一種耦合水解烘焙熱解焙燒四段式同時(shí)制備生物油和白炭黑的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稻殼制備高品質(zhì)生物油和白炭黑的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]稻殼是水稻加工的主要副產(chǎn)物之一，是一種典型的生物質(zhì)資源，全世界每年有八千萬(wàn)噸的稻殼產(chǎn)生，中國(guó)占大約一半。傳統(tǒng)的燃燒方式以廣泛運(yùn)用于稻殼資源的利用，相對(duì)于煤，稻殼中硫氮等污染成分較少，對(duì)環(huán)境污染少，但燃燒將稻殼中大量附加值成分全部轉(zhuǎn)化為熱量，經(jīng)濟(jì)性不高，而且稻殼燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的稻殼灰以PM 2.5和PM 10等微粒形態(tài)分散在空氣中，不僅污染環(huán)境而且對(duì)人類身體健康產(chǎn)生影響。相對(duì)于燃燒，熱解是另一種熱化學(xué)處理方式，稻殼熱解可產(chǎn)生氣體、液體和固體產(chǎn)物，通過(guò)熱解方式制備高品質(zhì)生物油正得到越來(lái)越多的關(guān)注。生物質(zhì)通常堿金屬和堿土金屬含量高，不經(jīng)預(yù)處理直接熱解會(huì)產(chǎn)生諸多不利影響，堿金屬和堿土金屬在熱解過(guò)程中改變生物質(zhì)熱解的反應(yīng)路徑并催化生物油的二次裂解，減少生物油的產(chǎn)率并增加生物油中小分子成分如酸、酮、醛等成分，使生物油穩(wěn)定性變差且成分復(fù)雜。
[0003]為提高熱解產(chǎn)物的品質(zhì)特別是熱解生物油的品質(zhì)，生物質(zhì)原料烘焙預(yù)處理是一種簡(jiǎn)單有效的方法。生物質(zhì)主要由半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三組分組成，半纖維素?zé)峤庖桩a(chǎn)生水分和酸類化合物，烘焙預(yù)處理通過(guò)控制溫度低溫?zé)峤庥行У臏p少生物質(zhì)中半纖維素含量，增加了纖維素和木質(zhì)素的含量，減少生物油的含水率和PH值，增量了生物油的品質(zhì)，但單獨(dú)的烘焙預(yù)處理減少了生物油的產(chǎn)率。
[0004]同時(shí)，由于稻殼中灰分含量高，且其中90%為無(wú)定型二氧化硅，其固體產(chǎn)物可用來(lái)制備白炭黑，白炭黑作為一種環(huán)保、性能優(yōu)異的助劑，主要用于橡膠制品(包括高溫硫化硅橡膠)、紡織、造紙、農(nóng)藥、食品添加劑領(lǐng)域。目前，工業(yè)主要采用沉淀法氣相法制備白炭黑，其成本過(guò)高且生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境有污染。提取稻殼中的白炭黑，如采用堿液相提取的方法，其工藝復(fù)雜，且成本過(guò)高，相比而言，焙燒法更為簡(jiǎn)單有效，但焙燒法存在燃燒不完全的問(wèn)題，不可燃碳在白炭黑中嚴(yán)重影響其品質(zhì)和純度。稻殼中的堿金屬和堿土金屬在燃燒過(guò)程中易形成熔點(diǎn)較低的堿金屬氧化物，一部分未燃盡碳會(huì)被這些熔融的堿金屬氧化物包裹，導(dǎo)致其與空氣難以接觸，最終影響白炭黑品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種耦合水解烘焙熱解焙燒四段式同時(shí)制備生物油和白炭黑的方法及裝置，能夠系統(tǒng)化的制備高品質(zhì)生物油和白炭黑。
[0006]技術(shù)方案:一種耦合水解烘焙熱解焙燒四段式同時(shí)制備生物油和白炭黑的方法，包括如下步驟:將稻殼原料送入裝有輕質(zhì)生物油的水解塔，在常溫下進(jìn)行水解；水解后的稻殼送入干燥箱，干燥至含水率在10%?20% ;干燥后稻殼螺旋給入烘焙轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行烘焙，烘焙溫度為220?280°C，烘焙中產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)通過(guò)冷凝回收生物油和燃?xì)?；烘焙后稻殼送入螺旋熱解器進(jìn)行熱解，熱解溫度為450?550°C，熱解中產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)過(guò)管殼式冷凝器收集生物油和燃?xì)?，所述生物油流入?chǔ)油罐；熱解產(chǎn)生的稻殼焦送入錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為600?800°C，焙燒時(shí)間為30?lOOmin，收集焙燒產(chǎn)生的白
hH函灰黒；
