一种由造纸黑液制备生物质炭的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种由造纸黑液制备生物质炭的系统，包括：用于对造纸黑液进行过滤的预处理单元、半透膜过滤单元、蒸发浓缩单元、热解单元和碱回收单元。本实用新型专利技术可以充分处理造纸黑液，使富含木质素的组分得到充分利用，通过热解制成生物质炭，经济效益明显。

【技术实现步骤摘要】
一种由造纸黑液制备生物质炭的系统
本技术涉及生物质能源再利用，更具体地，涉及一种由造纸黑液制备生物质炭的系统。
技术介绍
植物性生物质中，主要含有纤维素、半纤维素、木质素三大组分。纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，半纤维素是由多种单糖单元组成的多糖，木聚糖是半纤维素中含量最多的结构单体，木质素是一种复杂的酚类聚合物。在造纸工艺中，通常使用碱性溶液蒸煮原料的方法得到纸浆，蒸煮的过程中，生物质原料中多数的纤维素、半纤维素组分保留下来形成纸浆，木质素组分以及少量的纤维素、半纤维素则被碱液溶解形成残液而排出，这部分残液呈黑褐色，故称为黑液。黑液是由水和固形物组成，固形物的组成十分复杂。大体上固形物包括有机组分和无机组分两部分，有机物含量占70％左右，主要是大量的木质素和少量的纤维素、半纤维素的降解物以及有机酸。木质素化学性质稳定，进一步加工成下游的产品较为困难。目前大多将木质素燃烧处理，造成资源的浪费以及环境的污染。无机物含量占30％左右，主要是游离的氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠、二氧化硅等。黑液造成的污染占总污染物发生量的90％左右，因此，急需要对黑液进行处理。传统的碱回收方法先将黑液浓缩到一定浓度，然后送入碱回收炉使其中有机物燃烧，在高温下无机物变为熔融状态，经冷却后形成绿液(主要成分为Na2CO3)，加入石灰苛化为无机碱NaOH后，再回收到纸浆生产工艺中。然而此种方法会产生白泥而二次污染，并且有机组分无法得到充分利用，降低了经济效益。针对传统碱回收法的不足，本领域技术人员提出了多种回收木质素的方法。然而为了得到高纯度的木质素，回收的成本太高使其难以利用。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供了一种由造纸黑液制备生物质炭的系统。生物质热解是一种重要的生物质利用技术，热解是在隔绝空气的条件下，将生物质加热到一定温度(一般为300℃-600℃)，从而获得生物质炭和热解气，热解气经冷凝后还可以得到生物质焦油。生物质的热解可认为是三组分热解行为的综合体现，纤维素、半纤维素热解后主要得到热解气和焦油，木质素热解后的主要产物则是生物质炭。因此，使用富含木质素的造纸黑液制备生物质炭，更有利于产炭。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：根据本技术，还提供一种由造纸黑液制备生物质炭的系统，包括：用于对造纸黑液进行过滤的预处理单元，预处理单元包括造纸黑液进口、颗粒物出口和第一滤液出口；半透膜过滤单元，半透膜过滤单元包括第一滤液进口、半透膜置入口、第二滤液出口和浓缩液出口，第一滤液进口与预处理单元的第一滤液出口相连；蒸发浓缩单元，蒸发浓缩单元包括待蒸发浓缩液进口和蒸发浓缩液出口；蒸发浓缩液进口与半透膜过滤单元的浓缩液出口相连；热解单元，热解单元包括热解物料进口、热解油气出口和热解炭出口，热解物料进口与蒸发浓缩单元的蒸发浓缩液出口相连。进一步地，该系统还包含：碱回收单元，碱回收单元包括第二滤液进口、生石灰进口、第三滤液出口和沉淀出口，第二滤液进口与半透膜过滤单元的第二滤液出口相连。进一步地，预处理单元为格栅过滤、砂滤、板框过滤、袋式过滤的一种或几种组合。更进一步地，预处理单元为袋式过滤器过滤。袋式过滤器是一种结构新颖、体积小、操作简便灵活、节能、高效、密闭工作、适用性强的多用途过滤设备，其内部由金属网蓝支撑滤袋，液体由入口流进，经滤袋过滤后从出口流出，杂质拦截在滤袋中，更换滤袋后可继续使用。滤袋中的杂质需要经过处理后排放。进一步地，半透膜过滤单元为无机半透膜过滤装置，可以是平板陶瓷膜过滤装置或中空纤维膜过滤装置。进一步地，热解单元为蓄热式旋转床。蓄热式旋转床热解炉炉膛呈环形，炉底可连续转动。将蒸发浓缩单元得到的浓缩液由装料装置装入蓄热式旋转床的热解炉内，均匀地铺放在炉底上。在气体出口处设置冷却装置，气体在出口处冷凝，冷凝温度(排烟温度)为200-250℃。炉底机械带动炉底连续转动，铺在炉底上的料层随炉底转动，依次经过预热区、反应区，最终物料被加热至热解温度。另外，使用如上系统制备生物质炭的方法，包括以下步骤：步骤一：对造纸黑液进行过滤，得到第一滤液和滤饼；过滤目的是去除黑液中的粗颗粒物，得到的滤饼经过处理后达标即可排放。