芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统和方法。该系统包括：预处理系统、热解炉、余热锅炉、空气预热器和油水分离系统，所述预处理系统包括烘干装置，所述烘干装置包括进料口和出料口；所述热解炉包括进料口、油气出口、过热蒸汽入口和活性炭出口；所述余热锅炉包括油气入口、油气出口和冷凝液出口；所述空气预热器包括油气入口、可燃气出口和冷凝液出口；所述油水分离系统包括冷凝液入口和生物油出口。本发明提供的芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统和方法，将芦竹热解，热解结束后保温时进行生物炭的再次活化，产生活性炭；热解产生的高温油气经余热回收，产生生物油和可燃气，大大降低了系统能耗。
【专利说明】
芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统和方法
技术领域
[0001] 本发明属于农业资源利用技术领域，尤其设及一种芦竹多联产制备生物油、活性 炭和可燃气的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 生物质是构成动、植物机体的材料，植物主要是由淀粉纤维素组成的，动物主要是 由脂肪、蛋白质组成的，它们统称为生物质。据估计，作为植物生物质的主要成分木质素和 纤维素每年W约1640亿吨的速度不断再生，如W能量换算，相当于目前石油年产量的15倍 ~20倍。如果运部分资源能得到利用，人类相当于拥有了一个取之不尽、用之不竭的资源宝 库。而且，由于生物质来源于光合作用，燃烧后产生C〇2,不会增加大气中C〇2的含量，因此生 物质与矿物燃料相比更为清洁。
[0003] 芦竹是一种新型高产农业资源植物，它具备种植成本低、管护简单、产量高、市场 风险小、经济效益高、热值高、脱水性好等优势，成为能源作物种植品种的首选。芦竹的热值 可达4000大卡，相当于普通动力煤的热值，是优质的生物质燃料。
[0004] 生物质热解是指生物质在无氧或缺氧的条件下加热，通过热解反应将生物质大分 子分解成较小分子的燃料物质，最终生成生物炭、生物油和可燃气的过程。近年来，生物质 快速热裂解来制备生物质燃料技术得到了迅猛地发展，即将生物质在高加热速率和短停留 时间的条件下热解，产生生物质燃料。该方法能够将生物质高效转化为易储存、能量密度高 的生物油、可燃气W及生物炭。
[0005] 活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸 附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔。活性炭主要用 于除去水中的污染物、脱色、过滤净化液体、气体，还用于对空气的净化处理、废气回收(如 在化工行业里对气体"苯"的回收）、贵重金属的回收及提炼(比如对黄金的吸收），室内空气 中散发的污染气体甲醒、苯、氨、甲苯等挥发气体吸附作用较好。热解生物质产生的生物炭 具有高度发达的孔隙结构和加多的表面负电荷，但是与活性炭的吸附能力相比差距甚远， 作为活性炭使用，需要进一步活化。
[0006] 现有的技术，不能实现生物质制备活性炭并联产生物油和可燃气。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述问题，本发明提供一种芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的 系统和方法，热解芦竹产生生物炭后进行再次活化，制得活性炭，并联产生物油和可燃气， 热解产生的高溫油气进行余热回收，节能减排，降低成本。
[000引本发明目的之一是提供一种芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统，包 括:预处理系统、热解炉、余热锅炉、空气预热器和油水分离系统，
[0009] 所述预处理系统包括烘干装置，所述烘干装置包括进料口和出料口；
[0010] 所述热解炉包括进料口、油气出口、过热蒸汽入口和活性炭出口；
[0011] 所述余热锅炉包括油气入口、油气出口和冷凝液出口；
[0012] 所述空气预热器包括油气入口、可燃气出口和冷凝液出口；
[0013] 所述油水分离系统包括冷凝液入口和生物油出口；
[0014] 所述烘干装置出料口与热解炉进料口连接，所述热解炉油气出口与余热锅炉油气 入口连接，所述余热锅炉油气出口与空气预热器油气入口连接，所述油水分离系统冷凝液 入口连接余热锅炉冷凝液出口和空气预热器冷凝液出口。
[0015] 烘干装置用于烘干芦竹，为后续工艺的预处理。烘干装置采用过热蒸汽间接烘干。
[0016] 热解炉为反应容器，用于芦竹的热解，热解后保溫。保溫时向热解炉通入过热蒸 汽，使产生的生物炭二次活化，获得活性炭。
[0017] 余热锅炉用于回收热解产生的高溫油气的余热。高溫蒸汽在余热锅炉内与水换 热，产生过热蒸汽、低溫油气和冷凝水。
[0018] 空气预热器用于回收低溫油气的余热。低溫油气进入空气预热器后与空气进行热 交换，产生预热空气、可燃气和冷凝水。