[0007]其中，焙燒產(chǎn)生的煙氣給所述螺旋熱解器、烘焙轉(zhuǎn)鼓和干燥箱提供熱量；所述熱解過(guò)程中產(chǎn)生生物油并經(jīng)過(guò)沉放，將沉放后得到的上層水溶性的輕質(zhì)生物油流入所述儲(chǔ)油罐；將所述儲(chǔ)油罐中存儲(chǔ)的輕質(zhì)生物油作為水解塔中輕質(zhì)生物油的來(lái)源。
[0008]進(jìn)一步的，將焙燒產(chǎn)生的煙氣通入螺旋熱解器進(jìn)行換熱，然后將換熱后損失部分熱量的煙氣作為烘焙轉(zhuǎn)鼓的熱源，與稻殼在烘焙轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行間接換熱。
[0009]進(jìn)一步的，將熱解和烘焙時(shí)產(chǎn)生的燃?xì)庾鳛樗雎菪裏峤馄?、烘焙轉(zhuǎn)鼓和干燥箱的補(bǔ)充熱源。
[0010]進(jìn)一步的，還包括利用所述水解塔中水解后的輕質(zhì)生物油制備植物面肥和土壤肥料的步驟。
[0011]—種耦合水解烘焙熱解焙燒四段式同時(shí)制備生物油和白炭黑的裝置，包括稻殼料倉(cāng)、第一螺旋給料機(jī)、水解塔、干燥箱、第二螺旋給料機(jī)、烘焙轉(zhuǎn)鼓、螺旋熱解器、錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置、出料閥、第一管殼式冷凝器、熱解生物油沉放罐、輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐、第二管殼式冷凝器、儲(chǔ)氣罐、烘焙生物油沉放罐、油栗、三通閥、風(fēng)機(jī)、尾氣處理塔；
[0012]所述稻殼料倉(cāng)的出口通過(guò)第一螺旋給料機(jī)連接水解塔的入料口，水解塔的出料口連接干燥箱的入料口，干燥箱的出料口通過(guò)第二螺旋給料機(jī)連接烘焙轉(zhuǎn)鼓的入料口，烘焙轉(zhuǎn)鼓的出料口連接螺旋熱解器的入料口，螺旋熱解器的稻殼焦出料口連接錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置的入料口，出料球閥設(shè)置在錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置的出料口 ；
[0013]所述螺旋熱解器的揮發(fā)性物質(zhì)出口連接第一管殼式冷凝器，第一管殼式冷凝器的液體出口連接熱解生物油沉放罐，第一管殼式冷凝器的氣體出口連接儲(chǔ)氣罐，所述熱解生物油沉放罐上部的輕質(zhì)生物油出口連接輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐；所述烘焙轉(zhuǎn)鼓的揮發(fā)性物質(zhì)出口連接第二管殼式冷凝器，第二管殼式冷凝器的氣體出口連接所述儲(chǔ)氣罐，第二管殼式冷凝器的液體出口連接烘焙生物油沉放罐，烘焙生物油沉放罐的出口連接所述輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐，所述輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐的出口通過(guò)油栗和三通閥連接到水解塔；
[0014]風(fēng)機(jī)設(shè)置在所述錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置的入口風(fēng)室，錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置的煙氣出口風(fēng)室連接所述螺旋熱解器的換熱設(shè)備入口，所述螺旋熱解器的換熱設(shè)備出口連接所述烘焙轉(zhuǎn)鼓的換熱設(shè)備入口，所述烘焙轉(zhuǎn)鼓的換熱設(shè)備出口連接所述干燥箱的換熱設(shè)備入口，所述干燥箱的換熱設(shè)備出口連接尾氣處理塔。
[0015]進(jìn)一步的，在所述錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置內(nèi)，在錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置的入料口和出料口之間設(shè)置整流板，位于所述入口風(fēng)室處設(shè)有空氣入口整流板，位于所述煙氣出口風(fēng)室處設(shè)有煙氣出口整流板。
