一种秸秆农膜多原料协同热解处理方法与流程

本发明属于废弃物处理领域，具体涉及一种秸秆农膜多原料协同热解处理方法。

背景技术：

当前，农膜已经与种子、化肥、农药一起成为不可缺少的农资，农膜使用面积逐年增加。农膜的原材料主要有三种:聚氯乙烯、聚乙烯和再生薄膜（黑色)。作为一种高分子化合物，农膜极难降解（自行分解)，也不太易受微生物腐蚀，其降解周期一般为200-300年，且降解过程中会溶出有毒有害物质。每年我国废弃农膜达178887吨，通常的处理方法有回收再生、填埋、焚烧等。但由于成本高、技术不完善等问题，大部分农膜实际上在田间地头及河道两岸堆放，无人管理，造成随风飞扬的景观污染；或者随雨水冲刷进入河道和水体，污染环境；或者就地焚烧，给环境造成严重的二次污染。废旧农膜热解再利用技术是解决农膜污染的重要技术之一。

近年来，农作物秸秆成为农村面源污染的新源头。每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。据有关统计，我国作为农业大国，每年可生成7亿多吨秸秆，成为“用处不大”但必须处理掉的“废弃物”。秸秆等生物质热解技术

农膜等聚乙烯、聚氯乙烯材料是以石油、天然气、碳等自然资源为原料，人工合成的高分子聚合物，具有含氢量多（如聚烯烃含有约14%的氢）的特点。在惰性气氛或者真空条件下提高温度对这种聚合物进行热解，能放出很多可作为主要反产物的碳氢化合物。在更高温度(700℃以上)聚合物热解可以获得主要的低链烷烃和链烃。

生物质的热解产生三种类型的产物：气体、生物油或生物炭。纤维素的热解和木质素的主要成分研究表明生物油是通过含氧化合键的热裂解的自由基渠道产生的。而生物炭是在纤维素链的拉链反应过程中碳水化合物单体发生脱氢作用产生的。在氢气氛围的热解反应中，由于生物质被浓缩生成碳减少，热裂解产物重浓缩或重组，生物质能产生大量的液体产物。

农膜热解后的热解气气体是富氢气体，可向秸秆热解反应供氢，使生物质裂解产生的自由基得到稳定，从而促进了秸秆的成油转化。另外，农膜热解所提供的氢还可有效降低氧含量，提高油的热值，从而显著提高生物油的品质。

目前生物质热解工艺有生物质单独热解和生物质-塑料共热解等。生物质单独热解技术存在生物质单独裂解制燃油的含氧量过高、有效氢碳比低、耗能高的问题。生物质-塑料共热解将农膜等塑料材料和秸秆材料直接混合在同一热解条件下进行反应，但是农膜和秸秆的传热传质性能不同，秸秆、农膜的最优反应温度和时间、催化剂不同，在同一条件下热解无法同时达到较高效率，热解产物的生成具有主次之分，成分复杂，难以有效提高生物质热解气和生物油的质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供提出一种生物质与农膜协同热解的方法，以解决现有方法难以有效提高生物质热解气和生物油质量的问题。

