一种利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的系统及方法与流程

本发明属于生物质能源化工领域，涉及一种生物质油浆的制备系统及方法，特别是指一种利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的系统及方法。

背景技术：

木屑是指在进行木材加工时因为切割而从木材上散落下来的碎块或沫状物。木屑为木材加工后的尾料或者废料，在以往其一部分制作木屑板，其余大部分被直接燃烧，这样既浪费了资源，又污染了环境。木屑主要由纤维素、半纤维素和木质素三大组分组成。由于木屑的分散性、热值低、不易存贮和输送等特点，必须将其转化成适当的高热值能源产品，以便更好地应用。现有技术中，对于锯末已有较多应用，木屑的使用方向包括压制成木板、做成木炭或生物质颗粒等。

公开号为cn106244282a的中国发明专利申请公开了一种高燃烧值锯末基生物质颗粒的制作方法，该方法一方面将锯末进行加热改性处理，另一方面将秸秆、树枝、木屑进行发酵处理，然后将二者复合并配伍其他有效助剂挤压成型，得到了密度大、高热值的生物质颗粒燃料块。

公开号为cn107541306a的中国发明专利申请公开了一种木屑复合环保燃料块的制备方法，用木屑吸附乙醇，同时添加氧化剂硝酸钾和催化剂二氧化锰助燃，得到的燃料块具有易燃、热值高，且燃烧后的残余灰分可以回收做钾肥。

公开号为cn105293861a的中国发明专利申请公开了一种木屑与污泥掺混系统及掺混方法，通过采用木屑分布器和块状污泥的初步破碎，然后经过三道不同的掺混工序，分别形成了初次混合原料、二次混合原料和最终混合原料，最后制备得到均匀的木屑污泥掺混物，该掺混物可以作为热解原料或燃油替代品。

由此可见，上述现有技术没有充分利用木屑中所含有的高附加值有机物，木屑的应用价值未得到充分利用，而且现有技术均以固体的形式利用，限制了木屑的大规模应用和长距离运输，因此需要开发新的利用方式和方法。将木屑进行改性，然后和重质油混合制备生物质油浆是一种具有广泛应用前景的利用方式。

通过大量文献和专利调研，至今尚未见到有以木屑和重质油混合制备生物质油浆技术的相关报道。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的系统及方法，先将木屑进行炭化处理，进而和重质油混合制备生物质油浆的系统和方法，制备得到的生物质油浆可以作为工业窖炉、发电厂的燃料，也可以作为气化炉、加氢液化制燃料油的原料。

为实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的系统，包括依次串联的预处理装置、炭化处理装置、破碎研磨装置、混合制浆装置和浆液储存装置。

进一步地，其中所述预处理装置包括刀片式破碎机、木屑储罐及设置于所述木屑储罐上的进料口附属管道和出料口附属管道和阀门；所述刀片式破碎机上设有进料口和出料口，该出料口连接木屑储罐的进料口附属管道。

进一步地，其中所述木屑储罐为立式圆柱形罐，其上端敞口，底部为圆锥形；所述木屑储罐的底部通过一个依次安装有插板阀和旋转卸料阀的木屑输送管道与炭化处理装置的进料口相连。

进一步地，其中所述插板阀、旋转卸料阀和木屑输送管道依次连接，以使所述木屑储罐中的木屑在重力及设备之间压差的作用下能够从储罐送至炭化处理装置的进料口。

进一步地，其中所述木屑储罐上设有振打器。

进一步地，其中所述炭化处理装置包括炭化炉及设置于所述炭化炉上的进料口附属管道和出料口附属管道；所述炭化炉为带有外部加热和保温层的立式圆柱形加热釜；设置于所述炭化炉底部的进料口的上部管道内壁上设有氮气吹扫管道。

进一步地，其中所述炭化炉的底部通过依次安装有插板阀和旋转卸料阀的炭化物输送管道与破碎研磨装置的进料口相连。

进一步地，其中所述破碎研磨装置包括球磨机及设置于所述球磨机上的入口管道和出口管道；所述球磨机的入口管道与炭化炉的出口相连，所述球磨机的出口管道与混合制浆装置的入口管道连接。

进一步地，其中所述混合制浆装置包括重质油储罐、制浆罐、输送泵、搅拌组件、进料装置和出料口；所述重质油储罐、进料装置、制浆罐、出料口、输送泵依次连接，所述重质油储罐上设有加料口和出料口，该出料口与制浆罐连接，所述重质油储罐上设有称重仪；所述搅拌组件包括电机、输出轴、叶片和转轴，所述叶片分布在转轴的上、中、下部，转轴贯穿于制浆罐，输出轴分别与电机和转轴连接。