[0019] 油水分离系统用于分离出生物油。余热锅炉和空气预热器产生冷凝水进入油水分 离系统，分离出生物油，分离出的液态水回收利用。
[0020] 本发明中，所述预处理系统进一步包括浸泡装置，所述浸泡装置包括进料口和出 料口，所述浸泡装置出料口连接所述烘干装置进料口。浸泡装置盛有反应液，用于浸泡芦 竹，浸泡后的芦竹进入烘干装置。
[0021] 本发明中，所述预处理系统进一步包括破碎装置，所述破碎装置包括出料口，所述 破碎装置出料口与所述浸泡装置进料口连接。破碎装置用于粉碎芦竹至4-5cm左右。
[0022] 进一步的，所述热解炉包括空气入口，所述空气预热器包括空气出口；所述热解炉 空气入口连接所述空气预热器空气出口。空气预热器产生的预热空气导入热解炉助燃，更 有利于燃气的燃烧，节能减排。
[0023] 进一步的，所述烘干装置包括过热蒸汽入口，所述余热锅炉包括过热蒸汽出口，所 述余热锅炉过热蒸汽出口连接所述烘干装置过热蒸汽入口和热解炉过热蒸汽入口。余热锅 炉产生过热蒸汽一部分导入烘干装置，用于烘干芦竹，另一部分导入热解炉，用于生物炭的 二次活化，产生活性炭。
[0024] 本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理芦竹的方法，包括步骤：
[0025] A、将芦竹粉碎后放入反应液中浸泡预处理，浸泡后的芦竹水洗烘干；
[00%] B、将烘干后的芦竹送入所述热解炉，其中热解溫度为550-750°C，热解时间为45- 60min，产生高溫油气，热解结束后保溫30-45min，保溫时向热解炉内通入过热蒸汽，使芦竹 生物炭二次活化，生成活性炭；
[0027] C、将所述高溫油气导入余热锅炉，产生过热蒸汽、低溫油气和冷凝液；
[00%] D、将所述低溫油气导入所述空气预热器，产生预热空气和冷凝液，油气溫度降至 100°C W下，经除尘净化后得到可燃气；
[0029] E、将所述步骤C和D产生的冷凝液导入油水分离系统，得到生物油。
[0030] 具体的，所述步骤A中的反应液为化0H和此〇2组成的混合水溶液，其中化0H的质量 分数为1-1.5 %，出〇2质量分数为0.2-0.8 %。
[0031] 具体的，所述步骤A中芦竹賴杆和反应液的固液比（g/ml) = l :40-1:20,处理时间 5-8小时。
[0032] 进一步的，将步骤C产生的过热蒸汽导入所述烘干装置和所述热解炉。
[0033] 进一步的，将步骤D产生的预热空气导入热解炉。
[0034] 本发明提供的芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统和方法，将芦竹热 解，热解结束后保溫时进行生物炭的再次活化，提高了其吸附能力，产生活性炭;热解产生 的高溫油气经余热锅炉产生过热蒸汽，过热蒸汽用于烘干芦竹和生物炭的二次活化，减少 了对外来能源的需求，起到节能减排的效果;通过空气预热器降低低溫油气的溫度，充分回 收油气中的热能，大大降低了系统能耗。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统示意图；
[0036] 图2是本发明系统处理芦竹的方法流程图。
[0037] 图中；
[0038] 1-预处理系统，2-热解炉，3-余热锅炉，4-空气预热器，5-油水分离系统，11-破碎 装置，12-浸泡装置，13-烘干装置。
【具体实施方式】
[0039] W下结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】进行更加详细的说明，W便能 够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，W下描述的【具体实施方式】和实施 例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
[0040] 本发明提供一种芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统，如图1所示，包 括:预处理系统1、热解炉2、余热锅炉3、空气预热器4和油水分离系统5，
[0041] 预处理系统1包括烘干装置13,烘干装置13包括进料口和出料口；
[0042] 热解炉2包括进料口、油气出口、过热蒸汽入口和活性炭出口；
[0043] 余热锅炉3包括油气入口、油气出口和冷凝液出口；
[0044] 空气预热器4包括油气入口、可燃气出口和冷凝液出口；
[0045] 油水分离系统5包括冷凝液入口和生物油出口；
[0046] 烘干装置13出料口与热解炉2进料口连接，热解炉2油气出口与余热锅炉3油气入 口连接，余热锅炉3油气出口与空气预热器4油气入口连接，油水分离系统5冷凝液入口连接 余热锅炉3冷凝液出口和空气预热器4冷凝液出口。
[0047] 烘干装置13用于烘干芦竹，为后续工艺的预处理。烘干装置13采用过热蒸汽间接 烘干。进入烘干装置的过热蒸汽溫度为80-ll(TC，间接烘干后释放汽化潜热，W6(TC冷凝水 排出。
