生物質烘焙方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備烘焙生物質的生物質烘焙方法，包括以下步驟：1.生物質原料破碎；2.生物質原料干燥：將生物質原料輸送至對流式干燥器內進行干燥處理；3.生物質原料烘焙：烘焙反應器為夾套式雙層結構，將生物質原料輸送至烘焙反應器的內腔內，混合煙氣從烘焙反應器的進料口同側輸送至烘焙反應器的夾套中，同時熱氣流從烘焙反應器出料口同側的氣體進口輸送至烘焙反應器的內腔中，生物質原料與混合煙氣同向間接換熱、并與熱氣流直接接觸逆向對流換熱進行烘焙反應；4.烘焙生物質降溫。本發(fā)明的優(yōu)點是：解決了生物質原料內外溫差大以及烘焙反應器兩端溫差大的問題，在烘焙生物質質量穩(wěn)定的情況下大大提高了烘焙生物質的產(chǎn)率。
【專利說明】生物質烘焙方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質能領域，特別涉及一種制備烘焙生物質的生物質烘焙方法。
【背景技術】 [0002]烘焙是一種生物質的熱化學處理技術，其通常在200°C至400°C的相對低溫下，在低氧或無氧氣氛中進行。烘焙主要是將生物質原料中的水分及其它有機揮發(fā)物從生物質原料中去除，從而得到具有低含水量、高能量密度、易粉碎以及具有易磨性、疏水性的可燃性固體，這種可燃性固體被稱為烘焙生物質或生物煤，其具有低級煤的特性并且能夠被壓縮為高品位燃料芯塊。
[0003]專利號為201010257856.9的中國發(fā)明專利申請中公開了一種用于木質纖維素材料烘焙的方法，通過烘焙反應器自身的循環(huán)回路將烘焙產(chǎn)生的氣體循環(huán)至烘焙反應器中作為熱反應氣體參與烘焙反應，通過烘焙反應器和冷卻器之間的循環(huán)回路為烘焙反應器提供惰性氣體，位于烘焙反應器中的生物質原料在烘焙反應器的內部壓力(內部壓力約為5—20個大氣壓)、熱反應氣體以及惰性氣體的作用下發(fā)生烘焙反應，得到烘焙生物質。專利號為201180039772.0的中國發(fā)明專利申請中公開了一種使用堆疊托盤烘焙反應器對木質纖維素材料烘焙的方法，采用惰性加壓氣體作為烘焙反應介質，使位于烘焙反應器中的生物質原料在工作壓力為20個大氣壓左右的無氧氣氛中發(fā)生烘焙反應，得到烘焙生物質。上述的兩種生物質烘焙方法，均需在高壓力的環(huán)境下發(fā)生烘焙反應；在烘焙反應過程中均存在溫度場分布不均勻的缺陷，位于烘焙反應器內的生物質原料的內外溫差比較大，且烘焙反應器兩端的溫差也相對比較大，這就使得處于烘焙反應溫度范圍內的生物質原料發(fā)生烘焙反應，而低于烘焙反應溫度的生物質原料則不發(fā)生烘焙反應，能量轉化效率低，這大大降低了烘焙生物質的產(chǎn)率且得到的烘焙生物質的質量穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所需解決的技術問題是:提供一種制備烘焙生物質的生物質烘焙方法，在烘焙反應過程中，烘焙反應器內的溫度分布均勻，生物質原料受熱均勻，位于烘焙反應器內的生物質始終處于烘焙反應溫度范圍內。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案是:所述的生物質烘焙方法，包括以下步驟:
(O生物質原料破碎:將生物質原料破碎，破碎后的生物質原料的最大厚度不超過5mm,長度不超過20mm ；
(2)生物質原料干燥:將破碎后的生物質原料通過螺桿輸送裝置輸送至對流式干燥器內進行干燥處理，生物質原料從對流式干燥器的進料口輸入，同時熱煙氣從對流式干燥器的出料口輸送至對流式干燥器內，使熱煙氣與生物質原料直接接觸并進行逆向對流換熱，將生物質原料中的水分氣化，換熱后的熱煙氣連同水氣一起從對流式干燥器中的排氣口排出，進行干燥處理后的生物質原料從對流式干燥器的出料口輸出至烘焙反應器中進行烘焙反應；對流式干燥器內的溫度控制在150-180°C范圍內，經(jīng)過干燥處理后的生物質原料的含水量控制在3%以內；
(3)生物質原料烘焙:烘焙反應器為夾套式雙層結構，將干燥處理后的生物質原料通過螺桿輸送裝置由烘焙反應器的進料口輸送至烘焙反應器的內腔內，350-400°C的混合煙氣從與烘焙反應器的進料口同側的夾套進氣口輸入至烘焙反應器內腔外面的夾套中，夾套中混合煙氣的流向與生物質原料的傳送方向相同，混合煙氣通過內腔壁將熱量傳遞到烘焙反應器的內腔中，同時烘焙熱氣流從烘焙反應器的出料口處的氣體進口輸送至烘焙反應器的內腔中，使得烘焙熱氣流與生物質原料的傳送方向相反流動，烘焙反應器內腔中形成的混合熱氣流從烘焙反應器的進料口處的氣體出口排出，生物質原料與混合煙氣同向間接傳導換熱、并與烘焙熱氣流逆向直接對流換熱進行烘焙反應，烘焙反應后得到烘焙生物質；烘焙反應器的內腔溫度控制為280-350°C，烘焙反應器內的氧氣含量控制在0.5%以內，控制生物質原料在烘焙反應器中的停留時間為10-25分鐘，烘焙反應器內腔中的工作壓力為0.9-1個大氣壓；
(4)烘焙生物質降溫:將烘焙生物質輸送至冷卻器中進行降溫，降溫后的烘焙生物質的溫度控制在60-80 °C范圍內。
[0006]進一步地，前述的生物質烘焙方法，其中，步驟(2)中所述的對流式干燥器為螺旋輸送對流式干燥器、滾筒對流式干燥器、流化床對流式干燥器中的一種。
[0007]進一步地，前述的生物質烘焙方法，其中，步驟(2)中所述的熱煙氣為烘焙反應器夾套中經(jīng)過間接傳導換熱后的混合煙氣，熱煙氣從烘焙反應器出料口同側的夾套出氣口輸出；熱煙氣進入干燥器 前的溫度控制在180-275°C范圍內。
[0008]進一步地，前述的生物質烘焙方法，其中，步驟(3)中所述的烘焙熱氣流為:烘焙反應后烘焙反應器內腔中形成的混合熱氣流通過引風機從與烘焙反應器的進料口同側的氣體出口輸出，其中10%-20%的混合熱氣流從烘焙反應器的出料口同側的氣體進口中再次輸送至烘焙反應器內用作烘焙熱氣流，剩余部分的混合熱氣流經(jīng)過焦油裂解器脫除焦油成分后輸送至燃燒爐內，混合熱氣流在富氧氣氛的燃燒爐內燃燒，燃燒后產(chǎn)生的高溫煙氣進入煙氣配比室與冷空氣混合產(chǎn)生混合煙氣，混合煙氣通過引風機輸送至烘焙反應器的夾套中；燃燒爐內的富氧空氣流量與混合熱氣流流量的比值為2.5:1~3:1，混合煙氣的溫度控制在 350-400°C。
[0009]進一步地，前述的生物質烘焙方法，其中，步驟(4)中所述的冷卻器為旋風分離器、水冷換熱器的一種。
[0010]進一步地，前述的生物質烘焙方法，其中，步驟(4)中烘焙生物質冷卻時的環(huán)境氣氛中的氧含量不超過0.5%。