本发明技术方案如下：一种秸秆农膜多原料协同热解处理方法，包括以下步骤：

s1、将农膜和秸秆进行除杂、干燥、粉碎；

s2、将农膜和秸秆通过不同的进料装置分别送入农膜热解炉和秸秆热解炉；

s3、将农膜和秸秆进行热解处理，农膜热解的温度控制在780℃-820℃；

s4、将农膜热解产生的热解气通入秸秆热解炉内，为秸秆热解添加富氢气氛；秸秆热解的温度为450℃-590℃；

s5、将农膜热解利用后的高温烟气再次利用，通入秸秆热解炉高温烟腔内，为秸秆热解提供热源。

进一步的，所述s4步骤中通过引风机调节高温烟气流动速率，使高温烟气与农膜热解炉换热后温度为550℃-630℃。

进一步的，秸秆热解炉水平位置高于农膜热解炉，秸秆热解炉与农膜热解炉的炉体之间连接有热解气进气装置及高温烟道；农膜热解炉的进料方向与秸秆热解炉的进料方向相反。

进一步的，在农膜热解炉烟气出口设有过滤网，然后经过生物炭催化剂处理后进入热解气进气装置，经过缓压罐和控制阀进入秸秆热解炉。

进一步的，所述热解气进气装置上设有热解气流量控制模块。

进一步的，所述农膜热解炉炉壁设有农膜热解炉高温烟腔，农膜热解炉高温烟腔内设有烟腔隔板；农膜热解炉的外壁设有农膜热解炉保温层。

本发明特点如下：

（1）工艺方法的创新，秸秆-农膜协同热解将秸秆和农膜在相对独立的热解条件下进行热解，农膜热解产生的高温烟气为秸秆热解提供热量，同时农膜热解为秸秆热解提供富氢气氛。此方法不仅利用了农膜反应室热解后高温油气的显热，为秸秆热解提供能量，无需单独提供生物质热解热源，还将农膜中的富氢有效地转移到秸秆热解过程中,使得农膜热解产生的富氢气体与秸秆热解反应室会产生一定的加氢饱和作用，有助于提高热解油的收率。此方法降低了运行成本，提高了工艺经济性，易于工业化推广。

（2）本发明既能够充分利用农膜热解为秸秆热解供氢提质，有效提高热解油的产量和品质。还能够利用农膜热解后的高温烟气为秸秆热解提供热源，提高能源效率。

（3）在管道上设置有热解气流量控制模块，热解炉后端设置有引风机，使热解气在秸秆热解炉内均匀分布并由前到后地缓慢流动，为秸秆热解营造优良的富氢气氛，提高秸秆热解的速率和品质。

（4）该方法可以同时解决秸秆和农膜两种农业废弃物的污染问题，具有一定的经济效益。

附图说明

图1是一种秸秆农膜多原料协同热解处理方法的流程图；

图2是一种秸秆农膜多原料协同热解处理方法所使用的设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图所示，农膜热解炉13设在炉架20上，农膜热解炉13连接有燃烧器19。

一种秸秆农膜多原料协同热解处理系统，包括秸秆处理系统和农膜处理系统，秸秆处理系统位于农膜处理系统的上方，秸秆处理系统包括秸秆热解炉5、秸秆热解炉进料装置8、秸秆热解炉出料装置1，秸秆热解炉5的一端设有秸秆热解炉进料装置8，秸秆热解炉5的另一端设有秸秆热解炉出料装置1。

农膜处理系统包括农膜热解炉13、农膜热解炉进料口2、农膜热解炉出料装置10，农膜热解炉13的一端设有农膜热解炉进料口2，农膜热解炉13的另一端设有农膜热解炉出料装置10，农膜热解炉的进料方向与秸秆热解炉的进料方向相反。

农膜热解炉13炉壁设有农膜热解炉高温烟腔15，农膜热解炉高温烟腔15内设有烟腔隔板14；农膜热解炉13的外壁设有农膜热解炉保温层16。

农膜热解炉13内设有农膜传送装置17，农膜传送装置17上设有助推板18；农膜传送装置17连接有传动装置11。农膜热解炉利用带有隔板的传送带将农膜均匀连续地分布。

秸秆热解炉5水平位置高于农膜热解炉13，通过炉架20连接在一起。秸秆热解炉5与农膜热解炉13的炉体之间连接有热解气进气装置9及高温烟道12。秸秆热解炉5的秸秆热解炉高温烟腔4内设有秸秆热解炉螺旋叶片6。秸秆热解炉5的出料端设有热解炉引风机3。

热解气进气装置上设有热解气流量控制模块95，供农膜热解炉的富氢热解气均匀地流入秸秆热解炉内部并利用控制装置调节气体流速及浓度。热解气流量控制模块可选用accu北京精量科技有限公司的型号为acu10fd-bc的数字型质量流量控制器。

