CN109678988A - 农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术 - Google Patents

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Abstract

本发明的农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术特征：针对农林废弃生物质资源及农作物秸秆五化综合利用，主要依据以下三种类型分别利用：其一是半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品，其二是半纤维素含量较少秸秆制备乙醇，其三是废弃林木及秸秆生产后渣物供给生物质热电；并由农林废弃生物质细化分类、生物药基热电秸秆水解、固液分离制备纤维素及纸浆、醇法制备半纤维素及回收醇、稀释药液制备碱木质素、秸秆木质纤维素制备乙醇、农林废弃生物质热电、收集草木灰制备生物基药液、烟气减碳净化回收草木灰为主的生产装置构成。本发明的有益效果：通过分类利用农林废弃生物质资源，创新低碳生产与循环经济机制，既节约资源又提高生产及商品附加值，从而实现绿色生态的可持续发展。

Description

农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术
技术领域
本发明涉及生物质资源利用、秸秆五化综合利用、生物质热电及循环经济等领域，具体是农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术。
技术背景
据悉，我国每年的农作物秸秆产量达八亿吨，实际只有少数部分被利用，其中绝大多数是被机械打碎返田，因不能及时降解而造成了严重的土壤病虫害，所以尽管政府出台了较严厉的环境治理及禁烧政策，但焚烧现象时有发生。
2008年始，国内大规模启动农作物秸秆五化综合利用，为此国家***和农业部联合发布《秸秆综合利用技术(2014)》通知，明确鼓励和规范秸秆‘肥料化、饲料化、原料化、能源化、基料化’等五化综合利用技术及产业。
秸秆基本特征：一是主要组份纤维素35～50％，半纤维素15～40％，木质素15～35％；二是主要分类含半纤维素较多秸秆与含半纤维素较少秸秆。
与此同时，目前我国的生物质热电产业发展较快，生产企业达千家以上，其中的农林废弃生物质热电项目及企业数量占有很大比例。
然而，现实情况是与光伏+储能的新能源发电已接近市场化相比，生物质热电技术简单及资源低值化利用严重，导致行业性仍在依赖国家补贴生存。
实践中，农林废弃生物质热电项目及企业所收储的生物质燃料中，既有农作物软轻质及硬重质各类秸秆，还有废弃的树叶、树枝及树根，也有废弃的建筑木材及生产包装木材。
可见，农林废弃生物质热电项目及企业，将所收储的各类不同特质的生物质，都简单地粗放燃烧是既不合理又严重浪费资源，所以十分必要联产利用。
从经济与技术角度讲，生物质资源被粗放低值化当作燃料使用，是造成当前农林废弃物生物质热电较低效益且依赖国家补贴的主要因素。
反之，若农林废弃物生物质热电项目及企业能审时度势而完善与延伸绿色产业链，将所收储的生物质资源进行细化分类利用及精细化加工，借助低碳能源优势而生产高值化生物原材料，既可提高农林废弃物生物质热电综合效益，又可节约宝贵的生物质资源。
含半纤维素较多秸秆，主要有小麦、玉米及高梁等农作物；首先，秸秆半纤维素是人类社会迄今为止从自然界获得大健康木聚糖及甜味品的主要途径，也是生物质资源及农作物秸秆高值化的重要渠道；其次，秸秆的木质纤维素及其结构是绿色纸张的天然原材料，因此发展秸秆清洁制浆造纸对于保护现有林木资源和地球植被尤为重要。
含半纤维素较少秸秆，主要有豆类及棉花等农作物；其秸秆所含半纤维素极少，这是提高目前木质纤维素制乙醇之酶化与酵化生产效率的重要措施。
生物质资源的废弃林木中建筑及包装用材较多，主要特征是污染大及垃圾多，将其再生产难度极大及成本较高，所以将其焚烧产生热电是较为经济及可行的生产方式。
总之，通过生物质资源细化分类与低碳联产利用，既可提高生物质的附加值，又可丰富生物质制成商品，尤其是有助于探索农林废弃生物质热电补贴退出的技术路径和内生机制。
由此可见，发展农林废弃生物质资源分类利用与延伸低碳产业链条，是解决现行农林废弃生物质热电不足的重要方向；为此，本发明重塑农林废弃生物质要素与产业链业态，创新了农林生物质耦合秸秆五化综合利用的新模式、新技术、新工艺及新装置，期望进一步推动绿色技术及产业的快速发展。
发明内容