[0016]有益效果:一種耦合水解烘焙熱解焙燒四段式同時(shí)制備生物油和白炭黑的方法和裝置，得到了高品質(zhì)的生物油和白炭黑產(chǎn)品，為稻殼資源利用提供了一種新的途徑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯著優(yōu)點(diǎn)有:(I)稻殼熱解產(chǎn)生的生物油經(jīng)沉淀分離得到的輕質(zhì)生物油中主要含有水、乙酸、酮等小分子有機(jī)組分，其PH值通常在2?4之間，是一種很好的水解介質(zhì)。利用輕質(zhì)生物油作為稻殼水解介質(zhì)，能移除稻殼中大量的金屬元素，尤其是堿金屬和堿土金屬，導(dǎo)致熱解生物油收益率提高，同時(shí)生物油中含水率降低和pH值升高，增量了生物油的品質(zhì)；(2)烘焙預(yù)處理，能夠進(jìn)一步的提高熱解生物油的品質(zhì)，得到生物油含水率進(jìn)一步降低，熱值進(jìn)一步提高；(3)通過(guò)輕質(zhì)生物油水解預(yù)先除去稻殼中的金屬元素，提高熱解焦燃燒后白炭黑品質(zhì)和純度；傳統(tǒng)技術(shù)中多采用無(wú)機(jī)酸(如鹽酸、硫酸等)，對(duì)環(huán)境有污染且成本高，本發(fā)明中的輕質(zhì)生物油是一種更好的酸洗介質(zhì)；(4)錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置可有效的實(shí)現(xiàn)稻殼焦的充分燃燒，而且燃燒效率高，可控制燃燒溫度和停留時(shí)間；(5)水解后輕質(zhì)生物油中富含原稻殼中的堿金屬和堿土金屬，主要成分為鉀、鈣和鎂，其可作為一種高品質(zhì)的葉面肥和土壤肥料；(6)整個(gè)裝置是實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，基本無(wú)需外供能量，且系統(tǒng)運(yùn)行安全性高、成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖1為本發(fā)明一種耦合水解烘焙熱解焙燒四段式同時(shí)制備生物油和白炭黑的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0020]如圖1所示，一種耦合水解烘焙熱解焙燒四段式同時(shí)制備生物油和白炭黑的裝置，包括稻殼料倉(cāng)1、第一螺旋給料機(jī)2、水解塔3、干燥箱5、第二螺旋給料機(jī)6、烘焙轉(zhuǎn)鼓7、螺旋熱解器10、錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置13、出料球閥14、第一管殼式冷凝器16、熱解生物油沉放罐19、輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐21、第二管殼式冷凝器23、儲(chǔ)氣罐25、烘焙生物油沉放罐27、油栗28、三通閥29、風(fēng)機(jī)30、尾氣處理塔39。
[0021 ] 稻殼料倉(cāng)I的出口通過(guò)第一螺旋給料機(jī)2連接水解塔3的入料口，水解塔3內(nèi)裝有攪拌槳葉4，水解塔3的出料口連接干燥箱5的入料口，干燥箱5的出料口通過(guò)第二螺旋給料機(jī)6連接烘焙轉(zhuǎn)鼓7的入料口，烘焙轉(zhuǎn)鼓7的出料口 8連接螺旋熱解器10的入料口，螺旋熱解器10的稻殼焦出料口 11連接錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置13的入料口 12，出料閥14設(shè)置在錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置13的出料口。
[0022]螺旋熱解器10的揮發(fā)性物質(zhì)出口 15連接第一管殼式冷凝器16，第一管殼式冷凝器16的液體出口 17連接熱解生物油沉放罐19，第一管殼式冷凝器16的氣體出口 18連接儲(chǔ)氣罐25，熱解生物油沉放罐19上部的輕質(zhì)生物油出口 20連接輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐21。烘焙轉(zhuǎn)鼓7的揮發(fā)性物質(zhì)出口 22連接第二管殼式冷凝器23，第二管殼式冷凝器23的氣體出口24連接儲(chǔ)氣罐25，第二管殼式冷凝器23的液體出口 26連接烘焙生物油沉放罐27，烘焙生物油沉放罐27的出口連接輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐21。輕質(zhì)生物油儲(chǔ)罐21的出口通過(guò)油栗28和三通閥29連接到水解塔3。
[0023]風(fēng)機(jī)30設(shè)置在錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置13的入口風(fēng)室31，錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置13的煙氣出口風(fēng)室32連接螺旋熱解器10的換熱設(shè)備入口 33，螺旋熱解器10的換熱設(shè)備出口34連接烘焙轉(zhuǎn)鼓7的換熱設(shè)備入口 35，烘焙轉(zhuǎn)鼓7的換熱設(shè)備出口 36連接干燥箱5的換熱設(shè)備入口 37，干燥箱5的換熱設(shè)備出口 38連接尾氣處理塔39。
[0024]如圖2所示，在錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置13內(nèi)，在錯(cuò)流移動(dòng)床焙燒裝置13的入料口和出料口之間設(shè)置整流