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《生物质清洁热解生产设备及产物高值化开发利用研究》

陕西省教育厅
2015-11-10
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      成果简介:

  生物质清洁热解生产设备及其产物高值化开发利用研究项目主要是开发一种环保节能型生物质热解生产设备及应用该设备生产活性炭、木醋液、焦油及木煤气的方法,该清洁生产设备包括蒸气发生装置、高温热解反应装置、集成式冷凝装置,以上各种设备依次相互连通。设备形成了清洁活性炭生产的设备和工艺体系,拓展了生产活性炭的设备和技术范围。设备在生产活性炭的同时,对活性炭生产过程中产生的废烟气进行循环利用和开发,制备出木煤气、木醋液和焦油,提高了活性炭生产的附加值,节约能源,降低原材料消耗,缓解了活性炭生产过程中的环境污染问题。应用该设备制备的各类产品性能优良,具有广阔的开发利用前景。

  成果内容提要:

  1、主要观点

  本研究目的是通过技术集成创新和工艺优化,开发一种清洁的环境友好型的高产值的活性炭、木醋液、焦油和木煤气综合生产试验装置。设备发明前研究了各种生物质特性,在此基础上,依据慢速热解的基本原理和绿色化学的宗旨,结合回转炉热解技术、水蒸气催化活化技术、集成式冷凝技术,制备活性炭、木醋液以及焦油,使得原有单一的、高污染、高成本活性炭生产系统更加系统、清洁、高效和经济。研发的设备还可以作为一种特殊气体保护下的催化反应装置。

  2、创新点

  (1)设备的原料适用性广谱,农林废弃物、涉农工业下脚料、焦炭、石油焦等多种生物质;

  (2)将热解设备与活性炭活化设备相结合,通过对阀门的精巧选择和定位,实现了生物质热解反应器与活性炭活化场所的统一,提高了生产效率,优化了生产工艺,降低了生产成本。

  (3)热解设备可替换,根据不同的产品、原料要求可以切换不同的热解炉。

  (4)拓展了生产活性炭的设备和技术,形成了清洁活性炭生产的设备和工艺体系,在制备活性炭的同时收集了木煤气、木醋液和焦油,且再利用自身产生的不可冷凝气体作为反应过程中的保护性气体,提高了生产活性炭的附加值,解决了活性炭生产过程中的环境污染问题。

  (5)本设备加热方式为外部辅助加热和物料反应过程中自循环式加热方式相结合,有效的保障物料反应过程中热源的提供,减少了能耗。

  3、实践意义

  设备中试生产线推广应用正常,运行稳定,产品性能优良。目前,正联合山西新华活性炭有限公司,依托新疆仲兴生态科技有限公司,在新疆生产建设兵团农六师芳草湖农场芳新工业园区建设年产2万吨木醋液、1万吨活性炭、0.2万吨焦油及其相关产品开发的生产项目(附件1)。

  4、科学性与先进性

  1、本设备加热方式为外部辅助加热和物料反应过程中自循环式加热方式相结合,有效的保障物料反应过程中热源的提供,减少能耗30%。生物质热处理能源利用率高,并可避免污染环境物质的排放,生产过程环保绿色。

  2、本设备可以制备以农林废弃物、涉农工业下脚料、焦炭、石油焦等物质为原料的活性炭以及用于特定气氛保护下的特殊材料。整个生物质处理过程连续性强,处理量适中,便于实现工业化推广。

  3、设备的设计可以将能够冷却的物质收集在冷凝物收集器中;将最终形成的不可冷凝气体,收集在不可冷凝气体收集器中,不可冷凝气体收集器中的一部分不可冷凝气体再送入回转炉中,作为炭活化过程中的保护性气体,另外一部分贮存在气罐中作为燃烧气。本设备生产过程全部可控,实现了相对自动化的绿色生产。

  3、拓展了生产活性炭的设备和技术,形成了清洁活性炭生产的设备和工艺体系,在制备活性炭的同时收集了木煤气、木醋液和焦油,且再利用自身产生的不可冷凝气体作为反应过程中的保护性气体,提高了生产活性炭的附加值,解决了活性炭生产过程中的环境污染问题。

  4、通过本设备生产的木醋液也叫植物酸,含有酸、醇、酚等多种有机物的混合物,具有土壤消毒、杀菌、促进植物生长、除草、防虫防腐和除臭等多种作用,可广泛地应用于化工业、畜牧业、食品加工业与医药卫生业等,市场参考价格为4万元/吨。

