技术领域，具体涉及一种回收利用家具厂废弃木料制备成型燃料的方法。

技术背景

目前随着木材工业的蓬勃发展，我国人造板产销量急剧增长，人造板的生产制造为有效利用木材资源提供了很好的方法。我国约有90%的木材工业用胶黏剂用于人造板产业，木材用胶黏剂占胶黏剂总产量的60%以上，胶黏剂工业的发展也对刨花板和纤维板等木材工业的发展产生了积极的影响，使得小径级材、枝梗材、间伐材以及木材加工剩余物等能够得到充分利用,提高了木材的综合利用率，改善了木材的性能。目前人造板工业中使用的胶黏剂大多以合成树脂型胶黏剂为主，其中“三醛”胶（即脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂）因其具备价格低廉、使用方便、胶合性能好等优点，被广泛地应用于胶合板、中密度纤维板、刨花板、细木工板、实木（竹）复合地板记忆人造板饰面等生产中，其中尤以脲醛树脂用量大。据测算，2010年我国木材工业用胶黏剂产量达到了858.19万吨（固体含量100%计），其中脲醛树脂胶约780.11万吨，酚醛树脂胶约49.33万吨，三聚氰胺-甲醛树脂胶约28.75万吨，脲醛树脂胶占绝对优势，占全部胶黏剂产量的90.9%。

然而在人造板大量使用的同时也产生了大量的废弃人造板，作为人造板生产与消费大国，我国每年有大约10%的人造板及其制品被淘汰，这些废弃的木材中含有大量的胶黏剂，氮元素含量非常高。无法再利用的废旧人造板大多以简单燃烧的方式处理，含有树脂胶黏剂的人造板在燃烧时会产生大量的NO_x气体及少量NH₃、HNCO、HCN等有害气体，对环境造成污染，难以达到排放标准，增加了后续烟气脱硝工艺的负荷。因此，如何安全高效的实现废弃人造板的再生利用越来越受到研究者的重视。

目前利用生物质制备成型燃料及处理废弃人造板方面已有相关研究。CN102041124A公开了一种利用废弃木材制备生物质燃料的制造方法，将木材干燥后用过热蒸汽在300～600℃温度下软化，并挤压成型。专利CN 101955786A公开了一种废弃人造板热化学清洁转化制备生物油的装置，由预热解器、主热解器、气固分离器、冷凝器、换热器、旋液分离器、静电除尘器和气体分配器组成。专利ZL 200610081581.1公开了一种利用稻壳和竹木废料制备活性炭板材的方法，将原料在250～900℃炭化炉内炭化2～90h，活化后添加异氰酸酯胶黏剂挤压得到活性炭板材。专利CN 101139538A公开了一种秸秆棒状致密成型燃料及其制造方法，由秸秆在180～240℃下直接热压成型得到。专利CN 102021059A公开了一种利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，将生物质在10²～10⁵℃/s的升温速率下加热至300～500℃停留0.01～5s后，粉碎后加入粘结剂挤压成型。

上述专利均未涉及利用家具厂废弃木料与添加剂混合后、进行低温热处理以分解胶黏剂去除含氮气体、并将热解固体产物挤压成型制备成型燃料的方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，解决了现有家具厂废弃木料中含有大量胶黏剂、在简单的燃烧处理中会释放NO_x的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

本发明首先将家具厂的废弃木料粉碎后加入添加剂进行低温热解预处理，所述添加剂为含铝硅酸盐的矿石，使其中所含的胶黏剂分解产生主要成分为NH₃的含氮气体，经净化后燃烧供热，而热解固体焦产物具有粘结性能，不加入或另加入粘结剂挤压成型得到抗结渣性能较好的成型燃料。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