本发明提供了农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术，其特征是：(1)针对农林废弃生物质资源及农作物秸秆五化综合利用，主要依据以下三种类型分别利用：其一是半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品，其二是半纤维素含量较少秸秆制备乙醇，其三是废弃林木及秸秆生产后渣物供给生物质热电；(2)所述的生物质热电输出的热能、电能、灰烬及烟气，既可循环利用于所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品的生产过程，也可循环利用于所述的半纤维素含量较少秸秆制备乙醇的生产过程；(3)所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品中循环利用生物质灰烬即草木灰与碱性溶液制备生物基水解药液和固相盐类脱硫剂或建材；(4)所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品中循环利用烟气的二氧化碳及其他酸性气体回收药剂再生成草木灰类盐并减量碳排及净化烟气；(5)所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品中创建精准化生物药基热与电秸秆水解节能环保装置，既保护纤维长度及强度又以醇析出半纤维素及木聚糖而减少及降低木质素液体粘度使生产***节能与节水；(6)所述的以上生产过程所有固形物全系产品化利用与液相全系闭合循环及回收利用；(7)所述的以上生产过程不产生污水与固废及生产零排放；(8)由农林废弃生物质细化分类、生物药基热电秸秆水解、固液分离制备纤维素及纸浆、醇法制备半纤维素及回收醇、稀释药液制备碱木质素、秸秆木质纤维素制备乙醇、农林废弃生物质热电、收集草木灰制备生物基药液、烟气减碳净化回收草木灰为主的九部分工艺内容及生产装置构成。
所述的农林废弃生物质细化分类内容及生产装置，主要由半纤维素含量较多秸秆收储及处理机械、半纤维素含量较少秸秆收储及处理机械、废弃林木收储及处理机械等工艺及装备构成，主要功能是完成农林废弃生物质分类收储、填装切碎、原料仓储及粗细除尘过程，以及预防扬尘污染。
所述的生物药基热电秸秆水解内容及生产装置，主要由半纤维素含量较多秸秆生产原料输送机械、水解药液输入器、热能输入器、电能输入器、热态与电能之电离或电磁或电波或电感水解器、配浆冷却器、浆液输出器及余热回收器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管、浆液导管、供热导管及电能回路相连接；其主要功能是以低药、低温、低时、低耗及低污染的集成技术水解秸秆原料及循环；进一步，可添加其他药剂水解和结合其他物理催化设备及设施。
所述的固液分离制备纤维素及纸浆内容及生产装置，主要由浆液输入器、电磨浆液机、浆液压滤机、水解液相输出器、水解固相浆洗涤机、固相浆筛选机、固相浆漂白机、固相浆输出机、清洗水输入器及洗涤浓液输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、浆液导管及溶液导管相连接；其主要功能是固液分离与制备木质纤维素及纸浆；进一步，可集约与集成木质纤维素深加工和造纸生产设备及设施。
所述的醇法制备半纤维素及回收醇内容及生产装置，主要由水解液相输入器、醇输入器、醇与水解液相沉淀及固液分离器，加上固相半纤维素及木聚糖净化器、浓缩器、干燥器及结晶收集器，再加上热能解液醇汽化器、醇汽冷凝器、醇储器及木质素药液输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管、供热导管、冷冻导管及真空导管相连接；其基本工艺有蒸发与冷冻两法，主要功能是以醇法沉淀从水解液相中提取半纤维素及木聚糖，同时完成醇的回收使用；进一步，可采用满足技术要求的除醇以外其他有机溶剂；再进一步，也可集约与集成半纤维素转化木糖及木糖醇生产设备及设施。
所述的稀释药液制备碱木质素内容及生产装置，主要由木质素药液输入器、稀释水输入器、稀释沉淀及固液分离器、稀释药液输出器、固相木质素浓缩器、碱木质素干燥及收集器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、浆液导管及溶液导管相连接；其主要功能是制备碱木质素制品；进一步，可集约与集成碱木质制备复合肥、土壤修复剂及减水剂及粘结剂等生产工艺及设备设施。
所述的秸秆木质纤维素制备乙醇内容及生产装置，主要由半纤维素含量较少秸秆生产原料输送机械、热能输入器、生产原料预处理器、木质纤维素酶水解器、单糖发酵器、乙醇精馏器、乙醇储器及渣物输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、浆液导管、溶液导管及供热导管相连接；其主要功能是制备乙醇，同时回收及处理渣物；进一步，可集约与集成渣物深加工和综合利用生产设备及设施。
所述的农林废弃生物质热电内容及生产装置，主要由废弃林木燃料输入机械、乙醇生产渣物输入机械、生物质锅炉及热解炉及余热锅炉或换热器、热电联供机组、化学水处理及节能环保设备等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管、供热导管及电能回路相连接；其主要功能是将燃料转化为热能、电能、草木灰烬、烟气及燃气。
