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《生物質清潔熱解生產設備及產物高值化開發利用研究》

陜西省教育廳
2015-11-10
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      成果簡介:

  生物質清潔熱解生產設備及其產物高值化開發利用研究項目主要是開發一種環保節能型生物質熱解生產設備及應用該設備生產活性炭、木醋液、焦油及木煤氣的方法,該清潔生產設備包括蒸氣發生裝置、高溫熱解反應裝置、集成式冷凝裝置,以上各種設備依次相互連通。設備形成了清潔活性炭生產的設備和工藝體系,拓展了生產活性炭的設備和技術范圍。設備在生產活性炭的同時,對活性炭生產過程中產生的廢煙氣進行循環利用和開發,制備出木煤氣、木醋液和焦油,提高了活性炭生產的附加值,節約能源,降低原材料消耗,緩解了活性炭生產過程中的環境污染問題。應用該設備制備的各類產品性能優良,具有廣闊的開發利用前景。

  成果內容提要:

  1、主要觀點

  本研究目的是通過技術集成創新和工藝優化,開發一種清潔的環境友好型的高產值的活性炭、木醋液、焦油和木煤氣綜合生產試驗裝置。設備發明前研究了各種生物質特性,在此基礎上,依據慢速熱解的基本原理和綠色化學的宗旨,結合回轉爐熱解技術、水蒸氣催化活化技術、集成式冷凝技術,制備活性炭、木醋液以及焦油,使得原有單一的、高污染、高成本活性炭生產系統更加系統、清潔、高效和經濟。研發的設備還可以作為一種特殊氣體保護下的催化反應裝置。

  2、創新點

  (1)設備的原料適用性廣譜,農林廢棄物、涉農工業下腳料、焦炭、石油焦等多種生物質;

  (2)將熱解設備與活性炭活化設備相結合,通過對閥門的精巧選擇和定位,實現了生物質熱解反應器與活性炭活化場所的統一,提高了生產效率,優化了生產工藝,降低了生產成本。

  (3)熱解設備可替換,根據不同的產品、原料要求可以切換不同的熱解爐。

  (4)拓展了生產活性炭的設備和技術,形成了清潔活性炭生產的設備和工藝體系,在制備活性炭的同時收集了木煤氣、木醋液和焦油,且再利用自身產生的不可冷凝氣體作為反應過程中的保護性氣體,提高了生產活性炭的附加值,解決了活性炭生產過程中的環境污染問題。

  (5)本設備加熱方式為外部輔助加熱和物料反應過程中自循環式加熱方式相結合,有效的保障物料反應過程中熱源的提供,減少了能耗。

  3、實踐意義

  設備中試生產線推廣應用正常,運行穩定,產品性能優良。目前,正聯合山西新華活性炭有限公司,依托新疆仲興生態科技有限公司,在新疆生產建設兵團農六師芳草湖農場芳新工業園區建設年產2萬噸木醋液、1萬噸活性炭、0.2萬噸焦油及其相關產品開發的生產項目(附件1)。

  4、科學性與先進性

  1、本設備加熱方式為外部輔助加熱和物料反應過程中自循環式加熱方式相結合,有效的保障物料反應過程中熱源的提供,減少能耗30%。生物質熱處理能源利用率高,并可避免污染環境物質的排放,生產過程環保綠色。

  2、本設備可以制備以農林廢棄物、涉農工業下腳料、焦炭、石油焦等物質為原料的活性炭以及用于特定氣氛保護下的特殊材料。整個生物質處理過程連續性強,處理量適中,便于實現工業化推廣。

  3、設備的設計可以將能夠冷卻的物質收集在冷凝物收集器中;將最終形成的不可冷凝氣體,收集在不可冷凝氣體收集器中,不可冷凝氣體收集器中的一部分不可冷凝氣體再送入回轉爐中,作為炭活化過程中的保護性氣體,另外一部分貯存在氣罐中作為燃燒氣。本設備生產過程全部可控,實現了相對自動化的綠色生產。

  3、拓展了生產活性炭的設備和技術,形成了清潔活性炭生產的設備和工藝體系,在制備活性炭的同時收集了木煤氣、木醋液和焦油,且再利用自身產生的不可冷凝氣體作為反應過程中的保護性氣體,提高了生產活性炭的附加值,解決了活性炭生產過程中的環境污染問題。

  4、通過本設備生產的木醋液也叫植物酸,含有酸、醇、酚等多種有機物的混合物,具有土壤消毒、殺菌、促進植物生長、除草、防蟲防腐和除臭等多種作用,可廣泛地應用于化工業、畜牧業、食品加工業與醫藥衛生業等,市場參考價格為4萬元/噸。