[0011]進一步地，前述的生物質烘焙方法，其中，將步驟(4)冷卻后的烘焙生物質壓制成球狀、棒狀或塊狀的固體燃料，固體燃料中烘焙生物質和粘土的質量比例為8:1~9.5:1。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:采用上述的生物質烘焙方法，生物質原料可以連續(xù)進料，并在常壓下進行烘焙反應，這大大簡化了操作工藝；在烘焙反應過程中，通過生物質原料與烘焙熱氣流直接接觸逆向對流換熱以及生物質原料與位于烘焙反應器夾套中的混合煙氣同向間接換熱的雙重傳熱方式，既解決了僅靠烘焙反應器內腔壁接觸間接傳熱導致的生物質原料內外溫差大的問題，同時又解決了烘焙反應器兩端溫差大的問題，大大提高了傳熱效率，從而使位于烘焙反應器內的生物質原料受熱均勻，這大大提高了烘焙生物質的產(chǎn)率，烘焙反應后得到的烘焙生物質的質量收率達到70%-80%，能量密度達到5500-6500大卡/公斤；此外，將烘焙反應中產(chǎn)生的混合熱氣流回收并分別用于干燥處理和烘焙反應中，不僅為干燥處理提供了熱能，同時還為烘焙反應提供了熱的惰性氣體，使烘焙反應在無氧或低氧氣氛中進行，熱能回收的充分利用，提高了整個系統(tǒng)的能量利用率，能量損耗僅為10%_20% ；在產(chǎn)量提高的同時能維持烘焙生物質的穩(wěn)定性，得到的烘焙生物質具有高能量密度、低含水量、疏水、儲存穩(wěn)定、易粉碎和易點燃的特性。
【具體實施方式】
[0013]下面結合優(yōu)選實施例對本發(fā)明所述的技術方案作進一步詳細的說明。
[0014]本發(fā)明所述的生物質烘焙方法，包括以下步驟:
(O生物質原料破碎:將生物質原料破碎，破碎后的生物質原料的最大厚度不超過5mm,長度不超過20mm ;本實施例中所述的生物質原料采用木屑、玉米稻桿、棉花稻桿和大豆秸桿，粉碎后的生物質原料的厚度為2-5mm，長度為5_20mm，生物質原料的化學分析特性參見表1,生物質原料的元素組成分析參見表2。
[0015](2)生物質原料干燥:將破碎后的生物質原料通過螺桿輸送裝置輸送至對流式干燥器內進行干燥處理，生物質原料從對流式干燥器的進料口輸入，同時熱煙氣(主要成分為二氧化碳、氮氣和水蒸氣)從對流式干燥器的出料口輸送至對流式干燥器內，使熱煙氣與生物質原料直接接觸進行逆向對流換熱，將生物質原料中的水分氣化，換熱后的熱煙氣連同水氣一起從對流式干燥器中的排氣口排出，進行干燥處理后的生物質原料從對流式干燥器的出料口輸出至烘焙反應器中進行烘焙反應；對流式干燥器內的溫度控制在150-180°C范圍內，經(jīng)過干燥處理后的生物質原料的含水量控制在3%以內。本實施例中所述的對流式干燥器為螺旋輸送對流式干燥器、滾筒對流式干燥器、流化床對流式干燥器中的一種。本實施例中所述的熱煙氣為步驟(3)中烘焙反應器夾套中經(jīng)過間接傳導換熱后的混合煙氣，熱煙氣從烘焙反應器出料口同側的夾套出氣口輸出；熱煙氣進入干燥器前的溫度控制在180-275°C范圍內。干燥處理過程中的各個參數(shù)參見表3。在實際操作中，如若生物質原料的含水量超過30%，生物質原料進行一次干燥處理后得到的生物質原料的含水量依然高于3%，則需要再次對其進行干燥處理，此時可以采用多個對流式干燥器串聯(lián)設置，以保證干燥后的生物質原料的含水量不超過3%。