所述的收集草木灰制备生物基药液内容及生产装置，主要由进出烟道、生物质烟气草木灰袋式收集器、草木灰输送器、草木灰与碱性溶液反应器、液相沉淀及固液分离器、水解药液输出器及固相盐输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管及供热导管相连接；其主要功能是收集草木灰并制备生物基水解药液，同时将固相盐作为烟气脱硫剂或建材使用。
所述的烟气减碳净化回收草木灰内容及生产装置，主要由稀释药液输入器、旁路进出烟道、烟气减碳净化与稀释药液发生器、稀释水输出器及草木灰类盐输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管及烟管相连接；其主要功能是通过烟气中的二氧化碳与稀释药液中的药剂反应生成草木灰类盐，同时达到烟气减量碳排放效应。
本发明的有益效果：通过分类利用农林废弃生物质资源，创新低碳生产与循环经济机制，既节约资源又提高生产及商品附加值，从而实现绿色生态的可持续发展。
附图说明
图1为本发明的农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术示意图；
其中：农林废弃生物质细化分类装置1、半纤维素含量较多秸秆机生产原料输料机械2、生物药基热与电秸秆水解装置3、浆液输送导机械4、固液分离制备纤维素及纸浆装置5、液相输送导管6、醇法制备半纤维素及回收醇装置7、溶液相输送导管8、稀释药液制备碱木质素装置9、半纤维素含量较少秸秆生产原料输料机械10、秸秆木质纤维素制备乙醇装置11、渣物输料机械12、废弃林木燃料输入机械13、农林废弃物生物质热电装置14、热能导管15、热能支管16、电能回路17、烟气导管18、草木灰袋式收集器19、草木灰输料机械20、制备生物基药液装置21、药液输送导管22、固盐脱硫剂输料机23、烟气减碳净化回收药剂装置24、稀释药液输入导管25、稀释水输出导管26。
具体实施
下面结合附图1对本发明的做进一步分析。
如图1所示，本发明的农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术，其具体实施及生产过程如下：
首先是，由农林废弃生物质细化分类装置1将收储的农林废弃生物质资源，处理为半纤维素含量较多秸秆、半纤维素含量较少秸秆和废弃林木等三类生产原料。
其次是，由半纤维素含量较多秸秆机生产原料输料机械2、生物药基热与电秸秆水解装置3、浆液输送导机械4、固液分离制备纤维素及纸浆装置5、液相输送导管6、醇法制备半纤维素及回收醇装置7、溶液相输送导管8、稀释药液制备碱木质素装置9组成的工艺***过程，主要承担半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品生产任务。
第三是，由半纤维素含量较少秸秆生产原料输料机械10、秸秆木质纤维素制备乙醇装置11、渣物输料机械12组成的工艺过程，主要承担半纤维素含量较少秸秆即木质纤维素制乙醇生产任务。
第四是，由废弃林木燃料输入机械13、农林废弃物生物质热电装置14、热能导管15、热能支管16、电能回路17、烟气导管18、草木灰袋式收集器19、草木灰输料机械20、制备生物基药液装置21、药液输送导管22、固盐脱硫剂输料机23、烟气减碳净化回收药剂装置24、稀释药液输入导管25、稀释水输出导管26组成的工艺过程，主要承担废弃林木及秸秆生产后渣物转化生物质热电生产任务；并且，既通过烟气中草木灰制备水解药液，又通过烟气中二氧化碳回收稀释药液的药剂再生成草木灰；尤其是，因地制宜形成低碳清洁机制，从而实现可持续的农林废弃生物质利用绿色生态效应。

Claims (10)

1.本发明的农林生物质分类利用与低碳联产装置及其绿色技术，其特征是：(1)针对农林废弃生物质资源及农作物秸秆五化综合利用，主要依据以下三种类型分别利用：其一是半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品，其二是半纤维素含量较少秸秆制备乙醇，其三是废弃林木及秸秆生产后渣物供给生物质热电；(2)所述的生物质热电输出的热能、电能、灰烬及烟气，既可循环利用于所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品的生产过程，也可循环利用于所述的半纤维素含量较少秸秆制备乙醇的生产过程；(3)所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品中循环利用生物质灰烬即草木灰与碱性溶液制备生物基水解药液和固相盐类脱硫剂或建材；(4)所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品中循环利用烟气的二氧化碳及其他酸性气体回收药剂再生成草木灰类盐并减量碳排及净化烟气；(5)所述的半纤维素含量较多秸秆清洁联产纤维素及纸浆、半纤维素及木聚糖和木质素制品中创建精准化生物药基热与电秸秆水解节能环保装置，既保护纤维长度及强度又以醇析出半纤维素及木聚糖而减少及降低木质素液体粘度使生产***节能与节水；(6)所述的以上生产过程所有固形物全系产品化利用与液相全系闭合循环及回收利用；(7)所述的以上生产过程不产生污水与固废及生产零排放；(8)由农林废弃生物质细化分类、生物药基热电秸秆水解、固液分离制备纤维素及纸浆、醇法制备半纤维素及回收醇、稀释药液制备碱木质素、秸秆木质纤维素制备乙醇、农林废弃生物质热电、收集草木灰制备生物基药液、烟气减碳净化回收草木灰为主的九部分工艺内容及生产装置构成。
