热压法秸秆三素化方法装置与流程

本发明涉及植物纤维、秸秆处置、秸秆资源化、清洁生产、循环经济及节能环保等领域，具体是热压法秸秆三素化方法装置。

技术背景

目前，农作物秸秆的能源化虽具规模，但其长期性依赖政策补贴的商业模式不可持续发展，所以创新性非发电类秸秆资源化技术及其盈利模式尤为迫切。

众所周知，植物及秸秆的主要组成是纤维素、半纤维素及木质素等三素特征；所以，只有将秸秆三素全部利用或清洁联制，才能从根源上既消除污废及污染又榨干取尽而获得较高效益，这是秸秆资源化的基本原则与技术逻辑。

然而，当前的秸秆利用技术及其资源化，仍沿用传统的单一化产品结构及其生产方式，导致秸秆资源化进展缓慢。

例如传统制浆造纸，深受教科书式“植物蒸煮+水解物喷放+常态固液分离”等基本工艺及设备的禁锢，普遍采取植物蒸煮后通过喷放冷却环节将水解物常态化，然后采用常态固液分离设备，在获得固相纤维素基纸浆的同时，将含有部分半纤维素及木质素的液相则丢弃为污水及废物，即使进行环保处理，也必将造成制品与治污的双重成本居高不下。

可见，现行秸秆工业技术普遍存在热力工艺不完整缺陷，既浪费资源又浪费能源；也正是诸如此类的普遍现象，严重阻碍了秸秆资源化的快速发展。

因此，为了克服以上现有技术及装备的不足，本发明从秸秆资源化的节省资源与节约能源的双重视角，提出了秸秆资源化新型技术及其关键装备，旨在推动绿色生态建设。

技术实现要素：

本发明提供一种热压法秸秆三素化方法，由常温常压封闭碎化及浸泡系统与一体化高温高压容器型调节固液比、传质传热均化、压缩给料、二次蒸煮水解及二次固液分离系统组合集成固液汽三者闭合性生产循环而不排放生产性污废的植物及秸秆固废全系联制固相纤维化、半纤维素基液及木质素基液的技术方案；该方法包括如下工序：(1)常温常压工况下植物及秸秆封闭碎化与全系备料；(2)常温常压工况下原料与水液预浸及脱水；(3)高温高压工况下调节、均化及压缩给料；(4)高温高压工况下均化物蒸煮水解；(5)高温高压工况下水解物固液分离；(6)高温高压工况下液相收集；(7)高温高压工况下固相与二次蒸煮液均化输料；(8)高温高压工况下固相蒸煮水解；(9)高温高压工况下二次水解物固液分离；(10)高温高压工况下液相收集；(11)高温高压工况下固相纤维化制备。

该方法还包括常温常压工况下或高温高压工况下水液收集、补充、调配及供给工序，并承担所述高温高压工况下调节、均化及压缩给料工序排出水液的收集、补充、调配及回用于所述常温常压工况下原料与水液预浸及脱水工序，若水液不足时则由外部补充。

本发明还提供一种热压法秸秆三素化装置，由机械碎化与风压密闭备料系统、原料水液预浸脱水机、预浸物高温高压调节均化压缩给料机、水液收集补充调配回用系统、高温高压均化物蒸煮水解器、高温高压水解物卸料输送机、高温高压水解物固液分离机、高温高压液相导管、高温高压液相收储器、高温高压固相与二次蒸煮液均化输料机、高温高压二次均化物蒸煮水解器、高温高压二次水解物卸料输送机、高温高压二次水解物固液分离机、高温高压二次液相导管、高温高压二次液相收储器、高温高压固相余热余压回收利用及输料机、固相纤维化系统及数据控制系统构成；出于表达上述各部件间的相互构造，在此只指出上述各部件除所述水液收集补充调配回用系统有进出液口、预浸物高温高压调节均化压缩给料机有出液口、原料水液预浸脱水机有进液口、高温高压水解物固液分离机有出液口、高温高压二次水解物固液分离机有出液口、高温高压液相收储器有进液口、高温高压二次液相收储器有进液口、高温高压均化物蒸煮水解器有进汽口及高温高压二次均化物蒸煮水解器有进汽口之外，均具有进出料口；其特征在于：所述机械碎化与风压密闭备料系统出料口经所述原料水液预浸脱水机进出料口与所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机进料口相连接；所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机出液口经所述水液收集补充调配回用系统进出液口与所述原料水液预浸脱水机进液口相连接；所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机出料口与所述高温高压均化物蒸煮水解器进料口连接，所述均化物蒸煮水解器出料口经所述高温高压水解物卸料输送机进出料口与高温高压水解物固液分离机进料口连接，所述高温高压水解物固液分离机出液口经所述高温高压液相导管与所述高温高压液相收储器进液口连接；所述高温高压水解物固液分离机出料口经所述高温高压固相与二次蒸煮液均化输料机进出料口与所述高温高压二次均化物蒸煮水解器进料口连接，所述高温高压二次均化物蒸煮水解器出料口经所述高温高压二次水解物卸料输送机进出料口与所述高温高压二次水解物固液分离机进料口连接，所述高温高压二次水解物固液分离机出液口经所述高温高压二次液相导管进出液口与所述高温高压二次液相收储器进液口连接；所述高温高压二次水解物固液分离机出料口经所述高温高压固相余热余压回收利用及输料机进出料口与所述固相纤维化系统进料口连接。