[0016] (3)生物質原料烘焙:烘焙反應器為夾套式雙層結構，將干燥處理后的生物質原料通過螺桿輸送裝置由烘焙反應器的進料口輸送至烘焙反應器的內腔內，350-4000C的混合煙氣從與烘焙反應器的進料口同側的夾套進氣口輸入至烘焙反應器內腔外面的夾套中，夾套中混合煙氣的流向與生物質原料的傳送方向相同，混合煙氣通過內腔壁將熱量傳遞到烘焙反應器的內腔中，同時烘焙熱氣流從烘焙反應器的出料口處的氣體進口輸送至烘焙反應器的內腔中，使得烘焙熱氣流與生物質原料的傳送方向相反流動，烘焙反應器內腔中形成的混合熱氣流從烘焙反應器的進料口處的氣體出口排出，生物質原料與混合煙氣同向間接傳導換熱、并與烘焙熱氣流逆向直接對流換熱進行烘焙反應，烘焙反應后得到烘焙生物質；烘焙反應器的內腔溫度控制為280-350°C，烘焙反應器內的氧氣含量控制在0.5%以內，控制生物質原料在烘焙反應器中的停留時間為10-25分鐘，烘焙反應器內腔中的工作壓力為0.9-1個大氣壓。本實施例中，所述的烘焙熱氣流為:烘焙反應后烘焙反應器內腔中形成的混合熱氣流通過引風機從與烘焙反應器的進料口同側的氣體出口輸出，其中10%-20%的熱氣流從烘焙反應器的出料口同側的氣體進口中再次輸送至烘焙反應器內用作烘焙熱氣流，剩余部分的混合熱氣流經(jīng)過焦油裂解器脫除焦油成分后輸送至燃燒爐內，將混合熱氣流中的焦油成分脫除可以有效防止燃燒爐內結焦以及燃燒爐噴嘴堵塞等問題，混合熱氣流在富氧氣氛的燃燒爐內燃燒，燃燒后產(chǎn)生的高溫煙氣(高溫煙氣的溫度>900°C)進入煙氣配比室與冷空氣混合產(chǎn)生混合煙氣，混合煙氣通過引風機輸送至烘焙反應器的夾套中；燃燒爐內的富氧空氣流量與混合熱氣流流量的比值為2.5:1~3:1，混合煙氣的溫度控制在350-4000C。本實施例中所述的混合熱氣流(混合熱氣流的參數(shù)參見表4)包括可凝結產(chǎn)物(冷卻后呈液態(tài))和不可凝結產(chǎn)物(氣態(tài))，可凝結產(chǎn)物的主要組成物質為:水、甲醛、乙醛、蟻酸、乙酸和甲醇，不可凝結產(chǎn)物的主要組成物質為:二氧化碳、一氧化碳、少量的甲烷和低于
0.5%的氧氣；可凝結產(chǎn)物和不可凝結產(chǎn)物的產(chǎn)量比例與烘焙反應溫度有關，一般可凝結產(chǎn)物與不可凝結產(chǎn)物的產(chǎn)量比為2:1至4:1之間。
[0017](4)烘焙生物質降溫:將烘焙生物質輸送至冷卻器中進行降溫，降溫后的烘焙生物質的溫度控制在60-80°C范圍內。本實施例中烘焙生物質冷卻時的環(huán)境氣氛中的氧含量不超過0.5% ;本實施例中所述的冷卻器為旋風分離器、水冷換熱器的一種。在實際操作中，冷卻后的烘焙生物質可以直接儲存作為最終的產(chǎn)品，也可以通過成型設備將烘焙生物質壓制成球狀、棒狀、塊狀的固體燃料，在壓制過程中，需要在烘焙生物質中添加水以及粘土，其中烘焙生物質和粘土的質量比例為8:1~9.5:1。
[0018]表1.生物質原料的化學分析特性(干燥無灰基)表
【權利要求】
1.生物質烘焙方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)生物質原料破碎:將生物質原料破碎，破碎后的生物質原料的最大厚度不超過5mm,長度不超過20mm ； (2)生物質原料干燥:將破碎后的生物質原料通過螺桿輸送裝置輸送至對流式干燥器內進行干燥處理，生物質原料從對流式干燥器的進料口輸入，同時熱煙氣從對流式干燥器的出料口輸送至對流式干燥器內，使熱煙氣與生物質原料直接接觸并進行逆向對流換熱，將生物質原料中的水分氣化，換熱后的熱煙氣連同水氣一起從對流式干燥器中的排氣口排出，進行干燥處理后的生物質原料從對流式干燥器的出料口輸出至烘焙反應器中進行烘焙反應；對流式干燥器內的溫度控制在150-180°C范圍內，經(jīng)過干燥處理后的生物質原料的含水量控制在3%以內； (3)生物質原料烘焙:烘焙反應器為夾套式雙層結構，將干燥處理后的生物質原料通過螺桿輸送裝置由烘焙反應器的進料口輸送至烘焙反應器的內腔內，350-4000C的混合煙氣從與烘焙反應器的進料口同側的夾套進氣口輸入至烘焙反應器內腔外面的夾套中，夾套中混合煙氣的流向與生物質原料的傳送方向相同，混合煙氣通過內腔壁將熱量傳遞到烘焙反應器的內腔中，同時烘焙熱氣流從烘焙反應器的出料口處的氣體進口輸送至烘焙反應器的內腔中，使得烘焙熱氣流與生物質原料的傳送方向相反流動，烘焙反應器內腔中形成的混合熱氣流從烘焙反應器的進料口處的氣體出口排出，生物質原料與混合煙氣同向間接傳導換熱、并與烘焙熱氣流逆向直接對流換熱進行烘焙反應，烘焙反應后得到烘焙生物質；烘焙反應器的內腔溫度控制為280-350°C，烘焙反應器內的氧氣含量控制在0.5%以內，控制生物質原料在烘焙反應器中的停留時間為10-25分鐘，烘焙反應器內腔中的工作壓力為0.9-1個大氣壓； (4)烘焙生物質降溫:將烘焙生物質輸送至冷卻器中進行降溫，降溫后的烘焙生物質的溫度控制在60-80 °C范圍內。
2.按照權利要求1所述的生物質烘焙`方法，其特征在于:步驟(2)中所述的對流式干燥器為螺旋輸送對流式干燥器、滾筒對流式干燥器、流化床對流式干燥器中的一種。
3.按照權利要求1所述的生物質烘焙方法，其特征在于:步驟(2)中所述的熱煙氣為烘焙反應器夾套中經(jīng)過間接傳導換熱后的混合煙氣，熱煙氣從烘焙反應器出料口同側的夾套出氣口輸出；熱煙氣進入干燥器前的溫度控制在180-275°C范圍內。
4.按照權利要求1所述的生物質烘焙方法，其特征在于:步驟(3)中所述的烘焙熱氣流為:烘焙反應后烘焙反應器內腔中形成的混合熱氣流通過引風機從與烘焙反應器的進料口同側的氣體出口輸出，其中10%-20%的混合熱氣流從烘焙反應器的出料口同側的氣體進口中再次輸送至烘焙反應器內用作烘焙熱氣流，剩余部分的混合熱氣流經(jīng)過焦油裂解器脫除焦油成分后輸送至燃燒爐內，混合熱氣流在富氧氣氛的燃燒爐內燃燒，燃燒后產(chǎn)生的高溫煙氣進入煙氣配比室與冷空氣混合產(chǎn)生混合煙氣，混合煙氣通過引風機輸送至烘焙反應器的夾套中；燃燒爐內的富氧空氣流量與混合熱氣流流量的比值為2.5:1~3:1，混合煙氣的溫度控制在350-400°C。
5.按照權利要求1所述的生物質烘焙方法，其特征在于:步驟(4)中所述的冷卻器為旋風分離器、水冷換熱器的一種。
6.按照權利要求1所述的生物質烘焙方法，其特征在于:步驟(4)中烘焙生物質冷卻時的環(huán)境氣氛中的氧含量不超過0.5%。
7.按照權利要求1至6中任一權利要求所述的生物質烘焙方法，其特征在于:將步驟(4)冷卻后的烘焙生物質壓制成球狀、棒狀或塊狀的固體燃料，固體燃料中烘焙生物質和粘土的質量比例 為8:1~9.5:1。
【文檔編號】C10B53/02GK103756745SQ201410001428
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權日:2014年1月3日
【發(fā)明者】胥利先 申請人:張家港天源生物能源科技有限公司