棉花秸杆碳化多联产综合利用系统及工艺技术方案

本发明专利技术涉及一种棉花秸杆碳化多联产综合利用系统及工艺，将生物质一级干馏炉、生物质半焦二级碳化炉、焦炭存储罐、换热器、瓦斯燃烧炉、沉降分离器、精馏塔和蒸馏塔等有机地连接成一体；通过将干燥且破碎后的棉花秸秆进行干馏，产生瓦斯气、挥发分和半焦；半焦经碳化生产焦炭、挥发分冷凝收集经沉降后分层获得木醋液和为重油和瓦斯气燃烧产生高温烟气提供热源等并相互循环，全流程循环控制，各环节的资源(产物与能源)完全被利用，实现了生物质废弃物的多极化综合利用。

【技术实现步骤摘要】
棉花秸杆碳化多联产综合利用系统及工艺
本专利技术属生物质废弃物回收利用
，涉及一种棉花秸杆碳化多联产综合利用系统及工艺。
技术介绍
自上世纪90年代起，我国棉花种植布局重心逐渐向西北地区转移，目前新疆以成为我国棉花最主要的产区。在生产棉花的过程中，副产品棉花秸秆作为一般农业废弃物，处理不当往往会造成环境污染与资源浪费，这与我国的健康、绿色、可持续发展理念不符。目前棉花秸秆的处理方式以就地焚烧为主，在造成资源浪费的同时也会引起大气环境污染。因此，结合新疆目前自身生态环境的脆弱性，寻求合适的棉花秸秆资源化利用手段，促使生态、经济有机结合，通过合理的技术与工艺赋予棉花秸秆更多的资源属性变得十分迫切与重要。目前关于棉花秸秆的资源化利用手段主要包含发酵制沼气、秸秆还田、用作饲料、充当生物质燃料等方面，专利CN201510059510提出利用微生物菌类降解棉花秸秆制取土壤高碳基添加物，为将秸秆发酵和还田有机结合，但此方法需要特定的微生物菌种，提取成本较高，且秸秆发酵后的剩余物难以处理，使得棉花秸秆整体资源利用效率较低。专利CN201710060404提出一种将棉叶、棉壳与棉花杆分离，前者进行发酵制肥，后者通过干馏制取生物碳的综合利用方式，该方法很好地将生物质燃料与秸秆还田相结合，并且实现了生物质废弃物的多样化利用，但此方式在前期分离处理过程较为复杂，提升了综合利用成本；此外，在棉花秸秆碳化过程的气相和液相产物并没有得到有效的回收利用，从而容易产生一定程度的环境污染。专利110403074A提出一种棉花秸秆饲料化利用的加工方法，将棉花秸秆经40-100℃低温干燥粉碎，为反刍类动物提供了良好的饲料来源，但棉花秸秆中存在棉酚等有毒物质，在生产过程中难以去除，会导致雌性家畜不孕不育、致盲等病变。因此，饲料化利用手段尚需进一步完善。综上所述，对于棉花秸秆而言，丰富其多样化利用的手段、妥善处理对应副产品带来的环境污染已成为目前需要解决两大难题。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术不能充分利用棉花秸秆且不造成环境污染的技术问题，提供一种棉花秸杆碳化多联产综合利用系统及工艺。本专利技术的目的之一是提供一种棉花秸杆碳化多联产综合利用工艺，全流程循环控制，各环节的资源(产物与能源)完全被利用，实现了生物质废弃物的多极化综合利用。棉花秸秆较小麦、水稻、玉米等秸秆而言，木质素含量较高，若制成饲料对于普通单胃家畜而言无法消化。此外，棉籽中含有的棉酚具有较强的杀精作用，不利于家畜的繁殖，因此无法像其他类秸秆一样做饲料化处理。本专利技术的另一个目的是提供一种棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，是一整套的系统解决方案，将生物质一级干馏炉、生物质半焦二级碳化炉、焦炭存储罐、换热器、瓦斯燃烧炉、沉降分离器、精馏塔和蒸馏塔等有机地连接成一体，以满足棉花秸杆碳化多联产综合利用工艺要求。本专利技术的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，包括生物质一级干馏炉、生物质半焦二级碳化炉、焦炭存储罐、换热器、瓦斯燃烧炉、沉降分离器、重油存储罐、木醋液存储罐、精馏塔、蒸馏塔、浓缩木醋液存储罐、半焦收集罐、离心泵和给料机；其中，所述生物质一级干馏炉具有固体产物出口、液体产物出口、气体产物出口、进气口和过热蒸汽入口；所述固体产物出口连接半焦收集罐，所述半焦收集罐与给料机相连，所述给料机连通所述生物质半焦二级碳化炉的进料口，所生物质半焦二级碳化炉的出料口接焦炭储存罐，所生物质半焦二级碳化炉的排放口和生物质一级干馏炉的过热蒸汽入口相接；所述液体产物出口与所述沉降分离器相连，所述沉降分离器分别与所述离心泵的进口和所述重油存储罐相连，所述离心泵的出口连接所述木醋液存储罐，所述木醋液存储罐接入所述蒸馏塔，所述蒸馏塔的水分排出口接通所述换热器，所述蒸馏塔还连接所述浓缩木醋液存储罐；所述重油存储罐与所述精馏塔相连，所述精馏塔的烟气出口接入所述换热器，所述精馏塔的底油出口接入所述瓦斯燃烧炉；所述气体产物出口与所述瓦斯燃烧炉相连，所述瓦斯燃烧炉的高温烟气出口分别与所述生物质半焦二级碳化炉的加热气体入口和所述精馏塔的的加热气体入口相连。