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一种闭式热解炭化多联产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种闭式热解炭化多联产工艺，属于可再生能源技术领域，用于实际生产中各类生物质的热解炭化流水线加工。该工艺主要由物料粉碎、物料干燥、热解炭化和炭气分离4个工序组成，连续密闭喂入的生物质物料经粉碎和干燥后进入热解炭化工序，在工作的初始阶段外部热源为物料炭化进行启动供能，当炭气分离工序中粗燃气高温裂解产生的高温燃气对热解炭化进行运行供能后断开外部热源，实现“外部激发启动，运行闭式循环”的热源利用模式。该工艺流程不仅能实现生物炭和燃气的多联产，还能通过多路闭式循环技术实现高效的余热回用，达到节能减排和降低能耗的目的，该工艺适用于各类生物质的热解炭化加工。

Description

一种闭式热解炭化多联产工艺
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种闭式热解炭化多联产工艺，该工艺适用于实际生产中各类生物质的热解炭化流水线加工。工作中，该工艺流程不仅能实现生物炭和燃气的多联产，还能通过多路闭式循环技术实现高效的余热回用。
背景技术
生物炭是生物质有机材料在缺氧或绝氧环境中，经热裂解后生成的固态产物。其资源丰富，用途广泛，既可作为高品质能源，也可作为还原剂，还可作为土壤改良剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂。我国能源结构主要以煤炭为主，因其使用造成的环境污染，生态破坏日趋严重，人均能源消费水平和能源利用率比较低。因此，发展新的能源工业，调整能源结构和提高能源利用率在我国已成为当务之急。
生物炭是一种含碳量特别丰富的木炭，它是在限氧或缺氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或畜禽粪便等生物质炭化，得到的一种固态产物，被科学家们称为生物炭，很多科学家冠以生物炭“黑色黄金”的美誉。生物炭通过固定生物质中的碳，对大气土壤碳循环、陆地碳储存等都有重要影响。有学者认为，生物炭可能是唯一的稳定性碳源，是改变土壤碳库自然平衡较大程度提高土壤碳库容量的技术方式，也是缓解温室效应的一条重要的可行途径，生物炭还很有可能成为人类解决全球气候变化问题的一条重要途径。
目前，由于对生物质热解研究的重视，已产生了一些较显著的成果，但研究多集中于生物质热解机理和生物质热解设备的研究，如热解设备按生产方式可分为间歇式和连续式，关于生物质热解炭化工艺流程的研究很少，从而导致热解炭化加工中始终存在能源投入、消耗大，废热排放等问题，这些问题单纯从机械设备上去解决十分不经济。因此如何更通过优化热解炭化加工工艺流程，降低能源投入与消耗是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决技术背景中所述现有生物质热解炭化技术中存在的能耗高、热损失量大、生产工艺不完善的问题，公开一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，该工艺主要由物料粉碎、物料干燥、热解炭化和炭气分离4个工序组成，连续密闭喂入的生物质物料经粉碎和干燥后进入热解炭化工序，在工作的初始阶段外部热源为物料炭化供能，当炭气分离工序中粗燃气高温裂解产生的高温燃气对热解炭化进行供能后断开外部热源，实现“外部激发启动，运行闭式循环”的热源利用模式。具体通过以下工序对生物质原料进行炭化加工：
工序1：物料粉碎，将农作物秸秆、林业剩余物等尺寸较大的生物质原料粉碎成短而细的纤维状，使原料粒度小于5mm；
工序2：物料干燥，粉碎好的物料经传送至于燥器中对物料进行干燥，干燥后物料的含水率小于20％；
工序3：热解炭化，工作的初始阶段外部热源为物料炭化进行启动供能，使物料在高温下热解炭化；
工序4：炭气分离，对物料热解炭化后得到的高温生物炭和粗燃气通过线路I和线路II进行分离和提炼，对线路I分离得到的高温生物炭进行循环冷却得到适合包装存储的冷却生物炭，高温生物炭冷却释放的热量通过余热回用管路输送至物料干燥工序，作为干燥工序的干燥热源I；对线路II分离得到的粗燃气进行分流，分流至燃烧室燃烧的小部分粗燃气为分流至裂解器内的大部分粗燃气的高温裂解提供热源，粗燃气高温裂解得到约600～1000℃的高温燃气，高温燃气的大部分热量通过第一次换热输送至热解炭化工序，为物料的热解炭化进行运行供能，一次换热后的燃气通过二次换热得到适合存储的燃气，同时二次换热排出的热量通过余热回用管路输送至物料干燥工序，作为干燥工序的干燥热源II。
整个工艺流程的工作环境始终保持密闭。
所述工艺采用“外部激发启动，运行闭式循环”的热源利用模式，即在工作的初始阶段外部热源为物料炭化进行启动供能，炭气分离工序中粗燃气高温裂解产生的高温燃气对热解炭化进行运行供能，创新性的闭式热源利用模式能够降低外部能源投入和减少生产过程中的热能浪费。
所述工艺能够实现适合包装存储的生物炭和燃气的多联产，从而提高了生物质热解炭化的经济效益。
所述工艺能够对粗燃气进行分流利用，即分流至燃烧室燃烧的10％～20％的小部分粗燃气为分流至裂解器内的大部分剩余粗燃气的高温裂解提供热源，粗燃气分流利用技术能够简化工艺流程和减少外部能源投入，进而提高粗燃气的使用效率。
所述工艺中粗燃气高温裂解产生的高温燃气，通过两次换热为生产提供热源实现高温燃气热能的分级利用。
