CN106929045A - 一种生物质的焦化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物质的焦化工艺，包括，将所述生物质颗粒与助剂混合形成混合料，对所述混合料进行加压成型得成型料；再对所述成型料进行焦化处理，得粗煤气、焦油、粗苯和焦炭；其中所述助剂为中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、有机粘结剂或有机粘结剂与低阶煤的混合物。本发明的生物质焦化工艺不仅能够降低油气和焦炭产品的原料成本，还可有效实现生物质的资源化利用，使得本发明的工艺既有可观的经济效益又有一定的社会效益。本发明的生物质焦化工艺既解决了现有技术因不存在大规模的工业化设备而使生物质应用受限的问题，又克服了现有的捣固焦炉利用度低、焦化行业产能过剩的问题。

Description

一种生物质的焦化工艺
技术领域
本发明涉及生物质能的开发利用领域，尤其涉及一种采用捣固焦炉对生物质进行焦化的工艺。
背景技术
随着我国能源需求量的迅速增长、及传统化石燃料的日益枯竭，煤炭作为我国能源生产和消费的主体地位在未来相当长的一段时间内不会发生根本性改变。目前，对于煤炭的利用多以燃烧为主，而煤炭在燃烧过程中会排放大量的粉尘、一氧化碳、硫或氮的氧化物等污染物，致使生态环境持续恶化，造成了日渐严重的环境问题。因此，开发洁净的可再生能源已然成为解决能源危机和环境污染的重要途径。
生物质能是绿色植物将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量，即以生物质为载体的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。并且，生物质能还具有能源替代、减排环保和促进农村经济等多重功能，因此，从能源安全和环境保护出发，对生物质能的开发利用已成为当前发展可再生能源的战略重点。
然而，由于生物质能原料的结构疏松、分布分散、占用空间大，作为燃料存在能量密度小、直接燃烧的热效率低、运输和储存成本高等问题，导致难以规模化高效利用，经济效益较差，成为制约生物质转化为商品能源的重要因素。近年来研发的生物质固化成型技术改变了传统的生物质能利用方式，将松散的生物质转化为高密度的成型燃料，直接燃烧或用作气化、液化原料，成为生物质能开发利用的一种有效途径，也是替代常规能源的有效方法。但目前尚不具备使生物质燃料大规模工业化应用的设备，由此限制了生物质的开发利用。
捣固焦炉是煤的焦化工艺中使用的大型化设备，其占地面积广，投资基建费用大。煤焦化是以煤为原料经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺，其焦炭产品主要是冶金焦或化工焦。由于工业上对这类焦炭的品质要求很高，使得生产冶金焦或化工焦所采用的煤原料主要是焦煤、1/3焦煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫瘦煤等煤种，属于中变质烟煤，但是近年来煤炭资源的短缺，特别是用于焦化工业的中高品质煤原料的减少，使得焦化行业的原料成本与日俱增，加之近几年钢铁、冶金等大量需要冶金焦或化工焦的行业的衰退，导致焦炭产品的需求量减少、价格下滑，从而迫使焦化厂急剧缩减焦炭产量，由此带来的后果是捣固焦炉停止运行，而一旦焦炉停用便会报废，那么为了保护斥巨资投建的捣固焦炉设备，就不得不在最低程度内维持焦炉的运行，这样不仅降低了捣固焦炉的利用度，还会造成焦化行业的产能过剩。因此，如何拯救濒临负增长的焦化产业，提高捣固焦炉的利用度，解决焦化行业产能过剩的问题已成为当前遏制焦化行业发展的瓶颈。
综上所述，在目前的形势下如何能够将捣固焦炉应用于生物质能的开发利用领域，以使上述两方面的问题都得以迎刃而解，是困扰本领域技术人员的一个技术难题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术无法实现生物质能大规模应用的缺陷及现有的捣固焦炉利用度低的问题，进而提供一种采用捣固焦炉对生物质进行焦化的工艺。
为此，本发明实现上述目的的技术方案为：
一种生物质的焦化工艺，包括如下步骤：
(1)将生物质颗粒与助剂混合形成混合料，对所述混合料进行加压成型，得成型料；
(2)对所述成型料进行焦化处理，控制焦化温度为950-1050℃、焦化时间不小于16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到焦炭；
其中，所述助剂为中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、有机粘结剂或有机粘结剂与低阶煤的混合物，所述有机粘结剂在850℃隔绝空气条件下的干馏失重小于50％。
所述生物质颗粒是由生物质原料经干燥、粉碎并在5-40MPa下压制而成；
干燥后的所述生物质原料的含水率为13-17wt％。
所述生物质颗粒的加入量为所述成型料质量的10-70wt％。
所述生物质颗粒的加入量为所述成型料质量的40-60wt％。
所述生物质颗粒的密度为1.2-1.4g/cm3。
所述有机粘结剂为塔底油、重质油、渣油或沥青质中的一种或多种，其中所述沥青质为软化点不小于120℃的煤沥青或石油沥青。
