[發(fā)明專利]一種太陽(yáng)能協(xié)同兩步法生物質(zhì)螺旋烘焙預(yù)處理方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710090407.1
• 申請(qǐng)日: 2017-02-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106939170A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣恩臣;王明峰;任永志;許細(xì)薇;呂娟;簡(jiǎn)秀梅;胡志鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C10B53/02
• 分類號(hào): C10B53/02;C10B57/10;C10B49/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 單香杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物質(zhì)能源領(lǐng)域，更具體地，涉及一種太陽(yáng)能協(xié)同兩步法生物質(zhì)螺旋烘焙預(yù)處理方法及裝置。

背景技術(shù)

全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增長(zhǎng)以及生活水平的提高造成了能源需求的急劇增加，與此同時(shí)，也導(dǎo)致了常規(guī)能源的日益枯竭和日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染。生物質(zhì)能源作為最大的可再生能源，也是唯一的可再生的碳源，其有效利用可替代常規(guī)能源，緩解污染和減少溫室氣體排放。通過(guò)燃燒、氣化、熱解、厭氧發(fā)酵、酯交換及致密成型等技術(shù)，可將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱量和燃?xì)狻⑸镉秃吞咳喈a(chǎn)物和固體顆粒燃料，作為能源、化工和環(huán)保原料。相比常規(guī)能源，生物質(zhì)含水量高、富含纖維素、熱值低、吸水性強(qiáng)、密度低等特性使其收、儲(chǔ)、運(yùn)成本高且難以粉碎或加工處理，也難以實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化效率，限制了其規(guī)模化應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)、合理的生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)研發(fā)成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)。

生物質(zhì)原料烘焙預(yù)處理技術(shù)作為一項(xiàng)前景廣闊的生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)得到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。國(guó)外針對(duì)生物質(zhì)烘焙反應(yīng)機(jī)理的研究和以成型燃料為主的應(yīng)用進(jìn)行了細(xì)致研究，一些國(guó)家已開(kāi)始商用，文獻(xiàn)顯示國(guó)外個(gè)別項(xiàng)目的處理量可達(dá)6t/h；國(guó)內(nèi)一些科研單位也進(jìn)行了相應(yīng)的研究，但尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，示范應(yīng)用較少。

生物質(zhì)烘焙是一種低溫（200～300℃）慢速熱解過(guò)程。烘焙預(yù)處理后的生物質(zhì)物性一致，含水低、具有疏水性、易于粉碎和儲(chǔ)存，烘培后生物質(zhì)中O/C比和H/C比較低，使其熱值大為提高，烘焙后的生物質(zhì)，一般情況下，重量減少約30%，但熱量?jī)H減少約10%。

生物質(zhì)烘焙工藝主要分為干法（低溫?zé)峤猓穹ê退魵夥ㄈN；濕法烘焙將生物質(zhì)在烘焙溫度下的高壓水浸泡實(shí)現(xiàn)，水蒸氣法是采用烘焙溫度下飽和蒸汽對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行氣爆實(shí)現(xiàn)，濕法和水蒸氣法烘焙的液相產(chǎn)物均與水相溶或混合，后期處理工藝繁雜，相比之下，干法工藝簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，其設(shè)備主要有流化床、移動(dòng)床和固定床三種。螺旋烘焙反應(yīng)器作為一種移動(dòng)床反應(yīng)器可消除流化床氣流攜帶形成的產(chǎn)物損失和固定床內(nèi)部溫度不均，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)，是一種十分有前景的烘焙反應(yīng)器。

根據(jù)烘焙溫度的不同，生物質(zhì)烘焙分為輕度烘焙（200～235℃）、中度烘焙（235～275℃）和重度烘焙（275～300℃）。不考慮少量灰分和抽提物的前提下，生物質(zhì)主要由半纖維素（30%）、纖維素（40%）和木質(zhì)素（30%）三種組分組成，熱重分析顯示，當(dāng)烘焙溫度低于220℃，水分的蒸發(fā)是主要的反應(yīng)，半纖維素的熱解從200℃開(kāi)始，到315℃完全熱解，纖維素的熱解啟始溫度和終溫度分別是315℃和400℃，而木質(zhì)素的熱解是從160℃到900℃的一個(gè)緩慢的過(guò)程。

生物質(zhì)中水分的存在，使其比熱容增加，延長(zhǎng)生物質(zhì)在烘焙反應(yīng)器中的駐留時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率，另外，烘焙初期水分的蒸發(fā)首先進(jìn)行，在烘焙的高溫氣相產(chǎn)物中形成了一定的分壓力，對(duì)半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三種組分的烘焙揮發(fā)物析出形成干涉，影響了烘焙反應(yīng)的進(jìn)程和產(chǎn)物的質(zhì)量。采用低溫?zé)峤夥ㄟM(jìn)行的生物質(zhì)烘焙，是一種吸熱反應(yīng)，其熱源一般來(lái)自自身?yè)]發(fā)物的燃燒輔以少量外部熱源，受原料種類以及原料初始含水量影響，要得到理想的烘焙產(chǎn)物，在水分含量較高或因生物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)致密時(shí)，將依靠更多的外部熱源輸入、或者增加烘焙深度，前者意味著成本的增加，而后者往往難以保證烘焙產(chǎn)物的質(zhì)量。生物質(zhì)物料本身具有多樣性，而下一級(jí)用戶對(duì)于烘焙產(chǎn)物的要求相對(duì)一致，增加了生物質(zhì)分配過(guò)程控制的復(fù)雜性，要求生物質(zhì)烘焙預(yù)處理系統(tǒng)在基于能源合理匹配條件下具有良好的原料適應(yīng)性。

綜上所述，根據(jù)生物質(zhì)的特性，有機(jī)結(jié)合適當(dāng)?shù)目稍偕茉醋鳛橥獠繜嵩矗捎煤侠淼墓に嚕浞掷煤姹簱]發(fā)物燃燒的熱量，減少生物質(zhì)在烘焙反應(yīng)器中駐留時(shí)間，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)依據(jù)烘焙產(chǎn)物品質(zhì)要求，針對(duì)不同種類、不同含水量的生物質(zhì)原料，進(jìn)行定制化生產(chǎn)，將有助于生物質(zhì)烘焙預(yù)處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種太陽(yáng)能協(xié)同兩步法生物質(zhì)螺旋烘焙預(yù)處理方法。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，即一種太陽(yáng)能協(xié)同兩步法生物質(zhì)螺旋烘焙預(yù)處理裝置。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種太陽(yáng)能協(xié)同兩步法生物質(zhì)螺旋烘焙預(yù)處理的方法，包括以下步驟：

S1. 利用太陽(yáng)能作為輔助熱源，將自然風(fēng)干、水分含量為14～16%、經(jīng)尺寸處理后的生物質(zhì)進(jìn)行生物質(zhì)干化脫水；