(1)将家具厂的废弃木料粉碎成10mm以下的碎木粉，然后将碎木粉与添加剂充分混合得到混合物；

(2)将步骤（1）得到的混合物送入热解反应器中进行低温热解预处理，采用烟气间接供热，得到热解固体焦产物和热解气体，出口烟气经过烟气净化系统处理后排空；

(3)将步骤(2)得到的热解气体冷凝，将冷凝得到的液体进入燃烧器，未冷凝的气体经初步净化后也进入燃烧器，燃烧产生的高温烟气用于所述步骤(2)中热解预处理；

(4)将步骤(2)得到的热解固体焦产物直接送入成型机中，或者另外添加粘结剂，混合均匀后送入成型机中，进行挤压成型，得到成型燃料。

步骤(1)中所述添加剂为含铝硅酸盐的矿石，包括但不限于高岭土、蒙脱石、沸石、长石、云母等，添加剂中SiO₂和Al₂O₃的总质量含量在80%以上；粒径优选在0.5mm以下，所述碎木粉与所述添加剂的质量比例为1:0.005～0.05；

步骤(2)中所述热解反应器内的平均温度为270～320℃；所述预处理采用高温烟气间接供热，停留时间为10～30min；在该条件下，碎木粉与添加剂在热解反应器中得到充分混合，同时添加剂作为良好的热载体能使反应器内温度均匀，有利于碎木粉的均匀受热，碎木粉中原含有的80%以上的胶黏剂受热分解产生主要成分为甲醛、NH₃及少量HNCO、HCN的气体，木粉中的部分半纤维素发生分解产生H₂、CO、CO₂等小分子气体及酸类、醛类、醇类、烃类等物质，在热解反应器中供热后的烟气用于预热添加剂，之后经过一系列现有技术的烟气净化处理工序，可以达到烟气排放标准，可直接排空。

步骤(3)中，将步骤(2)中热解预处理过程产生的热解气体冷凝，使其中沸点较高的酸类、醛类、醇类、烃类等物质冷凝，冷凝后的液体送入燃烧器燃烧；未冷凝的气体中含有较高含量的NH₃及少量的HNCO、HCN等含氮物质，可通过初步净化去除，净化后的气体也进入燃烧器燃烧，燃烧器中燃烧过量系数为1.1～1.4之间，燃烧温度600～800℃之间，燃烧产生的高温烟气为步骤(2)中所述热解反应器供热。此处燃烧过量系数是指燃料在燃烧过程实际供给的空气量与理论空气量之比。

步骤(4)中，将步骤(2)中热解预处理过程中产生的热解固体焦产物进入成型机内挤压成型。在该条件下，由于碎木粉在热解过程中受热其中木质素软化但未分解，使产生的固体焦产物具有一定的粘结性能，不添加粘结剂也可挤压成型得到成型燃料，也可另外添加秸秆类或木材类生物质热解生物油中的重质组分作为粘结剂，所述热解固体焦产物与粘结剂的质量比例为1:0～0.1，成型机内温度为200～300℃，成型压力为10～50MPa，得到的成型燃料含水率在5～15%之间。秸秆类或木材类生物质热解生物油中包含水相和油相，经分离后去除水相部分得到的重质组分具有较好的粘结性能，作为粘结剂添加到废木粉的热解固体焦产物中更有助于提高成型燃料的强度及抗潮解性能，同时含铝硅酸盐添加剂进入到成型燃料中，有利于在后续成型燃料燃烧过程中吸附固定钾、钠等易挥发的碱金属物质，同时提高成型燃料的灰熔点，使变形温度相对于未加入添加剂的成型燃料提高了180℃以上，降低了其在锅炉中燃烧时所引起的结渣、结垢、腐蚀等风险。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明将家具厂废弃木粉回收利用，通过低温热解预处理制备成型燃料，可有效利用家具厂废弃物，节省资源，为我国家具厂废弃木料的处理处置提供了又一途径；

2.本发明采取低温热解预处理废弃木粉，使其中所含的胶黏剂分解产生容易被处理的含氮气体，处理方法简单、成本低廉，有效减轻了后续燃料燃烧过程中NO_x的处理负荷；

3.本发明将碎木粉与在含铝硅酸盐的添加剂混合后进行低温热解预处理，使碎木粉与添加剂得到充分混合，添加剂作为良好的热载体不仅有利于热解反应器内碎木粉均匀受热，而且有利于在成型燃料在后续燃烧过程中吸附固定钾、钠等易挥发碱金属物质，同时提高成型燃料的灰熔点，减小锅炉内结渣、结垢、腐蚀等风险。

