CN109971525A - 生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环装置特征是：生物质热电，旨在使用农林废弃生物质燃料，同时生产输出热能、电能、灰烬及烟气，且全部或部分供给秸秆三素清洁联产，以及作为秸秆三素清洁联产基础；主要由农林废弃生物质热电装置、秸秆清洁制备生产原料装置、初次凝结水解半纤维素装置、醇法制备半纤维素及收醇装置、草木灰制备低药水解液装置、二次低药水解木质素装置、二次浆液制备纤维素装置、烟气与二次水解液处理残碱装置及烟气蒸发液相制备木质素装置等构成。本发明的有益效果：创新生物质热电基秸秆三素清洁联产，既可实现农林废弃生物质资源细化及分类利用，又可实现秸秆利用高值化、工业化与规模化，同时形成低碳生产与循环经济机制，进一步推动农业农村环境治理可持续发展。
Description
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、循环经济及农业农村环境治理等领域，具体是生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环装置。
技术背景
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％；二是所含半纤维素相比较木材类较多。
据悉，我国每年的农作物秸秆总量达八亿吨，只有少部分被离田利用，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。
为此，2008年始国家启动大规模农作物秸秆五化综合利用，尤其国家***和农业部联合发布《秸秆综合利用技术(2014)》通知，明确鼓励秸秆‘肥料化、饲料化、原料化、能源化、基料化’等利用技术共计19项。
其中，秸秆原料化利用技术，除物理类的秸秆人造板及复合材外，化学类只有秸秆清洁制浆和玉米芯制木糖醇，实质均为上世纪引进的传统技术及其改良版。
秸秆资源的原料化利用价值及应用前景：其一可提取半纤维素及木聚糖产品，是自然界宝贵而难得的大健康医食用材；其二可制备纤维素，既能弥补国内造纸的木材资源缺乏，又是重要的生产与生活原材料；其三可制备木质素，甚重要的工农业原材料。
由此可见，国内农作物秸秆的离田利用尤为重要；尤其是，秸秆离田后的原料化利用，为今后的人类社会经济摆脱化石资源之重要途径。
迄今为止，国内秸秆离田利用初具规模的是农林废弃生物质热电产业，投产项目及生产企业已达约300家，年度利用农林废弃生物质资源约7000万吨，但是受到秸秆低密度及低热值局限，其中的秸秆类所占比例约40％。
与此同时，相比秸秆资源的原料化利用，农林废弃生物质热电的秸秆直燃是典型低值化利用，因此目前的国内农林废弃生物质热电产业基本依赖政策性电价补贴生存。
分析得知，相比当前的国内光伏与风电等新能源产业已发展至市场化程度，实际上国内农林废弃生物质热电产业已失去市场化未来，也丧失主要新能源基本属性，反而体现了国内农林县域及农业农村环境治理的规模化作用。
然而，当前的农林废弃生物质热电产业，因受国内策性电价补贴资金缺口增大和光伏与风电等新能源政策性电价补贴退坡等因素影响，其发展增速已明显放缓；所以，对全国农业县域高达俞千的农业农村环境治形势构成了负面影响。
因此，为了有效解决上述问题，本发明着重研究了农林废弃生物质资源细化分类利用及其生物质热电基秸秆三素清洁联产与低碳循环经济产业链条，创新了农林生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环的装置的新模式、新技术、新工艺及新装置，期望进一步推动国内秸秆工业化及规模化利用和农业农村环境治等绿色技术及产业的快速发展。
发明内容
本发明提供的生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环装置，主要特征是：(1)针对农林废弃生物质资源进行细化及分类利用，其中全部或部分农作物秸秆类资源用于秸秆三素清洁联产，而其中林业废弃物或部分农作物秸秆供给生物质热电；(2)所述的秸秆三素清洁联产，旨在生产过程的所有固形物全系产品化利用与液相全系闭合循环利用下清洁联产纤维素、半纤维素及木质素等三类高值化商品模式及其绿色工艺技术；(3)所述的生物质热电，旨在使用农林废弃生物质燃料，同时生产输出热能、电能、灰烬及烟气，且全部或部分供给秸秆三素清洁联产，以及作为秸秆三素清洁联产基础；(4)所述的秸秆三素清洁联产与生物质热电输出的热能、电能、灰烬及烟气等构成低碳循环，具体是：热能及电能供给秸秆三素清洁联产工艺使用，灰烬即草木灰可制备秸秆三素清洁联产的水解药液使用，烟气中的二氧化碳气体可用于处理及回收水解残药并减量碳排与净化烟气，烟气及其蒸汽所含热能也可用于秸秆三素清洁联产的蒸发及浓缩工艺使用；(5)所述的以上内容及工艺装备，主要由农林废弃生物质热电装置、秸秆清洁制备生产原料装置、初次凝结水解半纤维素装置、醇法制备半纤维素及收醇装置、草木灰制备低药水解液装置、二次低药水解木质素装置、二次浆液制备纤维素装置、烟气与二次水解液处理残碱装置及烟气蒸发液相制备木质素装置等构成。
所述的农林废弃生物质热电装置，主要由农林废弃生物质分类处理及燃料***、生物质锅炉及环保***、锅炉水处理及给水***、汽轮热电机组及循环冷却***、变电及电气***等工艺装备组成；所述的上述工艺装备通过物料机械、汽液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是利用林业废弃物或部分农作物秸秆等燃料进行热电生产，并输出热能、电能、灰烬及烟气等循环利用于秸秆三素清洁联产。
