[发明专利]一种竹材热裂解液化制备生物油及生物炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种竹材热裂解液化制备生物油及生物炭的方法，属于竹材资源加工利用领域。

背景技术

随着近年来石化资源的短缺和环境问题的日益突出，利用生物质资源生产高附加值能源产品和化工材料成为了重要的发展领域和科学研究的热点。作为一种绿色、可再生、可降解的生物质资源，竹子开发利用前景广阔。我国竹资源丰富，种植竹面积居世界第一。从总体上来说，竹材是一种天然高分子化合物，主要是由纤维素、半纤维素、木质素、果胶和淀粉组成，其中前三种占绝大部分。因竹子繁殖能力强，成材周期短，产量高，原料易得，加之竹子本身纤维素和木质素含量高，使其成为生物质热解和清洁能源利用的理想原料之一。

目前，我国竹子利用方式主要以竹纤维的利用为主，产品附加值有限，技术含量有待提升，并且大量的竹材剩余物没有得到有效地充分利用。也有部分采用热解的方式进行竹材的加工利用，但一般采用土窑的传统技术生产，效率较低，竹资源有效利用率不高，且以生产竹炭和竹醋液为主，热解气体不回收，造成大量的有价值的挥发性有机物的浪费和环境污染。另外，竹材资源中含有一定量的灰分（平均约为2.5%），会影响热解反应的发生和热解产物的分布，在竹材资源利用过程中具有不可忽视的作用。因此，有必要从竹材原料的特点出发，建立适合竹资源能源化利用技术体系，既可以实现竹资源的全竹利用，同时降低竹产品的生产成本，提高竹基产品的附加值。

热裂解液化技术是目前生物质能源转化利用最具发展潜力的技术之一，可将生物质高效转化为液态产物生物油、固态产物生物炭及气态产物清洁燃气。然而，目前生物质热裂解液化研究的对象主要集中在木材、稻壳、秸秆等农林生物质资源，而利用热裂解液化技术进行竹材热解的专利技术未见报道。热裂解液化技术能够有效拓展竹材利用的新途径，提高竹资源的综合利用率，对能源工业和化学工业的可持续发展和发展生态经济均有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种竹材热裂解液化制备生物油及生物炭的方法，旨在对竹资源进行绿色环保、高值化综合利用，实现联产生物油、生物炭等生物基能源产品和化工材料，以提高竹材的综合利用率和产品附加值。

本发明由下述技术方案来实现。

一种竹材热裂解液化制备生物油及生物炭的方法，所述方法步骤如下：

步骤一、原料预处理

将原料进行粉碎干燥，得到原料颗粒；所述原料为竹秆、竹青、竹黄、竹节或竹材加工下脚料；

优选将原料进行粉碎，得到粒径小于2mm的竹材颗粒后，再经过脱灰处理，脱灰处理工艺步骤为：水洗①-酸洗-水洗②；其中，水洗①过程是将竹材颗粒浸没于水中，竹材颗粒与水重量比为1:20，处理温度50℃，处理时间15min；酸洗过程中是将水洗后的竹材颗粒浸没于盐酸溶液中，盐酸溶液浓度为3.5mol/L，处理温度50℃~65℃，处理时间20min，竹材颗粒与盐酸溶液重量比为1:10；水洗②过程是将酸洗后的竹材颗粒浸没于水中，竹材颗粒与水重量比为1:20，处理温度50℃，处理时间5min，得到脱灰处理后的竹材颗粒；将脱灰处理后的竹材颗粒进行干燥，得到含水率为5%~12%的原料颗粒。

步骤二、气力输送进料

将原料颗粒加入到料仓中，原料颗粒在关风器的作用下落入到气力输送管中，经气力输送进入到流化床反应器中；

其中，气力输送气体为氮气或反应产生的热解尾气，优选流量为1.5m³/h，关风器中叶片转速为400r/h~800r/h。

步骤三、流化床热裂解液化

在流化载气的作用下，使原料颗粒在流化床反应器中发生热裂解反应，产生生物炭和热解气；流化载气为氮气或热解尾气；

优选热裂解反应温度为400℃~500℃，生物炭和热解气在流化床反应器中停留时间为1s~2s；流化载气流量为35m³/h~45m³/h；

优选流化床反应器床料为陶瓷球和石英砂混合床料，陶瓷球粒径为0.2mm~0.6mm，石英砂粒径为0.6mm~1.2mm，混合体积比例为1:1；

步骤四、旋风分离出炭

在流化载气的作用下，使生物炭和热解气进入旋风分离器中，生物炭在旋风分离作用下进入到集炭箱中；

优选旋风分离入口的流化载气速度为5~8m/s，压降为0.75kPa~0.8kPa，分离效率为95%~98%；

步骤五、过滤除炭

对旋风分离得到的热解气进行过滤，除去热解气中的生物炭颗粒，优选过滤孔径为3~6μm；

步骤六、热解气冷凝