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

長期以來，人們一直把石油和煤炭作為主要能源。中國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%。隨著社會的發(fā)展,能耗的增長,石油和煤炭開采量劇增,能源短缺問題日漸嚴重,尋求和開發(fā)新能源,特別是可再生能源是當務(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氣體,而且產(chǎn)生副產(chǎn)品木炭、木醋液和木焦油。燃氣可作民用燃料,也可供工業(yè)利用或發(fā)電,而且清潔無污染。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1.1“生物質(zhì)干餾法”反應(yīng)原理的提出、工藝流程對于第早在十幾年前,國家曾推廣過秸桿燃氣工程,采用工藝為氧化法。其工藝存在兩個問題,一是此工藝需空氣助燃,使得產(chǎn)生的燃氣中CO2和N2的含量高,導(dǎo)致燃氣熱值低,農(nóng)民用氣做飯難;二是沒有有價值的副產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)只靠賣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)境科學研究院開發(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)了實際運行的經(jīng)驗改進而成。生物質(zhì)有更多的長側(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。其反應(yīng)機理為:原料在密閉的容器內(nèi)在缺氧狀態(tài)下進行可控的還原反應(yīng),反應(yīng)過程:第一步脫水,脫出內(nèi)水:經(jīng)過上述反應(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氣。這些反應(yīng)沒有十分明顯的階段性,許多反應(yīng)是交叉進行的?？扇細饨?jīng)凈化進入氣柜,通過管道輸送到用戶,同時分離出來木醋液、木焦油和木炭等副產(chǎn)品。1.2工藝設(shè)計1.2.1工藝配置主要設(shè)備有:粉碎機、烘干機、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、羅茨風機、氣柜等。1.2.2工藝干餾熱解工藝流程見圖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的長方體;Ф8.0×12mm的圓柱體等。(4)控制熱解溫度此工藝過程為關(guān)鍵過程,其溫度、壓力、流量、固相和氣相停留時間等參數(shù)都要嚴格控制,一般情況下,熱解溫度控制在600℃左右,壓力控制在0～-10Pa。(5)可燃氣,復(fù)合式。據(jù)從熱解爐出來的荒燃氣中雜質(zhì)多且呈酸性,溫度達300℃,經(jīng)過多次冷卻、凈化、分離等一系列過程得到純凈的可燃氣,同時各種副產(chǎn)品分離出來。(6)堿洗去除燃氣中所含的醋酸,以防對氣柜和管道腐蝕。2化合物及功能特點通過以上工藝設(shè)計,可實現(xiàn):(1)每噸秸桿產(chǎn)可燃氣250-300m3,其熱值高達14.654MJ/m3?？扇細獾闹饕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)提純可作無公害殺蟲劑;可與腐植酸等原料配成高效復(fù)合有機肥料,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對農(nóng)民環(huán)保、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)村經(jīng)濟