在秸秆热解炉5和农膜热解炉13内均设有温度计7。在两个热解炉内均设置有热解测温点，通过温度计实时监测热解炉内温度环境。

本发明原理如下：农膜热解炉内经过热解反应后产生的富氢热解气经过热解气通道从农膜热解炉出料端进入秸秆热解炉内部，在负压环境下向出口流动，为秸秆热解炉内的热解反应提供加氢气氛，以实现秸秆-农膜协同热解来有效提高生物质液化效率和液化油品质。

农膜热解炉产生的高温烟气流入农膜热解炉高温烟腔15内，在烟腔隔板14之间不断绕行通过，为农膜热解炉提供热量，减少能耗。之后，高温烟气通过高温烟道进入秸秆热解炉的高温烟腔再次利用，利用余热为秸秆热解炉继续提供热量。

实施例1

将秸秆农膜清洗干燥，使含水量均少于5%。干燥后粉碎为小段，秸秆粒度小于2cm，农膜粒度小于4cm。

按照3:1的质量比将秸秆和农膜分别输送到两个热解炉中。

农膜于农膜热解炉的进料口落入热解炉内部的传送装置上，在隔板的推动下均匀连续地分布在热解炉内部。开启燃烧器，燃烧器产生的高温烟气在农膜热解炉的高温烟腔内绕行流动，为农膜热解提供热量，通过隔板转动速率控制农膜加热时间为35min，热解温度控制在820℃。通过后端引风调节高温烟气流动速率及换热效率，保证高温烟气与农膜热解炉换热后温度为630℃，然后通入秸秆热解炉的烟腔，为秸秆热解提供热量，保证秸秆热解温度为590℃。

通过变频电机控制秸秆回转炉的转动速度，保证秸秆在回转炉中的加热时间为40min。

在农膜热解炉内，农膜受热裂解后产生大量富氢热解气，热解气进入热解气进气装置，农膜热解炉出气口90处设有过滤装置，先通过过滤网过滤掉残炭等杂质，然后在生物炭催化剂的作用下，经过缓压罐和控制阀进入秸秆热解炉，并与秸秆热解反应的半焦充分接触，发生异相反应，通过后端引风系统控制热解气流速，为秸秆热解反应营造有利的气体环境。

秸秆采用螺旋进料的方式，在秸秆热解进料装置的作用下，秸秆料斗内的原料均匀一致的推送至热解炉内，在螺旋式秸秆热解炉内翻转前进，同时在高温烟气的作用下受热分解，经历干燥脱水、受热裂解两个过程，产生热解油、生物炭等产物。秸秆热解炉顶部设有热解气出口，热解油气及半焦末经此口进入后续产品分离、精制系统。

实施例2

与实施例不同之处在于农膜热解温度控制在780℃，通过后端引风调节高温烟气流动速率及换热效率，保证高温烟气与农膜热解炉换热后温度为550℃，然后通入秸秆热解炉的烟腔，为秸秆热解提供热量，保证秸秆热解温度为450℃。

实施例3

与实施例不同之处在于农膜热解温度控制在800℃，通过后端引风调节高温烟气流动速率及换热效率，保证高温烟气与农膜热解炉换热后温度为600℃，然后通入秸秆热解炉的烟腔，为秸秆热解提供热量，保证秸秆热解温度为500℃。

对实施例产物检测

利用lxt-200水分仪测定精制秸秆热解油的含水量，利用ea2400ii型元素分析仪测定热解油含氧量，采用zdhw-8000a量热仪测定热解油的高位热值，结果发现：含水量为12%，含氧量仅为3.56%，高位热值达到35mj/kg，热值较其它热解方法提升显著。

通过气相色谱分析燃气的组成发现：所得燃气中主要为co占比33%，ch4占比21%，h2占比18%，还有少量c2h4、c2h6、c3h6等。热值约为20mj/kg，高于水煤气、沼气的发热量。