一种制备芦竹生物质吸附剂的系统及方法与流程

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种制备芦竹生物质吸附剂的系统及方法。

背景技术：

农林生物质废弃物具有来源广泛、可再生周期短、可生物降解、环境友好等诸多优点，是重要的生物质资源。但是这些农林生物质废弃物主要用于直接燃烧产热，此外还有一部分用作饲料、肥料和制浆造纸工业的原料，这些领域的利用量不足农林生物质废弃物重量的50％。由于没有得到有效的转化利用，每年有大量的农林生物质被弃置于自然环境或露天焚烧，既造成了对生态环境的污染，又造成了资源的极大浪费。

技术实现要素：

本发明的主要目的是利用芦竹加工过程中产生的副产品，通过热解炭化反应将其制备成一种吸附能力强的生物质吸附剂，用于处理工业废水，实现废弃物的资源化利用。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种制备芦竹生物质吸附剂的系统，所述系统包括浸泡装置、洗涤装置、烘干装置和蓄热式辐射管固定床热解炉；

所述浸泡装置设有浸泡进料口、浸泡液入口和浸泡出料口；

所述洗涤装置设有洗涤进料口、洗涤水入口和洗涤出料口，所述洗涤进料口与所述浸泡装置的浸泡出料口相连；

所述烘干装置设有烘干进料口、高温烟气入口、烘干出料口和水蒸气出口，所述烘干进料口与所述洗涤装置的洗涤出料口相连；

所述蓄热式辐射管固定床热解炉设有热解进料口、烟气入口、可燃气入口、空气入口、生物质吸附剂出口，所述热解进料口与所述烘干装置的烘干出料口相连。

在本发明的一个实施例中，所述蓄热式辐射管固定床热解炉还设有高温油气出口，所述系统还包括燃烧室；

所述燃烧室设有高温油气入口、空气入口和高温烟气出口，所述高温油气入口与所述蓄热式辐射管固定床热解炉的高温油气出口相连，所述高温烟气出口与所述烘干装置的高温烟气入口相连。

在本发明的一个实施例中，所述燃烧室的高温烟气出口还与所述蓄热式辐射管固定床热解炉的烟气入口相连。

在本发明的一个实施例中，所述高温油气出口设置在所述蓄热式辐射管固定床热解炉的顶部，所述烟气入口设置在所述蓄热式辐射管固定床热解炉的底部。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种上述系统制备芦竹生物质吸附剂的方法，所述方法包括如下步骤：

准备长度为4-5cm的芦竹片；

将所述芦竹片放入装有浸渍液的所述浸泡装置中进行浸泡；所述浸渍液为NaOH和H₂O₂组成的混合水溶液，其中，所述混合水溶液中NaOH的浓度为0.2-2wt％，所述混合水溶液中H₂O₂的浓度为0.10-1.00wt％，浸泡时的固液比为1:50-1:10g/ml，浸泡时间为4-10h；

将浸泡后的芦竹片送入所述洗涤装置中用水洗涤；

将洗涤后的芦竹片送入所述烘干装置中用高温烟气进行干燥；

将可燃气、空气和干燥后的芦竹片送入所述蓄热式辐射管固定床热解炉中，对所述干燥后的芦竹片进行热解；热解完成后，往所述蓄热式辐射管固定床热解炉中通入烟气保温活化，制得芦竹生物质吸附剂。

在本发明的一个实施例中，用温度为80-110℃的高温烟气干燥所述洗涤后的芦竹片。

在本发明的一个实施例中，将保温活化的时间设置为30-45min。

在本发明的一个实施例中，将热解的温度设置为300-800℃，时间设置为30-60min。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

热解还会产生高温油气，将所述高温油气进行燃烧，得到高温烟气；将所述高温烟气送入所述烘干装置中，用于干燥洗涤后的芦竹片。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

将所述高温烟气也送入所述蓄热式辐射管固定床热解炉中，用于活化芦竹生物质吸附剂。

本发明在高温条件下利用烟气来活化芦竹生物质炭，提高了芦竹生物质吸附剂的吸附能力。

此外，本发明利用自身产生的高温油气燃烧产生的热量来对洗涤后的芦竹进行干燥，提高了能源的使用效率，减少了对外来能源的需求，起到了节能减排的作用。

附图说明

图1为本发明一实施例中一种芦竹生物质吸附剂的制备系统的示意图。

图2为本发明一实施例中一种利用芦竹制备生物质吸附剂的工艺流程图。

图中：

100：芦竹破碎装置；101：芦竹入口；102：破碎芦竹出口；

200：浸泡装置；201：浸泡进料口；202：浸泡液入口；203：浸泡出料口；204：废弃液出口；

300：洗涤装置；301：洗涤进料口；302：洗涤水入口；303：洗涤出料口；304：洗涤水出口；

400：烘干装置；401：烘干进料口；402：烘干出料口；403：高温烟气入口；404：水蒸气出口；

500：蓄热式辐射管固定床热解炉；501：热解进料口；502：可燃气入口；503：空气入口；504：高温烟气入口；505：高温油气出口；506：生物质吸附剂出口；