进一步，所述机械碎化与风压密闭备料系统，是因将植物及秸秆固废全部制备原料而设置封闭储存间、粉碎搓丝机、风选料仓、除尘器、风管及风机的通用机电设备。由于该设备各部件及未说明的连接关系为现有技术而不再细述，但是不同于通常的选择性备料及可能产生固废。

进一步，所述原料水液预浸脱水机，是因将原料与水液混合而设置动力转动圆形螺旋叶片轴、脱水槽、进出料口、进出液口及壳体的通用机电设备。该设备各部件及未说明的连接关系为现有技术而不再细述，但是因为回用水液具有一定温度而不同于通常的预浸需要外来热源加热，故节省了能源和资源。

进一步，所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机，是因调节固液比、传质传热均化及压缩给料而设置动力转动圆形螺旋叶片轴、筛网、进出料口、进出液口及壳体的耐热承压机电设备。

进一步，所述水液收集补充调配回用系统，是因承担水液收集、处理、补充、调配及回用而设置容器、管道、泵阀、进出液口及进出料口的通用或耐热承压机电设备。尤其将所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机排出的水液回用于原料与水液净化或蒸煮液预浸机，具有节约资源与能源的双重效果。

进一步，所述高温高压均化物蒸煮水解器或所述高温高压二次均化物蒸煮水解器，是因通过均化既可缩短反应时间又可无药液蒸煮或加药液蒸煮设置动力转动螺旋叶片轴或搅拌及输送装置、进出料口、进蒸汽口及壳体的耐热承压型机电设备和设施。

进一步，所述高温高压水解物卸料输送机或所述高温高压二次水解物卸料输送机或所述高温高压固相与二次蒸煮液均化输料机，是因具备高温高压工况下工作而设置动力转动螺旋叶片轴、搅拌机构、进出料口、进出液口及壳体的耐热承压型机电设备。

进一步，所述高温高压水解物固液分离机或所述高温高压二次水解物固液分离机，是因满足高温高压工况下固液分离而设置动力转动螺旋叶片轴、进出料口、进出液口及壳体的耐热承压型机电设备；尤其是高温高压工况下的固液分离，相比常规的降温降压后固液分离，具有缩减工序、节省资源、降低能耗、减少占地及空间等多方面的作用。

进一步，所述高温高压液相收储器或所述高温高压二次液相收储器，是因在高温高压工况下收集、浓缩、调配及储存半纤维素基液及木质素基液而设置余热余压回收利用装置、容器、管道、泵阀、进出液口及进出料口的耐热承压型或通用类机电设备。

进一步，所述高温高压固相余热余压回收利用及输料机，是因所产生的固相既有质量又有能量而设置动力转动圆形螺旋叶片轴、余热余压回收利装置、进出料口、进出液口及壳体的耐热承压型机电设备。

进一步，所述固相纤维化系统，是因承担提取半纤维素基液与木质素基液及余热余压回收利用后的固相纤维化以及纤维洗涤浓液可作为所述二次蒸煮基液回收、补充、调配及回用，而设置输送、稀释、筛选、洗涤、压滤、容器、管道、泵阀、进出液口及进出料口的通用机电设备。

