[发明专利]一种太阳能协同两步法生物质螺旋烘焙预处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能源领域，更具体地，涉及一种太阳能协同两步法生物质螺旋烘焙预处理方法及装置。

背景技术

全球经济的发展、人口的增长以及生活水平的提高造成了能源需求的急剧增加，与此同时，也导致了常规能源的日益枯竭和日趋严重的环境污染。生物质能源作为最大的可再生能源，也是唯一的可再生的碳源，其有效利用可替代常规能源，缓解污染和减少温室气体排放。通过燃烧、气化、热解、厌氧发酵、酯交换及致密成型等技术，可将生物质转化为热量和燃气、生物油和炭三相产物和固体颗粒燃料，作为能源、化工和环保原料。相比常规能源，生物质含水量高、富含纤维素、热值低、吸水性强、密度低等特性使其收、储、运成本高且难以粉碎或加工处理，也难以实现较高的转化效率，限制了其规模化应用，经济、合理的生物质预处理技术研发成为世界各国关注的热点。

生物质原料烘焙预处理技术作为一项前景广阔的生物质预处理技术得到国内外广泛关注。国外针对生物质烘焙反应机理的研究和以成型燃料为主的应用进行了细致研究，一些国家已开始商用，文献显示国外个别项目的处理量可达6t/h；国内一些科研单位也进行了相应的研究，但尚处于实验研究阶段，示范应用较少。

生物质烘焙是一种低温（200～300℃）慢速热解过程。烘焙预处理后的生物质物性一致，含水低、具有疏水性、易于粉碎和储存，烘培后生物质中O/C比和H/C比较低，使其热值大为提高，烘焙后的生物质，一般情况下，重量减少约30%，但热量仅减少约10%。

生物质烘焙工艺主要分为干法（低温热解）、湿法和水蒸气法三种；湿法烘焙将生物质在烘焙温度下的高压水浸泡实现，水蒸气法是采用烘焙温度下饱和蒸汽对生物质进行气爆实现，湿法和水蒸气法烘焙的液相产物均与水相溶或混合，后期处理工艺繁杂，相比之下，干法工艺简单经济，其设备主要有流化床、移动床和固定床三种。螺旋烘焙反应器作为一种移动床反应器可消除流化床气流携带形成的产物损失和固定床内部温度不均，结构紧凑，运行平稳，是一种十分有前景的烘焙反应器。

根据烘焙温度的不同，生物质烘焙分为轻度烘焙（200～235℃）、中度烘焙（235～275℃）和重度烘焙（275～300℃）。不考虑少量灰分和抽提物的前提下，生物质主要由半纤维素（30%）、纤维素（40%）和木质素（30%）三种组分组成，热重分析显示，当烘焙温度低于220℃，水分的蒸发是主要的反应，半纤维素的热解从200℃开始，到315℃完全热解，纤维素的热解启始温度和终温度分别是315℃和400℃，而木质素的热解是从160℃到900℃的一个缓慢的过程。

生物质中水分的存在，使其比热容增加，延长生物质在烘焙反应器中的驻留时间，降低了生产效率，另外，烘焙初期水分的蒸发首先进行，在烘焙的高温气相产物中形成了一定的分压力，对半纤维素、纤维素和木质素三种组分的烘焙挥发物析出形成干涉，影响了烘焙反应的进程和产物的质量。采用低温热解法进行的生物质烘焙，是一种吸热反应，其热源一般来自自身挥发物的燃烧辅以少量外部热源，受原料种类以及原料初始含水量影响，要得到理想的烘焙产物，在水分含量较高或因生物质微观结构致密时，将依靠更多的外部热源输入、或者增加烘焙深度，前者意味着成本的增加，而后者往往难以保证烘焙产物的质量。生物质物料本身具有多样性，而下一级用户对于烘焙产物的要求相对一致，增加了生物质分配过程控制的复杂性，要求生物质烘焙预处理系统在基于能源合理匹配条件下具有良好的原料适应性。

综上所述，根据生物质的特性，有机结合适当的可再生能源作为外部热源，采用合理的工艺，充分利用烘焙挥发物燃烧的热量，减少生物质在烘焙反应器中驻留时间，提高生产效率的同时依据烘焙产物品质要求，针对不同种类、不同含水量的生物质原料，进行定制化生产，将有助于生物质烘焙预处理技术的产业化应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述问题，提供一种太阳能协同两步法生物质螺旋烘焙预处理方法。

本发明的第二个目的是提供实现上述方法的装置，即一种太阳能协同两步法生物质螺旋烘焙预处理装置。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种太阳能协同两步法生物质螺旋烘焙预处理的方法，包括以下步骤：

S1. 利用太阳能作为辅助热源，将自然风干、水分含量为14～16%、经尺寸处理后的生物质进行生物质干化脱水；