[0048] 热解炉2为反应容器，选用蓄热式福射管旋转床热解炉，根据溫度沿旋转床热解炉 底旋转方向依次分为干燥区（100-300°C)、热解区（300°C-80(rC)。蓄热式福射管旋转床热 解炉的油气出口设置在热解区炉顶位置。蓄热式福射管旋转床热解炉的出料采用双螺旋出 料机。热解炉2用于芦竹的热解，热解后保溫。保溫时向热解炉通入过热蒸汽，使产生的生物 炭二次活化，获得活性炭。
[0049] 余热锅炉3用于回收热解产生的高溫油气的余热。高溫蒸汽在余热锅炉3内与水换 热，产生过热蒸汽、低溫油气和冷凝水。
[0050] 空气预热器4为旋转空气预热器，空气预热器4的空气进气采用鼓风机。空气预热 器4用于回收低溫油气的余热。低溫油气进入空气预热器4后与空气进行热交换，产生预热 空气、可燃气和冷凝水。
[0051] 油水分离系统5用于分离出生物油。余热锅炉3和空气预热器4产生冷凝水进入油 水分离系统5，分离出生物油，分离出的液态水回收利用。
[0052] 本发明实施例中，预处理系统1进一步包括浸泡装置12,浸泡装置12包括进料口和 出料口，浸泡装置12出料口连接烘干装置13进料口。浸泡装置12盛有反应液，用于浸泡芦 竹，浸泡后的芦竹进入烘干装置13。
[0053] 本发明实施例中，预处理系统1进一步包括破碎装置11，破碎装置11包括出料口， 破碎装置11出料口与浸泡装置12进料口连接。破碎装置11用于粉碎芦竹至4-5cm左右。
[0054] 进一步的，热解炉2包括空气入口，空气预热器4包括空气出口；热解炉2空气入口 连接空气预热器4空气出口。空气预热器4产生的预热空气导入热解炉3助燃，更有利于燃气 的燃烧，节能减排。
[0055] 进一步的，烘干装置13包括过热蒸汽入口，余热锅炉3包括过热蒸汽出口，余热锅 炉3过热蒸汽出口连接烘干装置13过热蒸汽入口和热解炉2过热蒸汽入口。余热锅炉3产生 过热蒸汽一部分导入烘干装置13，用于烘干芦竹，另一部分导入热解炉2，用于生物炭的二 次活化，产生活性炭。
[0056] 本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理芦竹的方法，如图2所示，包括步 骤：
[0057] A、将芦竹粉碎后放入反应液中浸泡预处理，浸泡后的芦竹水洗烘干；
[005引B、将烘干后的芦竹送入所述热解炉，其中热解溫度为550-750°C，热解时间为45- 60min，产生高溫油气，热解结束后保溫30-45min，保溫时向热解炉内通入过热蒸汽，使芦竹 生物炭二次活化，生成活性炭；
[0059] C、将所述高溫油气导入余热锅炉，产生过热蒸汽、低溫油气和冷凝液；
[0060] D、将所述低溫油气导入所述空气预热器，产生预热空气和冷凝液，油气溫度降至 100°C W下，经除尘净化后得到可燃气；
[0061] E、将所述步骤C和D产生的冷凝液导入油水分离系统，得到生物油。
[00创具体的，所述步骤A中的反应液为化0H和此02组成的混合水溶液，其中化0H的质量 分数为1-1.5 %，出02质量分数为0.2-0.8 %。
[0063] 具体的，所述步骤A中芦竹賴杆和反应液的固液比（g/ml) = l :40-1:20,处理时间 5-8小时。
[0064] 进一步的，将步骤C产生的过热蒸汽导入所述烘干装置和所述热解炉。
[0065] 进一步的，将步骤D产生的预热空气导入热解炉。
[0066] 本发明提供的芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统和方法，将芦竹热 解，热解结束后保溫时进行生物炭的再次活化，产生活性炭;热解产生的高溫油气经余热锅 炉产生过热蒸汽，过热蒸汽用于烘干芦竹和生物炭的二次活化，减少了对外来能源的需求， 起到节能减排的效果;通过空气预热器降低低溫油气的溫度，充分回收油气中的热能，大大 降低了系统能耗。
[0067] 实施例
[0068] 本实施例的芦竹原料来自广西桂林星泰公司，芦竹原料含水率40.3%。本发明芦 竹多联产生物油、活性炭和可燃气的系统处理芦竹的步骤为：
[0069] (1)原料制备:将含水40.3%的芦竹原料粉碎至4-5cm。
[0070] (2)芦竹賴杆预处理:将第（1)步得到的芦竹賴杆放入反应液中浸泡预处理，反应 液为化0H和此化组成的混合水溶液，其中化0H的质量分数为1.5%，此〇2质量分数为0.5% ; 预处理参数为：固液比（g/ml)l:30,处理时间化，将经预处理后的芦竹賴杆水洗烘干备用。
[0071] (3)芦竹热解:将第(2)步预处理后的芦竹賴杆送入蓄热式福射管旋转床热解炉， 其中热解溫度为600°C，热解时间为45min，热解结束后保溫30min，保溫时向旋转床内通入 过热蒸汽，让芦竹生物炭二次活化。
[0072] (4)余热回收:将第(3)步过程中产生的高溫油气进行余热锅炉，高溫油气在余热 锅炉内与水换热产生过热蒸汽，然后用于预处理后的芦竹賴杆烘干和热解炉内芦竹生物炭 的活化。经余热锅炉换热后的低溫油气进入旋转空气预热器，预热空气后油气溫度降至100 下，经除尘净化后作为可燃气使用或出售，油气中的大量水蒸气在旋转空气预热器内 释放汽化潜热后变为液态水回收利用。