600：燃烧室；601：高温油气入口；602：空气入口；603：第一高温烟气出口；604：第二高温烟气出口。

具体实施方式

以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，以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，以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。

本发明提供的制备芦竹生物质吸附剂的系统包括浸泡装置、洗涤装置、烘干装置和蓄热式辐射管固定床热解炉。

本发明中，浸泡装置用于对芦竹进行预处理，破坏芦竹细胞中的木质素的结构，以达到“软化”芦竹的目的，有利于后续热解。浸泡装置设有浸泡进料口、浸泡液入口和浸泡出料口。

洗涤装置用于清洗从浸泡装置中排出的带有浸泡液的芦竹。本发明中，洗涤所用的洗涤液为清水。洗涤装置设有洗涤进料口、洗涤水入口和洗涤出料口，洗涤进料口与浸泡装置的浸泡出料口相连。

烘干装置用于干燥洗涤后的芦竹，本发明采用高温烟气对洗涤后芦竹进行干燥。烘干装置设有烘干进料口、高温烟气入口、烘干出料口和水蒸气出口，烘干进料口与洗涤装置的洗涤出料口相连。

蓄热式辐射管固定床热解炉用于热解芦竹。蓄热式辐射管固定床热解炉的热效率高，能达到86％以上。本发明将烟气直接通入蓄热式辐射管固定床热解炉中，在芦竹完成热解后，第一时间被烟气活化，能有效的提高芦竹生物质炭的吸附能力。蓄热式辐射管固定床热解炉设有热解进料口、烟气入口、可燃气入口、空气入口和生物质吸附剂出口，热解进料口与烘干装置的烘干出料口相连。

为了更好的热解芦竹，高温油气出口最好设置在蓄热式辐射管固定床热解炉的顶部，以便更好的排出高温油气。烟气入口最好设置在其底部，这样烟气与热解炭的接触效果最好，有利于其活化。

芦竹热解还会产生高温油气，在现有技术中，一般都将这些高温油气直接送入尾气处理装置进行处理，然而，高温油气带有大量的热量和热解油，这样处理会造成大量的能耗损失。因此，在上述系统的基础上，该系统还可增加燃烧室。高温油气中的热解油里面带有大量的杂质，要想将其分离出来十分困难，若处理不当，还容易造成环境污染。本发明将其燃烧，不仅能有效处理热解油，还能将产生的高温烟气用于干燥洗涤后的芦竹。

燃烧室用以燃烧高温油气中的热解油。燃烧室设有高温油气入口、空气入口和高温烟气出口，高温油气入口与蓄热式辐射管固定床热解炉的高温油气出口相连，高温烟气出口与烘干装置的高温烟气入口相连。

由于活化热解炭时也需要用到烟气，因此从燃烧室排出的高温烟气也可送回至蓄热式辐射管固定床热解炉中进行回收利用，提高了能源的使用效率，起到了节能减排的效果。

本发明所提供的上述系统中的各个装置，除了热解装置必须使用蓄热式辐射管固定床热解炉外，其余各个装置均不需要限定其具体设备是什么，只要有相应的功能即可。

本发明还提供一种利用上述系统制备芦竹生物质吸附剂的方法，该方法包括如下步骤：

准备长度为4-5cm的芦竹片；

将芦竹片放入装有浸渍液的浸泡装置中进行浸泡；

将浸泡后的芦竹片送入洗涤装置中用水洗涤；

将洗涤后的芦竹片送入烘干装置中用高温烟气进行干燥；

将可燃气、空气和干燥后的芦竹片送入蓄热式辐射管固定床热解炉中，对干燥后的芦竹片进行热解；热解完成后，往蓄热式辐射管固定床热解炉中通入烟气保温活化，制得芦竹生物质吸附剂。

为了便于设备处理，且综合考虑吸附剂的用途，原料的长度需在4-5cm才行。芦竹加工过程中产生的副产品大多长度都较长，为了将其加工至4-5cm，上述系统还可增加一破碎装置。

本发明采用NaOH和H₂O₂组成的混合水溶液来对芦竹进行预处理，经大量实验验证，NaOH和H₂O₂能有效的破坏芦竹细胞中木质素的结构。本发明所用的混合水溶液中NaOH的浓度为0.2-2wt％，混合水溶液中H₂O₂的浓度为0.10-1.00wt％，浸泡时的固液比为1:50-1:10g/ml，浸泡时间为4-10h。

干燥时所用的高温烟气的温度并不需要特别限定，温度太高，芦竹干燥后容易发生热解，若温度太低，干燥时间则会很长，导致生产效率低。经过大量实验发现，本发明所用的高温烟气的优选温度为80-110℃。

热解的温度和时间并不需要限定。热解的温度太高，浪费能源，且不容易控制热解效果；热解温度太低，热解所需时间加长，造成生产效率低下。经过大量实验发现，本发明最佳的热解温度为300-800℃，对应所需的热解时间为30-60min。