所述的秸秆清洁制备生产原料装置，主要由秸秆密闭料棚、吸尘式切碎机或粉碎机、风选颗粒除尘器、风选原料储仓、风选粉末除尘器及风机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、料风导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是是秸秆储备、填装切碎、原料仓储及粗细除尘均为负压密闭过程，既可完成秸秆制备生产原料，又可有效预防扬尘污染；进一步，根据实际需要还可集成为一体化模块结构，而节省占地及提高能效。
所述的初次凝结水解半纤维素装置，主要由由秸秆生产原料输入机、凝结水或凝结水系洗涤浓液输入器、料液搅拌器、料液浸入器、初次热态及电离或电波与凝结水解器、初次余热回收器、初次水解料液输出机、固液分离机、固相净化洗涤压滤机、液相输出器及固相输出机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、浆液导管、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是利用工艺回收的凝结水系进行秸秆原料初次凝水解半纤维素；进一步，根据实际需要也可添加药剂，或者也可不采用上述的电离或电波等物理催化；再进一步，根据实际需要或者也可不采用所述的初次凝结水解纤半纤维素装置。
所述的醇法制备半纤维素及收醇装置，主要由初次水解液相输入器、醇液输入器、醇析出分离器、固相净化器、固相浓缩器、固相干燥器及粉末收集器，以及液相醇液蒸发器、醇汽冷凝系及醇液储存器等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是从初次水解液相中制备半纤维素产品，同时回收醇液重复使用。
所述的草木灰制备低药水解液装置，主要由回收醇液后初次水解液输入器、二次固相洗涤浓液输入器、碱性药剂输入机、料液搅拌反应器、固液分离器及低药水解液输出器等工艺装备构成；所述的上述装备通过物料机械、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是循环利用生物质燃烧后的灰烬即草木灰制备二次低药水解液；进一步，根据实际需要，二次低药水解液中也可添加其他药剂，或者以其他药剂制备二次低药水解液。
所述的二次低药水解木质素装置，主要由二次低药水解液输入器、初次水解固相输入机、二次热态电离或电波与低药水解器、二次余热回收器、二次洗涤浓液配浆冷却器及二次料液输出机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、浆液导管、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是进行秸秆原料二次水解木质素；进一步，根据实际需要也可添加其他药剂，或者也可不采用上述的电离或电波等物理催化。
所述的二次浆液制备纤维素装置，主要由二次料液输入机、固液分离器、二次水解液相输出器、固相洗涤器、固相筛选器、固相挤压过滤器及固相输出机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、浆液导管、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是制备纤维素产品；进一步，根据实际需要也可集成制备纤维及纸张。
所述的烟气与二次水解液相处理残碱装置，主要由二次水解液相输入器、二次水解液与烟气反应器及进出烟道、二次水解液相输出器等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过烟道、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是通过烟气处理水解液残药。
所述的烟气蒸发液相制备木质素装置，主要由处理残药后水解液输入器、烟道式蒸发浓缩器、热风发生器、喷雾干燥器及粉末收集器等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过烟道、溶液导管、浓液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是通过烟气蒸发及浓缩水解液，并制备木质素及其盐类产品；进一步，根据实际需要也可制备农业类复合肥及土壤修复剂和工业类减水剂及粘结剂等制成品。
本发明的有益效果：创新生物质热电基秸秆三素清洁联产，既可实现农林废弃生物质资源细化及分类利用，又可实现秸秆利用高值化、工业化与规模化，同时形成低碳生产与循环经济机制，进一步推动农业农村环境治理可持续发展。
附图说明
图1为本发明的生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环装置示意图；
其中：农林废弃生物质细化分类装置1、秸秆机生产原料输料机械2、初次热态凝结水解半纤维素装置3、初次水解液输出导管4、初次固相机械5、醇法制备半纤维素及收醇装置6、液相输出导管7、二次热态低药水解木质素装置8、二次浆液输出导管9、二次浆液制备纤维素装置10、二次水解药液输出导管11、烟气与二次水解药液处理残碱装置12、二次水解液输出导管13、烟气蒸发液相制备木质素装置14、林农废弃物生物质燃料输料机械15、生物质热电装置16、热能导管17、烟气导管18、烟气灰烬收集器19、草木灰输料机械20、草木灰制备低药水解液装置21、水解药液输送导管22。