4.本发明中热解预处理后的固体产物具有一定的粘结性能，无粘结剂时也可成型，而加入生物质热解生物油的重质组分作为粘结剂更有利于提高成型燃料的强度及抗潮解性能，该方法中是否添加粘结剂可根据具体情况而定，适应性强。

附图说明：

图1是本发明技术流程图。

具体实施方式：

以下通过实施例对本发明内容作进一步说明，但不构成对对本发明保护范围的限制。

实施例1：

取某家具厂废弃木料，含水率15.3%，干基氮元素含量4.58%，灰分含量2.55%。将木料粉碎至10mm以下，与粒径在0.5mm以下的高岭土按照质量比为1:0.05的比例充分混合，其中高岭土中SiO₂和Al₂O₃的总质量含量为89.65%，将混合物送入螺旋热解反应器中进行低温热解预处理，采用高温烟气间接干燥，螺旋热解反应器内平均温度为320℃，停留10min。将木粉热解产生的气体送入冷凝装置中冷凝，冷凝后的液体送入燃烧器，将未冷凝气体送入气体洗涤装置中，经初步净化后送入燃烧器。燃烧器中空气过量系数为1.2，燃烧温度为780℃，燃烧产生的高温烟气为热解反应器供热。碎木粉经过低温热解后产生64.9%的固体产物，与生物油重质组分按照质量比为1:0.05的比例混合均匀后进入活塞冲压成型机中，成型机内温度为295℃、成型压力为30MPa，得到块状成型燃料直径为30mm、高度20mm，含水率9.2%，经检测，成型燃料氮元素含量为0.48%，热值为16.84MJ/kg，燃烧灰份的变形温度为1230℃，软化温度为1250℃，而不加入高岭土的同种木料灰分的变形温度为986℃，软化温度为992℃。

实施例2：

某家具厂废弃木料含水率14.5%，干基氮元素含量4.28%，灰分含量4.54%。将木料粉碎至8mm以下，与粒径在0.3mm以下的沸石按照质量比为1:0.02的比例充分混合，其中沸石中SiO₂和Al₂O₃的总质量含量为81.54%，将混合物送入回转窑热解反应器中进行低温热解预处理，采用高温烟气间接干燥，回转窑热解反应器内平均温度为270℃，停留30min。将木粉热解产生的气体送入冷凝装置中冷凝，冷凝得到的液体送入燃烧器，将未冷凝气体送入气体洗涤装置中，经初步净化后送入燃烧器，燃烧器中空气过量系数为1.4，燃烧温度为690℃，燃烧产生的高温烟气为热解反应器供热。碎木粉经过低温热解后产生71.6%的固体产物，与生物油重质组分按照质量比为1:0.02的比例混合均匀后进入活塞冲压成型机中，成型机内温度为245℃、成型压力为50MPa，得到棒状成型燃料直径为10mm、长度30mm，含水率7.3%，经检测，成型燃料氮元素含量为0.54%，热值为16.33MJ/kg，燃烧灰份的变形温度为1210℃，软化温度为1240℃，而不加入沸石的同种木料灰分的变形温度为981℃，软化温度为988℃。