步骤二：将第一滤液在预定压力的作用下用半透膜进行过滤，得到第二滤液和浓缩液；其目的在于将第一滤液中的无机碱、无机盐、小分子的有机物以及大部分水滤出，剩余的大分子有机组分则形成了浓缩液。步骤三：将浓缩液进行热解，得到生物质炭、热解气及焦油。热解气可以回到热解过程中用作热解的能源，从而提高热量的利用效率，剩余的热解气则可以作为燃料储存起来；焦油用于其它的生产用途，如作为加氢制生物油的原料焦油继续作为燃料或其它使用。进一步地，该方法还包括：向步骤二所得的第二滤液中加入生石灰进行苛化反应，回收无机碱。回收的无机碱可作为造纸过程中的蒸煮液重新用于制浆过程。苛化反应是制碱的一种方法，主要用于制备苛性钠(氢氧化钠)、苛性钾(氢氧化钾)。在第二滤液中加入生石灰的量应不少于第二滤液总量的2％，主要发生如下的反应：CaO+H2O＝Ca(OH)2Na2CO3+Ca(OH)2＝2NaOH+CaCO3Na2S+Ca(OH)2＝2NaOH+CaSNa2SO4+Ca(OH)2＝2NaOH+CaSO4通常苛化反应的操作温度为90-110℃，在此温度下，有利于CaCO3等沉淀的析出。生成的CaCO3、CaS、CaSO4均作为沉淀而形成苛化泥沉降在反应池底，氢氧化钠则存在于液相部分中。液相部分再经过精制即可得到高纯度的液碱，从而补充到造纸工艺的蒸煮过程中。进一步地，该方法还包括：以质量百分数计，将步骤二中的浓缩液蒸发浓缩至固形物的含水率达到15％-20％后，再进行热解。进一步地，半透膜是平板陶瓷膜或中空纤维膜。进一步地，半透膜为可截留的分子量为1500-2500的半透膜。进一步地，步骤二中预定压力为1.0-2.0MPa，过滤的进液温度为60℃-90℃。由于造纸黑液由蒸煮液而来，本身就具有一定温度，在过滤过程中没有对其冷却，因此过滤的进液温度为60-90℃。采用带有余温的过滤的进液可以使得过滤效果更好。进一步地，步骤三中热解温度为450℃-600℃，热解时间为1.0h-1.8h，升温速率为5-10℃/min。进一步地，热解得到的生物质炭具有比表面大、灰分少的优点，可以进一步的加工从而获得下游产品，如活性炭、生物质炭基肥等。进一步地，使用高压泵对第一滤液进行加压。本技术的有益效果是：(1)本技术的方法可以充分处理造纸黑液，使富含木质素的组分得到充分利用，通过热解制成生物质炭，经济效益明显。(2)本技术的方法及系统不会产生二次污染物，同时还可以利用有机组分制备获得生物质炭。(3)本技术只需要对黑液中富含木质素的组分进行热解，并不需要得到纯度很高的木质素。相比于其它回收利用木质素的方法，本技术的成本更低。(4)采用蓄热式旋转床热解木质素，通过热解气回用等方式，使热效率达到90％以上，在降低能耗的同时也减少了成本。附图说明图1是按照本技术的实施例的由造纸黑液制备生物质炭的系统的示意图；图2是按照本技术的实施例的由造纸黑液制备生物质炭的方法流程图。附图标记1预处理单元、2半透膜过滤单元、3蒸发浓缩单元、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由造纸黑液制备生物质炭的系统，其特征在于，包括：用于对造纸黑液进行过滤的预处理单元，所述预处理单元包括造纸黑液进口、颗粒物出口和第一滤液出口；半透膜过滤单元，所述半透膜过滤单元包括第一滤液进口、半透膜置入口、第二滤液出口和浓缩液出口，所述第一滤液进口与所述预处理单元的第一滤液出口相连；蒸发浓缩单元，所述蒸发浓缩单元包括待蒸发浓缩液进口和蒸发浓缩液出口；所述蒸发浓缩液进口与所述半透膜过滤单元的浓缩液出口相连；热解单元，所述热解单元包括热解物料进口、热解油气出口和热解炭出口，所述热解物料进口与所述蒸发浓缩单元的所述蒸发浓缩液出口相连。

【技术特征摘要】
1.一种由造纸黑液制备生物质炭的系统，其特征在于，包括：用于对造纸黑液进行过滤的预处理单元，所述预处理单元包括造纸黑液进口、颗粒物出口和第一滤液出口；半透膜过滤单元，所述半透膜过滤单元包括第一滤液进口、半透膜置入口、第二滤液出口和浓缩液出口，所述第一滤液进口与所述预处理单元的第一滤液出口相连；蒸发浓缩单元，所述蒸发浓缩单元包括待蒸发浓缩液进口和蒸发浓缩液出口；所述蒸发浓缩液进口与所述半透膜过滤单元的浓缩液出口相连；热解单元，所述热解单元包括热解物料进口、热解油气出口和热解炭出口，所述热解物料进口与所述蒸发浓缩单元的所述蒸发浓缩液出口相连。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永毅，巴玉鑫，房凯，刘春亚，吴道洪，
申请(专利权)人：北京神源环保有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11