所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比(5-8)：(2-5)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比7：3所形成的混合物。
所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比(3-5):(5-7)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比4:6所形成的混合物。
所述低阶煤的G值小于50、挥发分含量大于40％。
所述焦化处理是在捣固焦炉中进行的；所述混合料在捣固焦炉中进行捣固成型。
本发明所述的焦化工艺中的生物质颗粒可以是任意形状的，其体积以不超过25cm3为宜。
本发明的上述技术方案具有如下优点：
1、本发明提供的生物质的焦化工艺，充分利用高温干馏能使生物质中的有机物转换成油气、且残余物可用作化工焦的特性，通过采用中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、在850℃隔绝空气条件下干馏失重小于50％的有机粘结剂或该有机粘结剂与低阶煤的混合物作为助剂，利用助剂的粘结性并配合一定的压力使生物质颗粒成型，一方面确保生物质原料能够推入捣固焦炉中进行焦化处理，另一方面还使得生物质干馏后的固体产物不易粉化，易于捣固焦炉的推焦，更重要的是上述助剂与生物质颗粒混合后，助剂中的有效成分可促进生物质中的高分子聚合物在高温下的降解，从而有助于提高生物质原料的油气产量，使油气总量增产10％以上，并且压力的作用会使助剂包覆于生物质颗粒的外部，那么在高温干馏过程中生物质颗粒产生的液体便可渗入至上述助剂中，有助于提高生物质原料所产焦炭的质量。综上可知，本发明的生物质焦化工艺不仅能够降低油气和焦炭产品的原料成本，还可有效实现生物质的资源化利用，使得本发明的工艺既有可观的经济效益又有一定的社会效益。本发明的生物质焦化工艺既解决了现有技术因不存在大规模的工业化设备而使生物质应用受限的问题，又克服了现有的捣固焦炉利用度低、焦化行业产能过剩的问题。
2、本发明提供的生物质的焦化工艺，优选助剂中包含软化点不小于120℃的煤沥青或石油沥青，如此可提高生物质原料干馏后的固体产物—焦炭的品质，使得焦炭中的挥发分不大于3-4％，从而可用于发电、造气以及其它化工目的。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明所述的生物质焦化工艺中的低阶煤成分适用于所有的低阶煤煤种或其混合物、中阶煤适用于所有的中阶煤煤种或其混合物。为便于说明，下述实施例中的低阶煤以次烟煤或褐煤为例，中阶煤的煤原料以1/3焦煤或肥煤为例。为便于比较和说明，以下实施例中，wt％表示质量百分含量，成型料的质量＝(生物质颗粒的质量×85％+助剂的质量×90％)，“kg/t成型料”指每吨成型料得到的产品的千克数。“Nm3/t成型料”指每吨成型料得到的粗煤气的体积换算成25℃、1个标准大气压下的立方米数。
实施例1
(1)将秸秆干燥至含水率为15wt％，粉碎并于5MPa下压制成生物质颗粒，其密度为1.2g/cm3、体积为25cm3；
(2)将质量比为4:6的生物质颗粒与1/3焦煤混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的生物质成型料，在其内部和表面均嵌设有生物质颗粒，使得每一个生物质颗粒的外部均包覆有1/3焦煤；
(3)将所述生物质成型料推入捣固焦炉中进行焦化处理，控制焦化温度为1050℃，焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为410Nm3/t成型料、焦油的量为33kg/t成型料、粗苯的量为10.5kg/t成型料、焦炭的量为610kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于2％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的50％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的60％。
实施例2
(1)将秸秆干燥至含水率为13wt％，粉碎并于40MPa下压制成生物质颗粒，其密度为1.3g/cm3、体积为25cm3；
(2)将质量比为6:4的生物质颗粒与助剂混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的生物质成型料，在其内部和表面均嵌设有生物质颗粒，使得每一个生物质颗粒的外部均包覆有所述助剂；
其中，所述助剂为肥煤与次烟煤按质量比7:3混合所形成的混合物，所述次烟煤的G值为45、挥发分含量大于40％；
(3)将所述生物质成型料推入捣固焦炉中进行焦化处理，控制焦化温度为1025℃，焦化时间为18小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为410Nm3/t成型料、焦油的量为33kg/t成型料、粗苯的量为11kg/t成型料、焦炭的量为590kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于2％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的70％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的95％。