进一步，所述数据控制系统除常规性工业自控外，设有安全应急监控、热工工程监控及固液汽全程监控的智能控制系统。

进一步，所述的热压法秸秆联制装置还设置桁架及箱体，通过所述各部件与所述桁架及箱体的连接或集成而构造成模块化结构、组装式安装及撬装式使用的装置。

本发明的有益效果：在常温常压封闭碎化全系备料及浸泡系统基础上，采取以调节固液比、传质传热均化、压缩给料、二次蒸煮水解及二次固液分离为主的一体化高温高压容器型工艺及装备，通过热连续效应及其高效优势而实现植物及秸秆固废全系联制固相纤维化、半纤维素基液及木质素基液的三者全部利用；其突出优点：一是可从根源上预防与消除污废及污染，使整个工艺过程密闭循环及不产生废弃物而达到清洁生产目标；二是固相纤维化、半纤维素基液及木质素基液三者既有质量又有能量，以及相应的余热余压回收利用则提高节能降耗效果；三是固相纤维化的洗涤浓液回收回用于二次蒸煮基液则深入节能环保；四是具备系列化与系统性深入节约资源及能源而有效降低生产成本和提升秸秆处置经济效益；总之可进一步解决阻碍秸秆资源化快速发展的商业性较差顽症。

附图说明

图1为本发明的热压法秸秆三素化方法装置示意图。

具体实施方式

本发明提供一种热压法秸秆三素化装置，如图1所示，主要由粉碎搓丝机1、风管2、颗粒除尘器3、粉末除尘器4、风机5、风选料仓6、原料水液预浸脱水机7、预浸物高温高压调节均化压缩给料机8、水液收集补充调配回用系统9、高温高压均化物蒸煮水解器10、高温高压水解物卸料输送机11、高温高压水解物固液分离机12、高温高压液相导管13、高温高压半纤维素基液或木质素基液收储器14、高温高压固相与二次蒸煮液均化输料机15、高温高压二次均化物蒸煮水解容器16、高温高压二次水解物卸料输送机17、高温高压二次水解物固液分离机18、高温高压固相余热余压回收利用及输料机19、高温高压二次液相导管20、高温高压木质素基液或半纤维素基液收储器21、固相纤维化系统22及数据控制系统23构成。其中，通过所述风管2将所述粉碎搓丝机1、颗粒除尘器3、粉末除尘器4、风机5及风选料仓6等连接；所述风选料仓6出料口经所述原料水液预浸脱水机7进出料口与所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机8进料口相连接；所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机8出液口经所述水液收集补充调配回用系统9进出液口与所述原料水液预浸脱水机7进液口相连接；所述预浸物高温高压调节均化压缩给料机8出料口与所述高温高压均化物蒸煮水解器10进料口相连接；所述高温高压均化物蒸煮水解器10出料口经所述高温高压水解物卸料输送机11进出料口与所述高温高压水解物固液分离机12进料口相连接；所述高温高压水解物固液分离机12出液口经所述高温高压液相导管13与所述高温高压半纤维素基液或木质素基液收储器14进液口相连接；所述高温高压水解物固液分离机12出料口经所述通过高温高压固相与二次蒸煮液均化输料机15与所述高温高压二次均化物蒸煮水解容器16进料口相连接；所述高温高压二次均化物蒸煮水解容器16出料口经所述高温高压二次水解物卸料输送机17进出料口与所述高温高压二次水解物固液分离机18进料口相连接，所述高温高压二次水解物固液分离机18出液口与所述高温高压木质素基液或半纤维素基液收储器21进液口连接，所述高温高压二次水解物固液分离机18出料口经所述高温高压固相余热余压回收利用及输料机19进出料口与固相纤维化系统22进料口连接。

其运行方式是：植物及秸秆固废由粉碎搓丝机1经风管2、颗粒除尘器3、粉末除尘器4、风机5及风选料仓6制备为原料；原料由风选料仓6输入原料水液预浸脱水机7固液混合，再输入预浸物高温高压调节均化压缩给料机8调固液比均质后，压缩输入高温高压均化物蒸煮水解器10，所排出的水液由水液收集补充调配回用系统9，输入原料水液预浸脱水机7而循环回用；预浸物高温高压调节均化压缩给料机8将达到固液比原料输入高温高压均化物蒸煮水解器10加热反应，所产水解物经高温高压水解物卸料输送机11输入高温高压水解物固液分离机12产得固液两相；所产液相由高温高压液相导管13输入高温高压半纤维素基液或木质素基液收储器14；所产固相经高温高压固相与二次蒸煮液均化输料机15与二次蒸煮液混合后，输入高温高压二次均化物蒸煮水解容器16反应，所产水解物经高温高压二次水解物卸料输送机17输入高温高压二次水解物固液分离机18产得液相与固相；所得液相由高温高压二次液相导管20输入高温高压木质素基液或半纤维素基液收储器21；所得固相经高温高压固相余热余压回收利用及输料机19输入固相纤维化系统22产得纤维，以上生产过程由数据控制系统23控制管理；至此，完成清洁生产。