所述进气口接通所述换热器的出口。作为优选的技术方案：如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，所述沉降分离器整体呈圆柱状，高度和直径比h/d为1.2，直径大小根据干馏炉规格确定。所属沉降分离器包含一个入口与两个出口，入口管道从顶部沿壁垂直延伸至木醋液与重油交界面，防止中间进油引发的产物倒流现象。利用木醋液与重油密度不同，在该容器内静置分层，木醋液出口管道自顶部引入接上层木醋液，利用所述离心泵将木醋液抽出，重油出口管道一端沿外壁垂直延伸至所属沉降分离器下端，与底部链接，另一端出口高度与木醋液重油交界面平齐，利用重油自身重力流出。各自在管道内流速比等于所得木醋液与重油组分比。如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，所述精馏塔还连接生物质柴油储存罐、汽油储存罐和润滑油储存罐。如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，所述生物质一级干馏炉还连接棉花秸杆输送装置。如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，所述棉花秸杆输送装置为封闭式输送装置，以通过所述换热器产生的过热蒸汽作为载气，全程隔绝空气防止燃烧，经传送带输送至进料口，所述进料口位于所述生物质一级干馏炉上端，根据生物质自身重力自上而下落入炉膛，并在下降过程中与热载气充分换热。如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，所述棉花秸杆粒径范围在40-100mm，经自然干燥后进行简单破碎即可送入所述生物质一级干馏炉中，无需进行刻意干燥、粉碎与筛选，节约生产成本。本专利技术还提供了一种棉花秸杆碳化多联产综合利用工艺，包括以下步骤：(1)将干燥且破碎后的棉花秸秆进行干馏，产生瓦斯气、挥发分和半焦；(2)分步处理：a)半焦经碳化生产焦炭；所述碳化用的高温烟气作为热载体排出后，继续作为热源对棉花秸秆进行加热；b)冷凝收集挥发分，经沉降后分层，上层为木醋液，下层为重油；c)瓦斯气燃烧产生高温烟气，部分作为所述碳化的热源，部分用于所述重油的分馏加热；(3)所述木醋液经蒸馏分离出多余的水分后，收集木醋液；所述重油进行精馏；(4)所述多余的水分进一步加热后，以水蒸气的形式给所述干馏提供热量；所述精馏积余的底油送与瓦斯气混合一起燃烧。如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用工艺，经自然干燥后破碎的棉花秸秆的粒径为40～100mm。如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用工艺，干馏温度为280～350℃，碳化温度为400～500℃。如上所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用工艺，重油精馏产物为生物质柴油、汽油和润滑油。本专利技术中，包括了二级制备焦炭的方法，即将棉花秸秆干馏后分离出半焦，然后将半焦被送入半焦收集罐，随后经给料机送入生物质半焦二级碳化炉，经高温烟气加热后生成焦炭，并存储于焦炭存储罐中。引入二级碳化炉目的在于降低干馏炉的干馏温度，从而抑制二次裂解反应，保证瓦斯气、木本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，其特征是：包括生物质一级干馏炉、生物质半焦二级碳化炉、焦炭存储罐、换热器、瓦斯燃烧炉、沉降分离器、重油存储罐、木醋液存储罐、精馏塔、蒸馏塔、浓缩木醋液存储罐、半焦收集罐、离心泵和给料机；其中，/n所述生物质一级干馏炉具有固体产物出口、液体产物出口、气体产物出口、进气口和过热蒸气入口；/n所述固体产物出口连接半焦收集罐，所述半焦收集罐与给料机相连，所述给料机连通所述生物质半焦二级碳化炉的进料口，所生物质半焦二级碳化炉的出料口接焦炭储存罐，所生物质半焦二级碳化炉的排放口和生物质一级干馏炉的过热蒸气入口相接；/n所述液体产物出口与所述沉降分离器相连，所述沉降分离器分别与所述离心泵的进口和所述重油存储罐相连，所述离心泵的出口连接所述木醋液存储罐，所述木醋液存储罐接入所述蒸馏塔，所述蒸馏塔的水分排出口接通所述换热器，所述蒸馏塔还连接所述浓缩木醋液存储罐；所述重油存储罐与所述精馏塔相连，所述精馏塔的烟气出口接入所述换热器，所述精馏塔的底油出口接入所述瓦斯燃烧炉；/n所述气体产物出口与所述瓦斯燃烧炉相连，所述瓦斯燃烧炉的高温烟气出口分别与所述生物质半焦二级碳化炉的热载体入口和所述精馏塔的的热载体入口相连。/n所述进气口接通所述换热器的出口。/n...