实施例3
(1)将秸秆干燥至含水率为17wt％，粉碎并于22.5MPa下压制成生物质颗粒，其密度为1.4g/cm3、体积为25cm3；
(2)将质量比为1:1的生物质颗粒与有机粘结剂混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的生物质成型料，在其内部和表面均嵌设有生物质颗粒，使得每一个生物质颗粒的外部均包覆有所述有机粘结剂；
其中，所述有机粘结剂为在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为40％的渣油；
(3)将所述生物质成型料推入捣固焦炉中进行焦化处理，控制焦化温度为1000℃，焦化时间为16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为450Nm3/t成型料、焦油的量为40kg/t成型料、粗苯的量为13kg/t成型料、焦炭的量为535kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于2％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的75％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的90％。
实施例4
(1)将秸秆干燥至含水率为15wt％,粉碎并于10MPa下压制成生物质颗粒，其密度为1.4g/cm3、体积为25cm3；
(2)将质量比为45:55的生物质颗粒与助剂混合形成混合料，采用捣固设备对混合料进行捣固成型，制得长方体状的生物质成型料，在其内部和表面均嵌设有生物质颗粒，使得每一个生物质颗粒的外部均包覆有所述助剂；
其中，所述助剂为有机粘结剂与次烟煤按质量比4:6混合所形成的混合物，所述次烟煤的G值为40、挥发分含量为45％，所述有机粘结剂为在850℃隔绝空气条件下的干馏失重为45％的煤沥青，其软化点为120℃；
(3)将所述生物质成型料推入捣固焦炉中进行焦化处理，控制焦化温度为950℃，焦化时间为20小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到副产品焦炭。
本实施例得到的粗煤气的量为420Nm3/t成型料、焦油的量为40kg/t成型料、粗苯的量为10kg/t成型料、焦炭的量为560kg/t成型料，以质量计，其中焦炭中的固体碳含量不小于80％、挥发分含量不大于4％，焦炭筛分后粒径在40mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的45％，粒径在25mm以上的颗粒总质量为焦炭总质量的70％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种生物质的焦化工艺，包括如下步骤：
(1)将生物质颗粒与助剂混合形成混合料，对所述混合料进行加压成型，得成型料；
(2)对所述成型料进行焦化处理，控制焦饼中心温度为950-1050℃、焦化时间不小于16小时，收集溢出的粗煤气、焦油和粗苯，同时得到焦炭；
其中，所述助剂为中阶煤、中阶煤与低阶煤的混合物、有机粘结剂或有机粘结剂与低阶煤的混合物，所述有机粘结剂在850℃隔绝空气条件下的干馏失重小于50％。
2.根据权利要求1所述的焦化工艺，其特征在于，所述生物质颗粒是由生物质原料经干燥、粉碎并在5-40MPa下压制而成；
干燥后的所述生物质原料的含水率为13-17wt％。
3.根据权利要求1或2所述的焦化工艺，其特征在于，所述生物质颗粒的加入量为所述成型料质量的10-70wt％。
4.根据权利要求3所述的焦化工艺，其特征在于，所述生物质颗粒的加入量为所述成型料质量的40-60wt％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的焦化工艺，其特征在于，所述生物质颗粒的密度为1.2-1.4g/cm3。
6.根据权利要求1-5任一项所述的焦化工艺，其特征在于，所述有机粘结剂为塔底油、重质油、渣油或沥青质中的一种或多种，其中所述沥青质为软化点不小于120℃的煤沥青或石油沥青。
7.根据权利要求1-6任一项所述的焦化工艺，其特征在于，所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比(5-8)：(2-5)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为中阶煤与低阶煤按质量比7:3所形成的混合物。
8.根据权利要求1-6任一项所述的焦化工艺，其特征在于，所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比(3-5):(5-7)所形成的混合物；
优选地，所述助剂为所述有机粘结剂与低阶煤按质量比4:6所形成的混合物。
9.根据权利要求1-8任一项所述的焦化工艺，其特征在于，所述低阶煤的G值小于50、挥发分含量大于40％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的焦化工艺，其特征在于，所述焦化处理是在捣固焦炉中进行的；所述混合料在捣固焦炉中进行捣固成型。
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