  5、本設備生產的木煤氣比一般固體燃料要優越,燃燒過程易調解,燃燒完全,火焰溫度為600℃~1300℃,沒有灰渣,減少污染25%,且易于輸送。

  6、本設備生產的焦油經過加工后可以得到多種產品。如抗聚劑、抗氧劑、木瀝青等。這些產品廣泛應用于合成橡膠、石油化工、化學工業、建筑等多種工業部門。

  5、社會、生態效益

  (1) 農林廢棄物高值化利用:利用該設備可把我國每年產生大量農林廢棄物轉化為木醋液、木煤氣、活性炭以及焦油。木煤氣可以做為燃料用于工業鍋爐或工業窯爐燃燒供熱或用于熱電廠燃燒發電,能夠有效減少化石燃料(煤、石油和天然氣)的使用,緩解能源供應緊張的狀況;木醋液因含有許多酚類物質,能夠殺菌、消毒避害蟲作為消毒、 驅蟲劑使用;焦油各餾分進一步加工,可分離出多種產品;活性炭是一種具有較豐富的內部孔隙結構和較高的比表面積的優質吸附劑,廣泛應用于化工、食品加工、制藥、冶金、農業、環保等多個領域。

  (2) 有利于環境保護:能夠有效減少或杜絕焚燒農林廢棄物的現象,防止因為直接焚燒農林廢棄物造成的空氣污染;可以減少化石燃料和資源(煤、石油和天然氣)的使用,減少溫室氣體(木煤氣燃燒時的二氧化碳凈排放量相對很少)和其它有害氣體(如氮氧化物和硫氧化物)的排放。

  (3) 有利于緩解三農問題:農村、鄉鎮企業可以利用本項目開發的木醋液、木煤氣、焦油以及活性炭高效聯產設備開辦小型熱解工廠,吸納農村剩余勞動力,增加農村就業。農民則可以通過銷售農林廢棄物獲利。以上途徑均可為農民增收,從而有效的緩解三農問題。

  社會反映:

  1、專利

  [1].朱銘強,蘇印泉,鄭冀魯,等.活性炭生產設備及應用該設備生產活性炭、木醋液、焦油及木煤氣的方法(專利授權號ZL201310090213.3)

  [2].朱銘強,蘇印泉,朱亞紅,等.一種活性炭熱解廢煙氣冷凝收集設備(專利授權號ZL201320129916.8)

  [3].朱銘強,蘇印泉,鄭冀魯,等.活性炭生產設備(專利授權號ZL201320128700.X)

  [4].朱銘強,蘇印泉,朱亞紅,等.沙柳枝木熱解生產活性炭的方法(專利授權號:ZL2013050800271700)

  [5].朱銘強,蘇印泉,張強,等.一種細枝木剝皮機(專利授權號:201420021498.5).

  [6].朱銘強,蘇印泉,張強,等.一種細枝木剝皮機及其應用方法(專利公示號:201410016009.1).

  [7].朱銘強,程慶軍,蘇印泉,等.花椒枝木熱解生產活性炭的方法(專利授權號:2013050800187760)

  [8].鄭冀魯,朱銘強,蘇印泉,等. 生物質熱解油燃燒裝置與操作方法(專利公示號:CN201010291537.X)

  [9].蘇印泉,朱銘強,鄭冀魯. 一種山茱萸果核制備活性炭的方法(專利授權號ZL201010543235.7)

  [10]. 蘇印泉,李秀紅,朱銘強. 一種杜仲葉林萌生枝條剝皮后枝木制取活性炭的方法(專利授權號ZL201010252991.4)

  2、論文

  [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. (一區, 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. (一區, 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, 一區, 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. (一區, IF=3.220).

  [5].鄭冀魯, 武海棠, 朱銘強, 等. 利用 Autocad 輔助單級萃取圖解計算[J]. 化工高等教育, 2015 (1): 94-96.

  [6].胡瑞瑞, 蘇印泉, 朱銘強. 不同精致工藝杜仲枝木醋液抑菌及抗氧化活性比較[J]. 西北林學院學報, 2014, 29(2): 139-143.

  3、成果引用

  新疆仲興生態科技有限公司,在新疆生產建設兵團農六師芳草湖農場芳新工業園區建設年產2萬噸木醋液、1萬噸活性炭、0.2萬噸焦油及其相關產品開發的生產項目,材料應用證明見附件1。

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