进一步地，其中所述制浆罐的顶部设有炭化物粉末进料口，所述制浆罐的上部侧面设有重质油进料口，所述制浆罐的底部为圆锥形，该底部设有出料口，该出料口和所述输送泵的入口连接，所述输送泵的出口和浆液储存装置的入口管道连接。

进一步地，其中所述浆液储存装置包括储存罐、电机、搅拌桨和循环泵，所述储存罐的上部设有进料口，该进料口和制浆罐的出口相连；所述储存罐的输出管道与循环泵相连，所述循环泵的出口管道分为两路，即，一路循环管道和一路与油浆使用装置相连的送料管道，在循环搅拌的同时，连续不断地给使用装置送料，由此实现了连续制备生物质油浆。所述电机设于搅拌桨上，所述搅拌桨安装于储存罐的内部，且所述电机和搅拌桨连接。

一种利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的方法，包括以下步骤：

1)木屑预处理：对木屑进行破碎；

2)炭化处理：由步骤1)得到的碎木屑在氢气或惰性气体气氛下进行炭化处理；

3)破碎研磨：将步骤2)炭化处理后得到的炭化物进行深度破碎和研磨；

4)混合制浆：将步骤3)得到的炭化物粉末和重质油搅拌，混合均匀；

5)进一步混合浆液：由步骤4)得到的一次混合油浆进一步混合均匀。

进一步地，其中步骤1)中所述木屑预处理具体为，利用刀式破碎机对木屑进行破碎，得到粒径小于5mm的碎木屑，然后送入木屑储罐；所述氮气吹扫木屑储罐的出口管道的吹扫间隔时间为2～10分钟，氮气表压为0.5～1.0mpa。

进一步地，其中步骤2)中所述炭化处理具体为，木屑储罐中的碎木屑通过其底部的木屑输送管道上的插板阀和卸料阀送入炭化炉内，于氢气或惰性气体气氛下进行炭化处理，以得到木屑炭化物；其中炭化温度为150～350℃，优选为200～300℃；炭化时间一般为10～90min，优选为30～60min；炭化气氛为h2或惰性气体，气氛压力一般为0～5mpa；，在开启插板阀和旋转卸料阀使木屑进入炭化处理装置时，开启木屑储罐上的振打器，所述振打器每间隔2～10分钟振打一次，以防止木屑在木屑储罐的出口处架桥堵塞，导致出料不畅。

进一步地，其中步骤3)中所述破碎研磨具体为，炭化处理后得到的炭化物送入球磨机进行深度破碎和研磨。

进一步地，其中步骤4)中所述混合制浆具体为，将步骤3)得到的炭化物粉末和重质油按比例加入制浆罐，经过搅拌一定时间后，得到均匀的一次混合油浆；其中炭化物粉末在油浆中的重量比例为20～60％，优选为30～45％；制浆罐的温度为30～150℃，优选为50～100℃；搅拌时间为30～120min，优选为40～80min；搅拌转速为20～500rpm。

进一步地，其中步骤4)中所述的重质油选自由煤焦油、煤液化油、催化裂化油浆和常减压渣油组成的组中的至少一种。

进一步地，其中步骤5)中所述浆液储存具体为，由步骤4)得到的一次混合油浆经过泵送至浆液储存罐，在浆液储存罐中通过搅拌和循环泵的进一步混合，得到均匀稳定型的生物质油浆成品；浆液储存罐的温度为50～100℃，搅拌转速为50～400rpm，循环泵的泵送压力为0.1～1.0mpa。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

(1)本发明将固体木屑制备成流体形式的生物质油浆，提高了它的运输和使用方便性，拓宽了木屑的应用范围；

(2)本发明通过将木屑进行炭化处理，改变了木屑原料的结构层形成致密的组织结构，并且形成高含量的有机物质，提高了有机质组成成分，制备得到的生物质油浆具有高热值、密度大、利用效率高等特点；

(3)本发明制备得到的生物质油浆既能作为工业窖炉、发电厂的高热值燃料，又可以作为气化炉、液化制燃料油的原料，用来生产煤气、合成气或清洁燃料油，用途广泛；

(4)本发明能实现连续化操作，工艺流程简单，操作简便，适于广泛推广；通过多次混合，制备得到的生物质油浆均匀性好，稳定好，能长距离运输和使用。

附图说明

图1是本发明的利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的系统结构示意图。

其中，1-预处理装置；2-炭化处理装置；3-破碎研磨装置；4-混合制浆装置；5-浆液储存装置。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的系统及方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

