自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化制備高品質(zhì)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)明涉及一種稻殼熱解-燃燒的方法與裝置，特別是涉及一種自熱式酸洗-熱解-燃燒制備生物油和白炭黑的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]稻殼是稻谷加工的主要副產(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。相對(duì)于簡(jiǎn)單的燃燒，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，通過熱解方式制備高品質(zhì)生物油正得到越來越多的關(guān)注。
[0003]同時(shí)，由于稻殼中灰分含量高，且其中90%為無定型二氧化硅，其固體產(chǎn)物可用來制備白炭黑，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，其成本過高且生產(chǎn)過程對(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，且成本過高，相比而言，燃燒法更為簡(jiǎn)單有效，但燃燒法存在燃燒不完全的問題，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】

[0004]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化制備高品質(zhì)生物油和白炭黑的方法及裝置，能夠自熱式、系統(tǒng)化的制備高品質(zhì)生物油和白炭黑。
[0005]技術(shù)方案:自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化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)生物油的酸洗裝置酸洗I?3小時(shí)；酸洗后的稻殼經(jīng)干燥至含水率為5%?10% ;干燥后的稻殼與熱載體混合進(jìn)入垂直移動(dòng)床熱解裝置進(jìn)行熱解，熱解溫度為500-600°C，熱解中產(chǎn)生的揮發(fā)分氣體通過管殼式換熱器收集生物油，收集到的生物油流入儲(chǔ)油罐，熱解中產(chǎn)生的不可冷凝氣體經(jīng)電除塵器后流入儲(chǔ)氣罐；將移動(dòng)床熱解裝置排出的熱解焦和熱載體的混合物給入流化床燃燒設(shè)備，控制流化床燃燒溫度為550-800°C，停留時(shí)間為20-100S，由氣固分離器和布袋除塵器收集白炭黑。
[0006]進(jìn)一步的，通過氣固分離器從流化床燃燒設(shè)備反應(yīng)后的排出物質(zhì)中分離出熱載體并送入保溫倉(cāng)，所述熱載體作為垂直移動(dòng)床熱解裝置中熱解過程的熱源，所述熱載體為石英砂。
[0007]進(jìn)一步的，利用經(jīng)電除塵器后得到的熱解氣作為流化床燃燒設(shè)備的補(bǔ)燃劑。
[0008]進(jìn)一步的，所述管殼式換熱器收集的生物油經(jīng)沉淀后得到的上層水溶性生物油作為所述酸洗裝置中輕質(zhì)生物油的原料。
[0009]進(jìn)一步的，還包括利用所述酸洗裝置中酸洗后的輕質(zhì)生物油制備葉面肥或合成氣的步驟。
[0010]自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化制備高品質(zhì)生物油和白炭黑的裝置，包括料倉(cāng)、第一螺旋給料機(jī)、稻殼下料管、垂直移動(dòng)床熱解裝置、第二螺旋給料機(jī)、流化床燃燒設(shè)備、一級(jí)氣固分離器、二級(jí)氣固分離器、布袋除塵器、熱載體保溫倉(cāng)、熱載體下料管、管殼式換熱器、儲(chǔ)油觸、電除塵器、儲(chǔ)氣觸;
[0011 ] 料倉(cāng)的出口連接第一螺旋給料機(jī)的進(jìn)料口，第一螺旋給料機(jī)的出料口經(jīng)稻殼下料管連接到垂直移動(dòng)床熱解裝置的入料口，垂直移動(dòng)床熱解裝置的氣體出口連接殼式換熱器的入口，殼式換熱器的生物油下料口連接儲(chǔ)油罐，殼式換熱器的熱解氣體出口連接電除塵器的入口，電除塵器的氣體出口連接儲(chǔ)氣罐；
[0012]垂直移動(dòng)床熱解裝置的出料口經(jīng)第二螺旋給料機(jī)連接流化床燃燒設(shè)備的入料口，流化床燃燒設(shè)備的出料口連接一級(jí)氣固分離器的入口，一級(jí)氣固分離器的固體出料口連接熱載體保溫倉(cāng)的入料口，熱載體保溫倉(cāng)的出料口經(jīng)熱載體下料管連接到垂直移動(dòng)床熱解裝置的入料口，一級(jí)氣固分離器的氣體出料口連接二級(jí)氣固分離器的入口，二級(jí)氣固分離器的氣體出料口連接布袋除塵器。
[0013]進(jìn)一步的，還包括帶有電動(dòng)攪拌槳葉的酸洗塔，酸洗塔的輕質(zhì)生物油入口連接儲(chǔ)油罐。
[0014]進(jìn)一步的，所述垂直移動(dòng)床熱解裝置的入料口下端設(shè)有抄板。
[0015]進(jìn)一步的，所述一級(jí)氣固分離器為撞擊式氣固分離器或百葉窗式氣固分離器，所述二級(jí)氣固分離器為旋風(fēng)分離器。