实施例3：

某家具厂废弃木料含水率17.7%，干基氮元素含量4.45%，灰分含量2.79%。将木料粉碎至5mm以下，与粒径在0.3mm以下的长石按照质量比为1:0.01的比例充分混合，其中长石中SiO₂和Al₂O₃的总质量含量为87.13%，将混合物送入流化床热解反应器中进行低温热解预处理，采用高温烟气间接干燥，流化床热解反应器内平均温度为305℃，停留20min。将木粉热解产生的气体送入冷凝装置中冷凝，冷凝得到的液体送入燃烧器，将未冷凝气体送入气体洗涤装置中，经初步进化后送入燃烧器。燃烧器中空气过量系数为1.1，燃烧温度为600℃，燃烧产生的高温烟气为热解反应器供热。碎木粉经过低温热解后产生69.6%的固体产物，直接进入活塞冲压成型机中，成型机内温度为280℃、成型压力为20MPa，得到棒状成型燃料直径为8mm、长度30mm，含水率8.4%，经检测，成型燃料氮元素含量为0.35%，热值为16.72MJ/kg，燃烧灰份的变形温度为1180℃，软化温度为1230℃，而不加入高岭土的同种木料灰分的变形温度为972℃，软化温度为980℃。

实施例4：

某家具厂废弃木料含水率12.2%，干基氮元素含量4.69%，灰分含量3.59%。将木料粉碎至5mm以下，与粒径在0.5mm以下的云母按照质量比为1:0.005的比例充分混合，其中云母中SiO₂和Al₂O₃的总质量含量为82.36%，将混合物送入螺旋热解反应器中进行低温热解预处理，采用高温烟气间接干燥，流化床热解反应器内平均温度为320℃，停留30min。将木粉热解产生的气体送入冷凝装置中冷凝，冷凝得到的液体送入燃烧器，将未冷凝气体送入气体洗涤装置中，经初步进化后送入燃烧器。燃烧器中空气过量系数为1.25，燃烧温度为800℃，燃烧产生的高温烟气为热解反应器供热。碎木粉经过低温热解后产生65.8%的固体产物，与生物油重质组分按照质量比为1:0.1的比例混合均匀后进入活塞冲压成型机中，成型机内温度为300℃、成型压力为10MPa，得到块状成型燃料直径为30mm、高度20mm，含水率7.9%，经检测，成型燃料氮元素含量为0.41%，热值为17.01MJ/kg，燃烧灰份的变形温度为1165℃，软化温度为1220℃，而不加入沸石的同种木料灰分的变形温度为968℃，软化温度为974℃。

上述详细说明是针对本发明的可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (9)

1.一种家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将家具厂的废弃木料粉碎成10mm以下的碎木粉，将碎木粉添加剂充分混合得到混合物，所述添加剂为含铝硅酸盐的矿石，添加剂中SiO₂和Al₂O₃的总质量含量在80%以上，所述碎木粉与所述添加剂的质量比为1:0.005～0.05；

（2）将步骤（1）得到的混合物送入热解反应器中进行热解预处理，采用高温烟气间接供热，得到热解固体焦产物和热解气体；

（3）将步骤(2)得到的热解气体冷凝，将冷凝得到的液体进入燃烧器，未冷凝的气体经初步净化后也进入燃烧器，燃烧产生的高温烟气用于所述步骤(2)中热解预处理；

（4）将步骤(2)得到的热解固体焦产物直接送入成型机中，或者另外添加粘结剂，混合均匀后送入成型机中，进行挤压成型，得到成型燃料。

2.根据权利要求1所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述步骤（1）中添加剂选自高岭土或蒙脱石、沸石、长石、云母。

3.根据权利要求1或2所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述步骤（1）中添加剂粒径在0.5mm以下。

4.根据权利要求1所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述步骤（2）处理温度为270～320℃，停留时间为10～30min。

5.根据权利要求1所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述步骤（3）中燃烧器中燃烧过量系数为1.1～1.4。

6.根据权利要求1或5所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述步骤（3）燃烧温度600～800℃。

7.根据权利要求1所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述的步骤(4)中粘结剂可以是秸秆类、木材类生物质热解生物油分离得到的重质组分。

8.根据权利要求1或7所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述步骤（4）中步骤(4)中得成型机内温度为200～300℃，成型压力为10～50MPa。

9.根据权利要求1或7所述家具厂废弃木料制备成型燃料的方法，其特征在于所述步骤（4）中热解固体焦产物与粘结剂的质量比例为1:0～0.1。