一种生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法及系统

本发明属于生物质烘焙，更具体地，涉及一种生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法及系统。

背景技术：

1、生物质废弃物的高水含量、低能量密、可磨性差等理化性质严重限制了生物质废弃物的利用。开发环境友好的生物质高效低成本预处理提质技术是解决上述问题的关键。烘焙是目前最有前景的生物质预处理技术之一，然而传统200-300℃的、常压的惰性环境工况下烘焙对生物质提质不显著，烘焙生物质燃料品质介于生物质和泥煤之间。通过技术和工艺的改进强化烘焙脱氧能力，使烘焙生物质提质效果改善。同时在更温和条件和无外加热源下达到烘焙提质效果有利于降低产品成本。

2、目前技术对烘焙技术的优化改进提出了一些方案。例如，专利201180039772.0公开了一种木质素生物质加压烘焙的方法和系统，该方法采用加压的惰性气体增强气体与生物质之间的换热，以达到强化烘焙的效果；然而仅加强了换热而未能从烘焙化学反应上促进生物质脱氧提质。专利202022851340.9公开了一种生物质废弃物气压烘焙系统，该方法采用燃烧器产生的烟气对烘焙反应器换热以及提供加压，以达到强化烘焙的效果。专利202222981530.1公开了一种生物质热量自平衡气压烘焙系统，该系统采用燃烧器的烟气对烘焙反应器换热和提供加压，同时进一步将部分烘焙半焦导入燃烧器，从而实现该系统在无外加热源的情况下维持烘焙过程和工艺。专利202310937708.9公开了一种基于气压烘焙的高氯固废处置方法及装置，该方法在250～400℃下进行高氯固废的气压烘焙，能得到低氯含量的烘焙焦。

3、然而上述方案缺乏对挥发分的处置和利用，从而在生产过程中会产生额外废弃液的处置费用；且烘焙半焦体积密度低、能量密度低、抗压强度低，不利于储存、运输及利用。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法及系统，其目的在于，实现污染小、能耗低、且可连续生产高抗压强度的型焦的生物质气压烘焙。

2、为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，包括如下步骤：

3、生物质在烘焙反应器内发生烘焙反应产生烘焙半焦和粗挥发分；

4、将粗挥发分分离为干挥发分、焦油和冷凝水，其中，一部分干挥发分与焦油作为燃料燃烧，所产生的烟气导入烘焙反应器给烘焙反应供热；一部分干挥发分直接通入烘焙反应器底部与烘焙半焦换热，使烘焙半焦温度降低至自热成型温度，进而烘焙半焦依靠自身余热制备为型焦。

5、作为进一步优选的，所述自热成型温度为80℃～150℃。

6、作为进一步优选的，烘焙半焦制备为型焦时，压力为10mpa～146mpa。

7、作为进一步优选的，生物质在烘焙反应器内发生烘焙反应时，温度为200℃～300℃，压力为0.1mpa～5mpa。

8、作为进一步优选的，部分烘焙半焦与干挥发分、焦油共同作为燃料燃烧，以产生足量烟气给烘焙反应供热。

9、作为进一步优选的，一部分干挥发分与焦油作为燃料燃烧，燃烧产生的高温烟气与另外通入的干挥发分换热后，形成中温烟气，然后通过该中温烟气给烘焙反应供热。

10、作为进一步优选的，所述高温烟气温度为700～800℃，中温烟气温度为400～500℃。

11、作为进一步优选的，生物质从烘焙反应器顶部连续进样，生物质在烘焙反应器内依次经过干燥段、干馏段和冷却段；生物质在干燥段与粗挥发分换热进行预热；预热后的生物质在干馏段与烟气换热，发生烘焙反应转化为烘焙半焦和粗挥发分；烘焙半焦在冷却段与干挥发分换热，降温至自热成型温度。

12、按照本发明的另一方面，提供了一种用于实现上述生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法的系统，包括烘焙反应器、气液分离器、燃烧器和烘焙半焦成型装置，其中：