[0016]有益效果:本發(fā)明公開的一種自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化制備高品質(zhì)生物油和白炭黑的方法及裝置，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、酸、酮等小分子有機(jī)組分，其PH值通常在1.5-4之間，是一種很好的酸洗介質(zhì)。利用輕質(zhì)生物油作為稻殼酸洗介質(zhì)，有效的除去原稻殼中的堿金屬和堿土金屬，其導(dǎo)致熱解生物油中含水率降低和pH值升高，增量了生物油的品質(zhì)。通過水洗或酸洗預(yù)先除去稻殼中的堿金屬和堿土金屬，能使熱解焦燃燒后白炭黑品質(zhì)提高，純度提高，不可燃碳成分減少；傳統(tǒng)技術(shù)中多采用無機(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)。(2)流化床燃燒設(shè)備的排出物質(zhì)經(jīng)氣固分離出熱載體并進(jìn)入保溫倉(cāng)，作為垂直移動(dòng)床熱解裝置中熱解過程的熱源，熱載體為石英砂；利用石英砂熱載體和酸洗后稻殼在垂直移動(dòng)床中熱解，熱解加熱速度快，生物油產(chǎn)量高，同時(shí)熱解熱量來源于熱解焦中的可燃成分在流化床中燃燒放出的熱量；整個(gè)系統(tǒng)除原料稻殼外，無需外加任何物料和熱量；(3)稻殼焦在流化床內(nèi)燃燒溫度和停留時(shí)間對(duì)白炭黑的品質(zhì)有直接影響，流化床燃燒溫度控制在550-800°C，該溫度下白炭黑品質(zhì)最好；
(4)酸洗后的輕質(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)的葉面肥或直接氣化制備合成氣，其中的堿金屬和堿土金屬是一種高效的氣化催化劑；(5)整個(gè)裝置是自熱運(yùn)行，無需外部供應(yīng)能量，且系統(tǒng)運(yùn)行安全性高、成本低。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化制備高品質(zhì)生物油和白炭黑的裝置結(jié)構(gòu)圖不意圖；
[0018]圖2為酸洗塔結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本發(fā)明自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化制備高品質(zhì)生物油和白炭黑的方法的流程圖；
[0020]圖中:1_料倉(cāng)，2-第一螺旋給料機(jī)，3-稻殼下料管，4-垂直移動(dòng)床，5-出料密封器，6-第二螺旋給料機(jī)，7-流化床燃燒設(shè)備，8-—級(jí)氣固分離器，9-二級(jí)氣固分離器，10-布袋除塵器，11-出料密封器，12-載熱體保溫倉(cāng)，13-出料密封器，14-載熱體下料管，15-管殼式換熱器，16-冷凝水入口，17-冷凝水出口，18-生物油下料口，19-儲(chǔ)油罐，20-熱解氣體出口，21-電除塵器，22-儲(chǔ)氣罐，23-酸洗塔，24-電動(dòng)攪拌槳葉，25-三通閥，26-防腐蝕油栗，
27-輕質(zhì)生物油流入管，28-輕質(zhì)生物油流出管。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0022]如圖1所示，自熱式酸洗-熱解-燃燒一體化制備高品質(zhì)生物油和白炭黑的裝置包括料倉(cāng)1、第一螺旋給料機(jī)2、稻殼下料管3、垂直移動(dòng)床熱解裝置4、第二螺旋給料機(jī)6、流化床燃燒設(shè)備7、一級(jí)氣固分離器8、二級(jí)氣固分離器9、布袋除塵器10、熱載體保溫倉(cāng)12、熱載體下料管14、管殼式換熱器15、儲(chǔ)油罐19、電除塵器21、儲(chǔ)氣罐22以及酸洗塔23。
[0023]料倉(cāng)I的出口連接第一螺旋給料機(jī)2的進(jìn)料口，第一螺旋給料機(jī)2的出料口經(jīng)稻殼下料管3連接到垂直移動(dòng)床熱解裝置4的入料口。垂直移動(dòng)床熱解裝置4的氣體出口連接殼式換熱器15的入口，殼式換熱器15的生物油下料口 18連接儲(chǔ)油罐19，殼式換熱器15的熱解氣體出口 20連接電除塵器21的入口，電除塵器21的氣體出口連接儲(chǔ)氣罐22。
[0024]垂直移動(dòng)床熱解裝置4的出料口經(jīng)出料密封器5連接第二螺旋給料機(jī)6的入料口，第二螺旋給料機(jī)6的出料口連接流化床燃燒設(shè)備7的入料口，流化床燃燒設(shè)備7的出料口連接一級(jí)氣固分離器8的入口 ；一級(jí)氣固分離器8的氣體出料口連接二級(jí)氣固分離器9的入口，二級(jí)氣固分離器9的氣體出料口連接布袋除塵器10 級(jí)氣固分離器8的固體出料口通過出料密封器11連接熱載體保溫倉(cāng)12的入料口，熱載體保溫倉(cāng)12的出料口經(jīng)出料密封器13連接熱載體下料管14的入口，熱載體下料管14的出口連接到垂直移動(dòng)床熱解裝置4的入料口 ；垂直移動(dòng)床熱解裝置4的入料口下端設(shè)有用于混合熱載體和稻殼的抄板。
[0025]酸洗塔23內(nèi)設(shè)有電動(dòng)攪拌槳葉24，輕質(zhì)生物油流入管27的一端、酸洗塔23底部的酸洗液進(jìn)出口、輕質(zhì)生物油流出管的一