以下材料或试剂，若非特别说明，均为市售。

如图1所示，本发明提供了一种利用木屑和重质油混合制备生物质油浆的系统，包括依次串联的预处理装置1、炭化处理装置2、破碎研磨装置3、混合制浆装置4和浆液储存装置5。

所述预处理装置包括刀片式破碎机、木屑储罐及设置于所述木屑储罐上的进料口附属管道和出料口附属管道和阀门。

所述刀片式破碎机上设有进料口和出料口，其出料口连接木屑储罐的进料口附属管道。

所述木屑储罐为立式圆柱形罐，其上端敞口，底部为圆锥形；所述木屑储罐的底部通过一个依次安装有插板阀和旋转卸料阀的木屑输送管道与炭化处理装置的进料口相连。

进一步优选地，所述插板阀、旋转卸料阀和木屑输送管道依次连接，以使所述木屑储罐中的木屑在重力及设备之间压差的作用下能够从储罐送至炭化处理装置的进料口。此外，所述旋转卸料阀也可以由螺旋加料器或其它具有类似功能的设备替代。

所述木屑储罐上设有振打器；在开启插板阀和旋转卸料阀使木屑进入炭化处理装置时，开启振打器，可间隔一段时间振打一次，以防止木屑在木屑储罐的出口处架桥堵塞，导致出料不畅。

所述炭化处理装置包括炭化炉和及设置于所述炭化炉上的进料口附属管道和出料口附属管道；所述炭化炉为带有外部加热和保温层的立式圆柱形加热釜；设置于所述炭化炉底部的进料口的上部管道内壁上设有氮气吹扫管道，以防止木屑架桥堵塞炭化炉的进料口。

所述炭化炉的底部通过依次装有插板阀和旋转卸料阀的炭化物输送管道与破碎研磨装置的进料口相连；所述炭化物的连续定量输送是通过打开炭化物输送管道上的插板阀和控制插板阀下游螺旋进料器或旋转卸料阀的转速来实现的。所述旋转卸料阀的转速通过炭化炉称重仪的反馈信号控制或集散性控制系统进行远程控制，以控制炭化物的加入比例。

所述破碎研磨装置包括球磨机及设置于所述球磨机上的入口管道和出口管道；所述球磨机的入口管道与炭化炉的出口相连，所述球磨机的出口管道与混合制浆装置的入口管道连接。

所述混合制浆装置包括重质油储罐、制浆罐、输送泵、搅拌组件、进料装置和出料口；所述重质油储罐、进料装置、制浆罐、出料口、输送泵依次连接，所述重质油储罐上设有加料口和出料口，其出料口与制浆罐连接，所述重质油储罐上设有称重仪；所述搅拌组件包括电机、输出轴、叶片和转轴，所述叶片分布在转轴的上、中、下部，转轴贯穿于制浆罐，输出轴分别与电机和转轴连接。

所述制浆罐的顶部设有炭化物粉末进料口，其上部侧面设有重质油进料口，其底部为圆锥形，圆锥形底部设有出料口，出料口和所述输送泵的入口连接，所述输送泵的出口和浆液储存装置的入口管道连接。

所述浆液储存装置包括储存罐、电机、搅拌桨和循环泵，所述储存罐的上部设有进料口，该进料口和制浆罐的出口相连；所述电机设于搅拌桨上，所述搅拌桨安装于储存罐的内部，且所述电机和搅拌桨连接；所述储存罐的输出管道与循环泵相连，所述循环泵的出口管道分为两路，即，一路循环管道和一路与油浆使用装置相连的送料管道，在循环搅拌的同时，连续不断地给使用装置送料，由此实现了连续制备生物质油浆。

一种利用上述系统实现木屑炭化处理和重质油混合制备生物质油浆的方法包括以下步骤：

1)木屑预处理

木屑原料块度大小均匀不一，为了达到更好的炭化效果，需要对木屑进行破碎预处理，利用刀片式破碎机进行破碎，得到粒径小于5mm的碎木屑，然后送入木屑储罐。木屑储罐出口管道，所述氮气吹扫管道的吹扫间隔时间一般为2～10分钟，氮气表压一般为0.5～1.0mpa。

2)炭化处理

木屑储罐中的碎木屑通过其底部的木屑输送管道上的插板阀和卸料阀送入炭化炉内，于氢气或惰性气体气氛下进行炭化处理，得到木屑炭化物，经过炭化处理后，木屑密度变大，化学结构发生改变，亲油性加强，更容易和重质油混合；炭化温度为150～350℃，优选为200～300℃；炭化时间一般为10～90min，优选为30～60min；炭化气氛为h2或惰性气体，气氛压力一般为0～5mpa；在开启插板阀和旋转卸料阀使木屑进入炭化处理装置时，开启木屑储罐上的振打器，可间隔2～10分钟振打一次，以防止木屑在木屑储罐的出口处架桥堵塞，导致出料不畅。