[0073] (5)油水分离:经余热锅炉和空气预热器换热后的冷凝液体，进入油水分离系统， 获得生物油。
[0074] 将按上述方法制备的芦竹活性炭和未对芦竹进行活化处理(未进行芦竹预处理W 及热解完成后通入过热蒸汽）的芦竹生物炭进行比较分析，结果见表1。
[0075] 表1芦竹活性炭和生物炭的比较
[0076]
[0077] 如表1所示，芦竹生物炭经过预处理和后期过热蒸汽活化之后，成为芦竹活性炭， 其比表面积增加了 3倍，亚甲基蓝脱色力提高了 1倍，舰值提高了 4.3倍，灰分减少了 80.2%， 固定碳增加了10.1%。
[0078] 需要说明的是，W上参照附图所描述的各个实施例仅用W说明本发明而非限制本 发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对 本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指 夕hW单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的 全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
【主权项】
1. 一种芦竹多联产制备生物油、活性炭和可燃气的系统，包括:预处理系统、热解炉、余 热锅炉、空气预热器和油水分离系统， 所述预处理系统包括烘干装置，所述烘干装置包括进料口和出料口； 所述热解炉包括进料口、油气出口、过热蒸汽入口和活性炭出口； 所述余热锅炉包括油气入口、油气出口和冷凝液出口； 所述空气预热器包括油气入口、可燃气出口和冷凝液出口； 所述油水分离系统包括冷凝液入口和生物油出口； 所述烘干装置出料口与热解炉进料口连接，所述热解炉油气出口与余热锅炉油气入口 连接，所述余热锅炉油气出口与空气预热器油气入口连接，所述油水分离系统冷凝液入口 连接余热锅炉冷凝液出口和空气预热器冷凝液出口。2. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述预处理系统进一步包括浸泡装置，所述 浸泡装置包括进料口和出料口，所述浸泡装置出料口连接所述烘干装置进料口。3. 根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述预处理系统进一步包括破碎装置，所述 破碎装置包括出料口，所述破碎装置出料口与所述浸泡装置进料口连接。4. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述热解炉包括空气入口，所述空气预热器 包括空气出口；所述热解炉空气入口连接所述空气预热器空气出口。5. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述烘干装置包括过热蒸汽入口，所述余热 锅炉包括过热蒸汽出口，所述余热锅炉过热蒸汽出口连接所述烘干装置过热蒸汽入口和热 解炉过热蒸汽入口。6. -种利用权利要求1-5任一所述系统处理芦竹的方法，其特征在于，包括步骤： A、 将芦竹粉碎后放入反应液中浸泡预处理，浸泡后的芦竹水洗烘干； B、 将烘干后的芦竹送入所述热解炉，其中热解温度为550-750 °C，热解时间为45-60min，产生高温油气，热解结束后保温30-45min，保温时向热解炉内通入过热蒸汽，使芦竹 生物炭二次活化，生成活性炭； C、 将所述高温油气导入余热锅炉，产生过热蒸汽、低温油气和冷凝液； D、 将所述低温油气导入所述空气预热器，产生预热空气和冷凝液，油气温度降至100°C 以下，经除尘净化后得到可燃气； E、 将所述步骤C和D产生的冷凝液导入油水分离系统，得到生物油。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A中的反应液为NaOH和H2〇2组成的 混合水溶液，其中NaOH的质量分数为1 -1.5 %，H2〇2质量分数为0.2-0.8 %。8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A中芦竹秸杆和反应液的固液比 (g/ml) = 1:40-1:20，处理时间 5-8 小时。9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将步骤C产生的过热蒸汽导入所述烘干装 置和所述热解炉。10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将步骤D产生的预热空气导入热解炉。
【文档编号】C10B57/18GK106010603SQ201610475048
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】王惠惠, 巴玉鑫, 吴小飞, 肖磊, 张安强, 房凯, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司