【技术特征摘要】
1.棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，其特征是：包括生物质一级干馏炉、生物质半焦二级碳化炉、焦炭存储罐、换热器、瓦斯燃烧炉、沉降分离器、重油存储罐、木醋液存储罐、精馏塔、蒸馏塔、浓缩木醋液存储罐、半焦收集罐、离心泵和给料机；其中，
所述生物质一级干馏炉具有固体产物出口、液体产物出口、气体产物出口、进气口和过热蒸气入口；
所述固体产物出口连接半焦收集罐，所述半焦收集罐与给料机相连，所述给料机连通所述生物质半焦二级碳化炉的进料口，所生物质半焦二级碳化炉的出料口接焦炭储存罐，所生物质半焦二级碳化炉的排放口和生物质一级干馏炉的过热蒸气入口相接；
所述液体产物出口与所述沉降分离器相连，所述沉降分离器分别与所述离心泵的进口和所述重油存储罐相连，所述离心泵的出口连接所述木醋液存储罐，所述木醋液存储罐接入所述蒸馏塔，所述蒸馏塔的水分排出口接通所述换热器，所述蒸馏塔还连接所述浓缩木醋液存储罐；所述重油存储罐与所述精馏塔相连，所述精馏塔的烟气出口接入所述换热器，所述精馏塔的底油出口接入所述瓦斯燃烧炉；
所述气体产物出口与所述瓦斯燃烧炉相连，所述瓦斯燃烧炉的高温烟气出口分别与所述生物质半焦二级碳化炉的热载体入口和所述精馏塔的的热载体入口相连。
所述进气口接通所述换热器的出口。


2.根据权利要求1所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，其特征在于，所述沉降分离器整体呈圆柱状，高度和直径比h/d为1.2；所属沉降分离器包含一个入口与两个出口，入口管道从顶部沿壁垂直延伸至木醋液与重油交界面；木醋液出口管道自顶部引入接上层木醋液，利用所述离心泵将木醋液抽出，重油出口管道一端沿外壁垂直延伸至所属沉降分离器下端，与底部链接，另一端出口高度与木醋液重油交界面平齐。


3.根据权利要求1所述的棉花秸杆碳化多联产综合利用系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，严祯荣，叶筱，沈骏，王莎，郭韵，刘伟军，巩潇然，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31