3)破碎研磨

将炭化处理后得到的炭化物送入球磨机进行深度破碎和研磨(先破碎后研磨，破碎后粒度为毫米级，研磨后粒度为微米级)，最后得到炭化物粉末。

4)混合制浆

将炭化物粉末和重质油按比例加入制浆罐，通过搅拌进行混合，搅拌一定时间后，得到均匀的一次混合油浆；炭化物粉末在油浆中的重量比例一般为20～60％，优选为30～45％；制浆罐温度为30～150℃，优选为50～100℃；搅拌时间为30～120min，优选为40～80min；搅拌转速为20～500rpm；所述的重质油为煤焦油、煤液化油、催化裂化油浆、常减压渣油中任意一种或两种以上煤焦油以任意比例的混合油。

5)浆液储存

由步骤4)得到的一次混合油浆经过泵送至浆液储存罐，在浆液储存罐中通过搅拌和循环泵的进一步混合，可以得到均匀稳定型的生物质油浆成品。浆液储存罐温度一般为50～100℃，搅拌转速一般为50～400rpm，循环泵泵送压力一般为0.1～1.0mpa。所得到的生物质油浆成品通过循环泵的出口输送至生物质油浆使用装置。

以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

以一种松木木屑为原料，其性质见表1。松木木屑经过刀式破碎机破碎后，在炭化炉内进行炭化，炭化条件为：温度为200℃，气氛为n2，压力为0.2mpa，时间为50min。所得的炭化物经过球磨机研磨以得到粒径小于300μm的粉末，和高温煤焦油(见表2)一起加入到制浆罐中，制浆条件为：温度为60℃，搅拌转速为100rpm，混合时间为60min。制浆罐中的一次混合油浆送入储存罐，储存罐的内部温度为80℃，搅拌转速一般为150rpm，循环泵泵送压力一般为0.5mpa，储存罐中的生物质油浆产品的性质见表3。

实施例2

以一种柳木木屑为原料，其性质见表1。柳木木屑经过刀式破碎机破碎后，得到粒径小于3mm的碎木屑，然后在炭化炉内进行炭化，炭化条件为：温度为280℃，气氛为h2，压力为0.1mpa，时间为60min。所得的炭化物经过球磨机研磨得到粒径小于100μm的粉末，和取自某炼油厂的常压渣油(见表2)一起加入到制浆罐中，制浆条件为：温度为80℃，搅拌转速为80rpm，混合时间为60min。制浆罐中的一次混合油浆送入储存罐，储存罐的内部温度为100℃，搅拌转速一般为100rpm，循环泵泵送压力一般为0.2mpa，储存罐中的生物质油浆产品的性质见表3。

实施例3

以一种桐木木屑为原料，其性质见表1。桐木木屑经过刀式破碎机破碎后，在炭化炉内进行炭化，炭化条件为：温度为300℃，气氛为n2，压力为0.5mpa，时间为50min。所得的炭化物经过球磨机研磨得到粒径小于300μm的粉末，和中低温煤焦油(见表2)一起加入到制浆罐中，制浆条件为：温度为90℃，搅拌转速为150rpm，混合时间为60min。制浆罐中的一次混合油浆送入储存罐，储存罐的内部温度为80℃，搅拌转速一般为150rpm，循环泵泵送压力一般为1.0mpa，储存罐中的生物质油浆产品的性质见表3。

从表1-3的数据可以看出，实施例1-3所得的生物质油浆产品的流动性和稳定性性能都达到良以上；但以一种松木木屑为原料，选用高温煤焦油为重质油的情况下，所得的生物质油浆产品(实施例1)的流动性和稳定性性能最佳。

表1实施例1-3中的木屑原料性质

表2实施例1-3中的重质油性质

表3实施例1-3制备的生物质油浆性能

备注：

(1)流动性分析采用目测法，分为优、良、中、差四个等级。优：平滑流动，不间断；良：流动不流畅，有间断；中：不能自主往下流，需借助外力；差：结团现象严重。

(2)稳定性分析采用棒插观察法，将水煤浆试样静置12h以上进行分析，分为优优、良、中、差四个等级。优：无析油，无沉淀；良：轻微析油，少许沉淀；中：沉淀严重，差：结块。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。