利用農(nóng)林廢棄物制備木焦油的工藝研究

利用農(nóng)林廢棄物制備木焦油的工藝研究

長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直把石油和煤炭作為主要能源。中國(guó)石油天然氣人均資源量約為世界平均水平的1.15%，煤炭水利資源人均占世界平均水平的50%。隨著社會(huì)的發(fā)展,能耗的增長(zhǎng),石油和煤炭開(kāi)采量劇增,能源短缺問(wèn)題日漸嚴(yán)重,尋求和開(kāi)發(fā)新能源,特別是可再生能源是當(dāng)務(wù)之急。生物質(zhì)干餾熱解工藝就是利用富含木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的農(nóng)林廢棄物如秸桿、樹(shù)枝、木屑、雜草等為原料,經(jīng)干餾熱解,使原料中的碳、氫元素轉(zhuǎn)化成氫氣、甲烷、一氧化碳等混合可燃?xì)怏w,而且產(chǎn)生副產(chǎn)品木炭、木醋液和木焦油。燃?xì)饪勺髅裼萌剂?也可供工業(yè)利用或發(fā)電,而且清潔無(wú)污染。副產(chǎn)品經(jīng)加工可用作肥料、燃料、化工原料等。1技術(shù)原理和技術(shù)設(shè)計(jì)1.1“生物質(zhì)干餾法”反應(yīng)原理的提出、工藝流程對(duì)于第早在十幾年前,國(guó)家曾推廣過(guò)秸桿燃?xì)夤こ?采用工藝為氧化法。其工藝存在兩個(gè)問(wèn)題,一是此工藝需空氣助燃,使得產(chǎn)生的燃?xì)庵蠧O2和N2的含量高,導(dǎo)致燃?xì)鉄嶂档?農(nóng)民用氣做飯難;二是沒(méi)有有價(jià)值的副產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)只靠賣(mài)氣的收入還不夠成本,生產(chǎn)難以維持,致使設(shè)備停用。而本工藝采用的干餾法是以大連環(huán)境科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的“生物質(zhì)干餾技術(shù)”為依托,在此基礎(chǔ)上繼承、改造、完善、發(fā)展并總結(jié)了實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)而成。生物質(zhì)有更多的長(zhǎng)側(cè)鏈,易斷鍵,因而其熱解反應(yīng)活性在較低的溫度就可顯示出來(lái)。其反應(yīng)機(jī)理為:原料在密閉的容器內(nèi)在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行可控的還原反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程:第一步脫水,脫出內(nèi)水:經(jīng)過(guò)上述反應(yīng),使原料中的碳、氫、氧元素轉(zhuǎn)化成氫氣、甲烷、一氧化碳等混合可燃?xì)?。這些反應(yīng)沒(méi)有十分明顯的階段性,許多反應(yīng)是交叉進(jìn)行的。可燃?xì)饨?jīng)凈化進(jìn)入氣柜,通過(guò)管道輸送到用戶,同時(shí)分離出來(lái)木醋液、木焦油和木炭等副產(chǎn)品。1.2工藝設(shè)計(jì)1.2.1工藝配置主要設(shè)備有:粉碎機(jī)、烘干機(jī)、壓型設(shè)備、熱解爐、干餾釜、除焦油器、冷卻器、分離器、堿洗設(shè)備、羅茨風(fēng)機(jī)、氣柜等。1.2.2工藝干餾熱解工藝流程見(jiàn)圖1。(1)粉碎將生物質(zhì)原料粉碎,粒度為0.5—1.0cm,一般情況下此階段原料的含水量在20-30%。(2)干燥將原料中水分降低至10%以下。(3)方柱體3g一般要求將原料壓至0.8-1.2g/cm3,壓成的形狀分別為50×50×400mm的六方柱體;32×32×100mm的長(zhǎng)方體;Ф8.0×12mm的圓柱體等。(4)控制熱解溫度此工藝過(guò)程為關(guān)鍵過(guò)程,其溫度、壓力、流量、固相和氣相停留時(shí)間等參數(shù)都要嚴(yán)格控制,一般情況下,熱解溫度控制在600℃左右,壓力控制在0～-10Pa。(5)可燃?xì)?復(fù)合式。據(jù)從熱解爐出來(lái)的荒燃?xì)庵须s質(zhì)多且呈酸性,溫度達(dá)300℃,經(jīng)過(guò)多次冷卻、凈化、分離等一系列過(guò)程得到純凈的可燃?xì)?同時(shí)各種副產(chǎn)品分離出來(lái)。(6)堿洗去除燃?xì)庵兴拇姿?以防對(duì)氣柜和管道腐蝕。2化合物及功能特點(diǎn)通過(guò)以上工藝設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn):(1)每噸秸桿產(chǎn)可燃?xì)?50-300m3,其熱值高達(dá)14.654MJ/m3?？扇?xì)獾闹饕煞旨昂咳绫?。(2)產(chǎn)生多種可用副產(chǎn)品,包括:木炭:其含炭量80%以上,可作工業(yè)或民用燃料,也可作成活性炭,用于廢水處理等。木醋液:其主要成分有乙酸、甲醇、乙醛、丙酮等,經(jīng)提純可作無(wú)公害殺蟲(chóng)劑;可與腐植酸等原料配成高效復(fù)合有機(jī)肥料,可提取丙酮,作為化工原料;可制成醋酸鈣作融雪劑等。木焦油:用作化工原料;也可用作燃料,其熱值為62.802MJ/kg。3對(duì)農(nóng)民環(huán)保、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)