所述工艺中高温燃气的两次换热，一次换热为热解炭化的运行供能提供炭化热源，二次换热为物料干燥提供干燥热源II。
所述工艺能够对高温生物炭循环冷却释放的热量通过余热回用管路为物料干燥提供干燥热源I。
所述工艺中物料干燥工序的热源由干燥热源I和干燥热源II提供，减少了外部能源的投入，实现生产中产生的热能的回收利用。
附图说明
图1为一种闭式热解炭化多联产工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体结构和工作过程进一步的描述。
如图1的一种闭式热解炭化多联产工艺流程示意图所示，该工艺主要由物料粉碎、物料干燥、热解炭化和炭气分离4个工序组成，连续密闭喂入的生物质物料经粉碎和干燥后进入热解炭化工序，在工作的初始阶段外部热源为物料炭化进行启动供能，当炭气分离工序中粗燃气高温裂解产生的高温燃气对热解炭化进行运行供能后断开外部热源，实现“外部激发启动，运行闭式循环”的热源利用模式。整个工艺流程的工作环境始终保持密闭。
根据以上分类，本发明结合图例说明如下：
实施例：采用玉米秸秆生产联产生物炭和燃气
采用本发明的一种闭式热解炭化多工艺生产生物炭，原料为玉米秸秆，将原料装入进料斗中，物料粉碎后长度约3～4mm，物料干燥后含水率在10～20％间。外部电源启动为工作初始阶段的物料热解炭化提供热源，使物料在高温下热解炭化，热解炭化的产物为高温生物炭和粗燃气。然后，在炭气分离工序高温生物炭和粗燃气分离，并分别通过线路I和线路II进行提炼，对线路I分离得到的高温生物炭进行循环冷却得到适合包装存储的冷却生物炭，同时高温生物炭冷却释放的热量通过余热回用管路为其提供干燥热源I；对线路II分离得到的粗燃气进行分流，分流至燃烧室燃烧的小部分粗燃气为分流至裂解器内的大部分粗燃气的高温裂解提供热源，粗燃气高温裂解得到约600～1000℃的高温燃气，高温燃气的大部分热量通过第一次换热输送至热解炭化工序，为物料的热解炭化进行运行供能，一次换热后的燃气通过二次换热得到适合存储的燃气，同时二次换热排出的热量通过余热回用管路输送至物料干燥工序为其提供干燥热源II。生产结束后，利用抽风机将生产产生的热气抽吸出来，随后关闭电源并使整个装置在室温下冷却。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，该工艺主要由物料粉碎、物料干燥、热解炭化和炭气分离4个工序组成，连续密闭喂入的生物质物料经粉碎和干燥后进入热解炭化工序，在工作的初始阶段外部热源为物料炭化供能，当炭气分离工序中粗燃气高温裂解产生的高温燃气对热解炭化进行供能后断开外部热源，实现“外部激发启动，运行闭式循环”的热源利用模式。具体通过以下工序对生物质原料进行炭化加工：
工序1：物料粉碎，将农作物秸秆、林业剩余物等尺寸较大的生物质原料粉碎成短而细的纤维状，使原料粒度小于5mm；
工序2：物料干燥，粉碎好的物料经输料器传送至干燥器中对物料进行干燥，干燥后物料的含水率小于20％；
工序3：热解炭化，工作的初始阶段外部热源为物料炭化进行启动供能，使物料在高温下热解炭化；
工序4：炭气分离，对物料热解炭化后得到的高温生物炭和粗燃气通过线路I和线路II进行分离和提炼，对线路I分离得到的高温生物炭进行循环冷却得到适合包装存储的冷却生物炭，高温生物炭冷却释放的热量通过余热回用管路输送至物料干燥工序，作为干燥工序的干燥热源I；对线路II分离得到的粗燃气进行分流，分流至燃烧室燃烧的小部分粗燃气为分流至裂解器内的大部分粗燃气的高温裂解提供热源，粗燃气高温裂解得到约600～1000℃的高温燃气，高温燃气的大部分热量通过第一次换热输送至热解炭化工序，为物料的热解炭化进行运行供能，一次换热后的燃气通过二次换热得到适合存储的燃气，同时二次换热排出的热量通过余热回用管路输送至物料干燥工序，作为干燥工序的干燥热源II。
整个工艺流程的工作环境始终保持密闭。
2.根据权利要求1所述的一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，工艺流程采用“外部激发启动，运行闭式循环”的热源利用模式，即在工作的初始阶段外部热源为物料炭化进行启动供能，炭气分离工序中粗燃气高温裂解产生的高温燃气对热解炭化进行运行供能。
3.根据权利要求1所述的一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，本工艺流程能够实现适合包装存储的生物炭和燃气的多联产。
4.根据权利要求1所述的一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，对粗燃气进行分流利用，即分流至燃烧室燃烧的10％～20％的小部分粗燃气为分流至裂解器内的大部分剩余粗燃气的高温裂解提供热源。
5.根据权利要求1或2所述的一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，粗燃气高温裂解产生的高温燃气通过两次换热为生产提供热源，一次换热为热解炭化的运行供能提供炭化热源，二次换热为物料干燥提供干燥热源II。
6.根据权利要求1或2所述的一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，高温生物炭循环冷却释放的热量通过余热回用管路为物料干燥提供干燥热源I。
7.根据权利要求5或6所述的一种闭式热解炭化多联产工艺，其特征在于，物料干燥工序的热源由干燥热源I和干燥热源II提供。
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