2.所述的农林废弃生物质细化分类内容及生产装置，主要由半纤维素含量较多秸秆收储及处理机械、半纤维素含量较少秸秆收储及处理机械、废弃林木收储及处理机械等工艺及装备构成，主要功能是完成农林废弃生物质分类收储、填装切碎、原料仓储及粗细除尘过程，以及预防扬尘污染。
3.所述的生物药基热电秸秆水解内容及生产装置，主要由半纤维素含量较多秸秆生产原料输送机械、水解药液输入器、热能输入器、电能输入器、热态与电能之电离或电磁或电波或电感水解器、配浆冷却器、浆液输出器及余热回收器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管、浆液导管、供热导管及电能回路相连接；其主要功能是以低药、低温、低时、低耗及低污染的集成技术水解秸秆原料及循环；进一步，可添加其他药剂水解和结合其他物理催化设备及设施。
4.所述的固液分离制备纤维素及纸浆内容及生产装置，主要由浆液输入器、电磨浆液机、浆液压滤机、水解液相输出器、水解固相浆洗涤机、固相浆筛选机、固相浆漂白机、固相浆输出机、清洗水输入器及洗涤浓液输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、浆液导管及溶液导管相连接；其主要功能是固液分离与制备木质纤维素及纸浆；进一步，可集约与集成木质纤维素深加工和造纸生产设备及设施。
5.所述的醇法制备半纤维素及回收醇内容及生产装置，主要由水解液相输入器、醇输入器、醇与水解液相沉淀及固液分离器，加上固相半纤维素及木聚糖净化器、浓缩器、干燥器及结晶收集器，再加上热能解液醇汽化器、醇汽冷凝器、醇储器及木质素药液输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管、供热导管、冷冻导管及真空导管相连接；其基本工艺有蒸发与冷冻两法，主要功能是以醇法沉淀从水解液相中提取半纤维素及木聚糖，同时完成醇的回收使用；进一步，可采用满足技术要求的除醇以外其他有机溶剂；再进一步，也可集约与集成半纤维素转化木糖及木糖醇生产设备及设施。
6.所述的稀释药液制备碱木质素内容及生产装置，主要由木质素药液输入器、稀释水输入器、稀释沉淀及固液分离器、稀释药液输出器、固相木质素浓缩器、碱木质素干燥及收集器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、浆液导管及溶液导管相连接；其主要功能是制备碱木质素制品；进一步，可集约与集成碱木质制备复合肥、土壤修复剂及减水剂及粘结剂等生产工艺及设备设施。
7.所述的秸秆木质纤维素制备乙醇内容及生产装置，主要由半纤维素含量较少秸秆生产原料输送机械、热能输入器、生产原料预处理器、木质纤维素酶水解器、单糖发酵器、乙醇精馏器、乙醇储器及渣物输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、浆液导管、溶液导管及供热导管相连接；其主要功能是制备乙醇，同时回收及处理渣物；进一步，可集约与集成渣物深加工和综合利用生产设备及设施。
8.所述的农林废弃生物质热电内容及生产装置，主要由废弃林木燃料输入机械、乙醇生产渣物输入机械、生物质锅炉及热解炉及余热锅炉或换热器、热电联供机组、化学水处理及节能环保设备等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管、供热导管及电能回路相连接；其主要功能是将燃料转化为热能、电能、草木灰烬、烟气及燃气。
9.所述的收集草木灰制备生物基药液内容及生产装置，主要由进出烟道、生物质烟气草木灰袋式收集器、草木灰输送器、草木灰与碱性溶液反应器、液相沉淀及固液分离器、水解药液输出器及固相盐输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管及供热导管相连接；其主要功能是收集草木灰并制备生物基水解药液，同时将固相盐作为烟气脱硫剂或建材使用。
10.所述的烟气减碳净化回收草木灰内容及生产装置，主要由稀释药液输入器、旁路进出烟道、烟气减碳净化与稀释药液发生器、稀释水输出器及草木灰类盐输出器等工艺与装备构成；所述的以上装备通过机械、溶液导管及烟管相连接；其主要功能是通过烟气中的二氧化碳与稀释药液中的药剂反应生成草木灰类盐，同时达到烟气减量碳排放效应。
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