13、所述烘焙反应器用于生物质发生烘焙反应产生烘焙半焦和粗挥发分，实现生物质到烘焙半焦的连续转化；

14、所述气液分离器用于将粗挥发分分离为干挥发分、焦油和冷凝水，并将部分干挥发分直接通入烘焙反应器底部；

15、所述燃烧器用于对部分干挥发分和焦油进行燃烧，并通过燃烧产生的烟气给烘焙反应器供热；

16、所述烘焙半焦成型装置用于将烘焙半焦在自身余热作用下制备为型焦。

17、作为进一步优选的，所述烘焙半焦成型装置包括破碎机和挤压造粒机，所述破碎机一端与所述烘焙反应器底部连接，另一端与所述挤压造粒机连接。

18、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

19、1.本发明将生物质烘焙产生的粗挥发分中各组分简单分离，形成可燃焦油、干挥发分和不可燃的冷凝水，将可燃部分燃烧处置，变污染物为资源，使整个烘焙过程无污染物产生；并通过可燃挥发分燃烧产生的热量再循环进入烘焙反应器供热，达到了气压烘焙系统热量自平衡；同时通过与循环的干挥发分换热，使烘焙半焦出料后可利用余热直接成型，从而可在无外加热源、低成型压力下连续成型，所得型焦抗压强度高，能满足型焦的储存、运输及利用需求。

20、2.本发明通过烘焙半焦与干挥发分换热降温至80℃～150℃，使烘焙反应器中输出的自热烘焙半焦可利用自身余热在挤压造粒机的压制下制备型焦，所得的型焦跌落强度可达99.9％。

21、3.本发明中气压烘焙采用密闭反应体系，借助挥发分气相压力作用，强化了挥发分与生物质原料的二次反应，改变了生物质烘焙的热化学反应，从而在相对传统烘焙更低温度(200℃～300℃)、更少能耗下实现生物质的深度脱氧。

22、4.本发明生物质烘焙过程中的气体在工艺中循环，在有效利用的同时对烘焙反应器加压，使得生物质能在更温和条件下深度脱氧提质。

23、5.本发明通过中温烟气与生物质的对流传热可以实现烘焙物料均匀受热，从而提高换热效率，同时也可提升产物均一性。

技术特征：

1.一种生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，所述自热成型温度为80℃～150℃。

3.如权利要求2所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，烘焙半焦制备为型焦时，压力为10mpa～146mpa。

4.如权利要求1所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，生物质在烘焙反应器内发生烘焙反应时，温度为200℃～300℃，压力为0.1mpa～5mpa。

5.如权利要求1所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，部分烘焙半焦与干挥发分、焦油共同作为燃料燃烧，以产生足量烟气给烘焙反应供热。

6.如权利要求1所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，一部分干挥发分与焦油作为燃料燃烧，燃烧产生的高温烟气与另外通入的干挥发分换热后，形成中温烟气，然后通过该中温烟气给烘焙反应供热。

7.如权利要求6所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，所述高温烟气温度为700～800℃，中温烟气温度为400～500℃。

8.如权利要求1-7任一项所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法，其特征在于，生物质从烘焙反应器顶部连续进样，生物质在烘焙反应器内依次经过干燥段、干馏段和冷却段；生物质在干燥段与粗挥发分换热进行预热；预热后的生物质在干馏段与烟气换热，发生烘焙反应转化为烘焙半焦和粗挥发分；烘焙半焦在冷却段与干挥发分换热，降温至自热成型温度。

9.一种用于实现如权利要求1-8任一项所述的生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法的系统，其特征在于，包括烘焙反应器、气液分离器、燃烧器和烘焙半焦成型装置，其中：

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述烘焙半焦成型装置包括破碎机和挤压造粒机，所述破碎机一端与所述烘焙反应器底部连接，另一端与所述挤压造粒机连接。

技术总结
本发明属于生物质烘焙技术领域，并具体公开了一种生物质气压烘焙的自热型焦连续生产方法及系统，其包括如下步骤：生物质在烘焙反应器内发生烘焙反应产生烘焙半焦和粗挥发分；将粗挥发分分离为干挥发分、焦油和冷凝水，其中，一部分干挥发分与焦油作为燃料燃烧，所产生的烟气导入烘焙反应器给烘焙反应供热；一部分干挥发分直接通入烘焙反应器底部与烘焙半焦换热，使烘焙半焦温度降低至自热成型温度，进而烘焙半焦依靠自身余热制备为型焦。本发明可实现气压烘焙半焦的连续生产，利用烘焙半焦余热在无外加热源、低成型压力下实现高抗压强度的型焦生产。

技术研发人员：李显,石瑬,王祥曦,李硕,胡振中,罗光前,姚洪
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27