  5、本设备生产的木煤气比一般固体燃料要优越,燃烧过程易调解,燃烧完全,火焰温度为600℃~1300℃,没有灰渣,减少污染25%,且易于输送。

  6、本设备生产的焦油经过加工后可以得到多种产品。如抗聚剂、抗氧剂、木沥青等。这些产品广泛应用于合成橡胶、石油化工、化学工业、建筑等多种工业部门。

  5、社会、生态效益

  (1) 农林废弃物高值化利用:利用该设备可把我国每年产生大量农林废弃物转化为木醋液、木煤气、活性炭以及焦油。木煤气可以做为燃料用于工业锅炉或工业窑炉燃烧供热或用于热电厂燃烧发电,能够有效减少化石燃料(煤、石油和天然气)的使用,缓解能源供应紧张的状况;木醋液因含有许多酚类物质,能够杀菌、消毒避害虫作为消毒、 驱虫剂使用;焦油各馏分进一步加工,可分离出多种产品;活性炭是一种具有较丰富的内部孔隙结构和较高的比表面积的优质吸附剂,广泛应用于化工、食品加工、制药、冶金、农业、环保等多个领域。

  (2) 有利于环境保护:能够有效减少或杜绝焚烧农林废弃物的现象,防止因为直接焚烧农林废弃物造成的空气污染;可以减少化石燃料和资源(煤、石油和天然气)的使用,减少温室气体(木煤气燃烧时的二氧化碳净排放量相对很少)和其它有害气体(如氮氧化物和硫氧化物)的排放。

  (3) 有利于缓解三农问题:农村、乡镇企业可以利用本项目开发的木醋液、木煤气、焦油以及活性炭高效联产设备开办小型热解工厂,吸纳农村剩余劳动力,增加农村就业。农民则可以通过销售农林废弃物获利。以上途径均可为农民增收,从而有效的缓解三农问题。

  社会反映:

  1、专利

  [1].朱铭强,苏印泉,郑冀鲁,等.活性炭生产设备及应用该设备生产活性炭、木醋液、焦油及木煤气的方法(专利授权号ZL201310090213.3)

  [2].朱铭强,苏印泉,朱亚红,等.一种活性炭热解废烟气冷凝收集设备(专利授权号ZL201320129916.8)

  [3].朱铭强,苏印泉,郑冀鲁,等.活性炭生产设备(专利授权号ZL201320128700.X)

  [4].朱铭强,苏印泉,朱亚红,等.沙柳枝木热解生产活性炭的方法(专利授权号:ZL2013050800271700)

  [5].朱铭强,苏印泉,张强,等.一种细枝木剥皮机(专利授权号:201420021498.5).

  [6].朱铭强,苏印泉,张强,等.一种细枝木剥皮机及其应用方法(专利公示号:201410016009.1).

  [7].朱铭强,程庆军,苏印泉,等.花椒枝木热解生产活性炭的方法(专利授权号:2013050800187760)

  [8].郑冀鲁,朱铭强,苏印泉,等. 生物质热解油燃烧装置与操作方法(专利公示号:CN201010291537.X)

  [9].苏印泉,朱铭强,郑冀鲁. 一种山茱萸果核制备活性炭的方法(专利授权号ZL201010543235.7)

  [10]. 苏印泉,李秀红,朱铭强. 一种杜仲叶林萌生枝条剥皮后枝木制取活性炭的方法(专利授权号ZL201010252991.4)

  2、论文

  [1].Ming-Qiang Zhu, Jia-Long Wen, Zhi-Wen Wang, Yin-Quan Su, Qin Wei, Run-Cang Sun. Structural changes in lignin during integrated process of steam explosion followed by alkaline hydrogen peroxide of Eucommia ulmoides Oliver and its effect on enzymatic hydrolysis [J]. Applied Energy .2015. 158.233-242. (一区, IF= 5.613).

  [2].Ming-Qiang Zhu, Jia-Long Wen, Yin-Quan Su, Qin Wei, Run-Cang Sun. Effect of structural changes of lignin during the autohydrolysis and organosolv pretreatment on Eucommia ulmoides Oliver for an effective enzymatic hydrolysis [J]. Bioresources Technology. 2015. 185. 378-385. (一区, IF=4.494).

  [3].Zheng, Ji-Lu, Ming-Qiang Zhu, and Hai-tang Wu.Gasification of bio-oil: Effects of equivalence ratio and gasifying agents on product distribution and gasification efficiency [J]. Applied Energy .2015. (Accept, 一区, IF= 5.613).

  [4].Zheng, Ji-Lu, Ming-Qiang Zhu, and Hai-tang Wu. Alkaline hydrothermal liquefaction of swine carcasses to bio-oil [J].Waste Management.2015.43.230-238. (一区, IF=3.220).

  [5].郑冀鲁, 武海棠, 朱铭强, 等. 利用 Autocad 辅助单级萃取图解计算[J]. 化工高等教育, 2015 (1): 94-96.

  [6].胡瑞瑞, 苏印泉, 朱铭强. 不同精致工艺杜仲枝木醋液抑菌及抗氧化活性比较[J]. 西北林学院学报, 2014, 29(2): 139-143.

  3、成果引用

  新疆仲兴生态科技有限公司,在新疆生产建设兵团农六师芳草湖农场芳新工业园区建设年产2万吨木醋液、1万吨活性炭、0.2万吨焦油及其相关产品开发的生产项目,材料应用证明见附件1。

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