保温活化的时间的也不需要特别限定。时间短，活化效果不佳；时间长，浪费时间。经过大量实验发现，本发明最佳的保温活化时间为30-45min。

如前所述，芦竹热解还会产生高温油气。为了减少对外来能源的需求，在热解后还可增加将高温油气进行燃烧，用燃烧产生的高温烟气来干燥洗涤后的芦竹。

同前所述，芦竹热解后用烟气来进行保温活化，因此也可将高温油气燃烧后产生的高温烟气来活化热解炭，以达到节能减排的目的。

本发明只对整个工艺过程作了简化的介绍，任何一个熟知本领域的技术人员，都可以在本工艺的基础上增减相关的设备来满足要求。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种芦竹生物质炭吸附剂的制备系统。该系统包括：芦竹破碎装置100、浸泡装置200、洗涤装置300、烘干装置400、蓄热式辐射管固定床热解炉500和燃烧室600。

芦竹破碎装置100设有芦竹入口101和破碎芦竹出口102。

浸泡装置200设有浸泡进料口201、浸泡液入口202、浸泡出料口203、和废弃液出口204。其中，浸泡进料口201与芦竹破碎装置100的破碎芦竹出口102相连。

洗涤装置300设有洗涤进料口301、洗涤水入口302、洗涤出料口303和洗涤水出口304。其中，洗涤进料口301与浸泡装置200的浸泡出料口203相连。

烘干装置400设有烘干进料口401、烘干出料口402、高温烟气入口403和水蒸气出口404。其中，烘干进料口401与洗涤装置300的洗涤出料口303相连。

蓄热式辐射管固定床热解炉500设有热解进料口501、可燃气入口502、空气入口503、烟气入口504、高温油气出口505和生物质吸附剂出口506。其中，热解进料口501与烘干装置400的烘干出料口402相连。其中，水烟气入口504设置在蓄热式辐射管固定床热解炉500的底部，高温油气出口505设置在蓄热式辐射管固定床热解炉500的顶部。

燃烧室600设有高温油气入口601、空气入口602、第一高温烟气出口603和第二高温烟气出口604。其中，高温油气入口601与蓄热式辐射管固定床热解炉500的高温油气出口505相连，第一高温烟气出口603与烘干装置400的高温烟气入口403相连，第二高温烟气出口604与蓄热式辐射管固定床热解炉500的烟气入口504相连。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所提供的系统制备芦竹生物质炭吸附剂的方法，如图2所示，其具体过程如下。

S1：准备长度为4-5cm的芦竹片。

本实施例采用的芦竹原料购自广西桂林星泰公司，芦竹原料含水率45.8wt％。将该芦竹用芦竹破碎装置100破碎成4-5cm的芦竹片。

S2：将所述芦竹片放入装有浸渍液的浸泡装置200中进行浸泡。

所用浸渍液为NaOH和H₂O₂组成的混合水溶液，其中，混合水溶液中NaOH的浓度为2wt％，混合水溶液中H₂O₂的浓度为0.4wt％，浸泡时的固液比为1:50g/ml，浸泡时间为5h。

S3：将浸泡后的芦竹片送入洗涤装置300中用水洗涤干净。

S4：将洗涤后的芦竹片送入烘干装置400中进行干燥。

干燥时的温度为110℃，干燥的时间为60min。

S5：将可燃气、空气和干燥后的芦竹片送入蓄热式辐射管固定床热解炉500中，对干燥后的芦竹片进行热解。

蓄热式辐射管固定床热解炉500的热解温度为600℃，热解的时间为45min。

S6：S5步骤还会产生高温油气，将高温油气送入燃烧室600中进行燃烧，得到高温烟气分别送入烘干装置400和蓄热式辐射管旋转床热解炉中，分别用于干燥洗涤后的芦竹片及活化热解炭，，分别用于干燥洗涤后的芦竹片及活化热解炭，制备芦竹生物质吸附剂。

烟气活化的时间为30min。

分析上述步骤制得的芦竹生物质炭吸附剂的理化性质，其结果如表1所示。

表1芦竹生物炭吸附剂的理化性质

从表1中可以看出，本发明提供的系统及方法制备出的芦竹生物质炭吸附剂的比表面积达到了770m²/g，说明其吸附能力相当强。其次，从表1中碘值、亚甲基蓝脱色力两个指标可以看出，按照本发明所提供的系统及方法制备出的芦竹生物质炭吸附剂达到了净水活性炭的标准，表明其是一种性能优异的吸附剂。

综上可知，本发明在高温条件下利用烟气来活化芦竹生物质炭，提高了芦竹生物质吸附剂的吸附能力。

此外，本发明利用自身产生的高温油气燃烧产生的热量来对洗涤后的芦竹进行干燥，提高了能源的使用效率，减少了对外来能源的需求，起到了节能减排的作用。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以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。