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，本发明的生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环装置，其具体实施及生产过程如下：
首先，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，处理为秸秆原料类和林木及其他废弃燃料类等两类型生产原料。
其次，通过秸秆机生产原料输料机械2和热能导管17将秸秆原料与热能输入初次热态凝结水解半纤维素装置3加工，产得初次水解固相和初次水解液相。
第三，初次水解液相经初次水解液输出导管4输入醇法制备半纤维素及收醇装置6加工，产得半纤维素。
第四，初次固相机械5将初次水解后的秸秆原料、液相输出导管7将除醇后的初次水解液、水解药液输送导管22将水解药液及热能导管17将热能等均输入二次热态低药水解木质素装置8加工，进行秸秆原料脱除木质素。
第五，二次水解料液由二次浆液输出导管9输入二次浆液制备纤维素装置10加工，产得纤维素。
第六，二次水解药液由二次水解药液输出导管11输入烟气与二次水解药液处理残碱装置12加工，获得二次水解液经二次水解液输出导管13输入烟气蒸发液相制备木质素装置14加工，产得木质素。
第七，通过林农废弃物生物质燃料输料机械15将燃料输入生物质热电装置16加工，获得热能、电能、灰烬及烟气。
第八，烟气导管18将生物质热电装置16排放的烟气，输入至烟气灰烬收集器19收集草木灰；然后，草木灰经草木灰输料机械20输入草木灰制备低药水解液装置21加工，产得水解药液。
最终，以上内容的连续运行就是本发明的具体实过程。
Claims (10)
1.本发明的生物质热电基秸秆三素清洁联产及其低碳循环装置，主要特征是：(1)针对农林废弃生物质资源进行细化及分类利用，其中全部或部分农作物秸秆类资源用于秸秆三素清洁联产，而其中林业废弃物或部分农作物秸秆供给生物质热电；(2)所述的秸秆三素清洁联产，旨在生产过程的所有固形物全系产品化利用与液相全系闭合循环利用下清洁联产纤维素、半纤维素及木质素等三类高值化商品模式及其绿色工艺技术；(3)所述的生物质热电，旨在使用农林废弃生物质燃料，同时生产输出热能、电能、灰烬及烟气，且全部或部分供给秸秆三素清洁联产，以及作为秸秆三素清洁联产基础；(4)所述的秸秆三素清洁联产与生物质热电输出的热能、电能、灰烬及烟气等构成低碳循环，具体是：热能及电能供给秸秆三素清洁联产工艺使用，灰烬即草木灰可制备秸秆三素清洁联产的水解药液使用，烟气中的二氧化碳气体可用于处理及回收水解残药并减量碳排与净化烟气，烟气及其蒸汽所含热能也可用于秸秆三素清洁联产的蒸发及浓缩工艺使用；(5)所述的以上内容及工艺装备，主要由农林废弃生物质热电装置、秸秆清洁制备生产原料装置、初次凝结水解半纤维素装置、醇法制备半纤维素及收醇装置、草木灰制备低药水解液装置、二次低药水解木质素装置、二次浆液制备纤维素装置、烟气与二次水解液处理残碱装置及烟气蒸发液相制备木质素装置等构成。
2.所述的农林废弃生物质热电装置，主要由农林废弃生物质分类处理及燃料***、生物质锅炉及环保***、锅炉水处理及给水***、汽轮热电机组及循环冷却***、变电及电气***等工艺装备组成；所述的上述工艺装备通过物料机械、汽液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是利用林业废弃物或部分农作物秸秆等燃料进行热电生产，并输出热能、电能、灰烬及烟气等循环利用于秸秆三素清洁联产。
3.所述的秸秆清洁制备生产原料装置，主要由秸秆密闭料棚、吸尘式切碎机或粉碎机、风选颗粒除尘器、风选原料储仓、风选粉末除尘器及风机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、料风导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是是秸秆储备、填装切碎、原料仓储及粗细除尘均为负压密闭过程，既可完成秸秆制备生产原料，又可有效预防扬尘污染；进一步，根据实际需要还可集成为一体化模块结构，而节省占地及提高能效。
4.所述的初次凝结水解半纤维素装置，主要由由秸秆生产原料输入机、凝结水或凝结水系洗涤浓液输入器、料液搅拌器、料液浸入器、初次热态及电离或电波与凝结水解器、初次余热回收器、初次水解料液输出机、固液分离机、固相净化洗涤压滤机、液相输出器及固相输出机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、浆液导管、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是利用工艺回收的凝结水系进行秸秆原料初次凝水解半纤维素；进一步，根据实际需要也可添加药剂，或者也可不采用上述的电离或电波等物理催化；再进一步，根据实际需要或者也可不采用所述的初次凝结水解纤半纤维素装置。
5.所述的醇法制备半纤维素及收醇装置，主要由初次水解液相输入器、醇液输入器、醇析出分离器、固相净化器、固相浓缩器、固相干燥器及粉末收集器，以及液相醇液蒸发器、醇汽冷凝系及醇液储存器等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是从初次水解液相中制备半纤维素产品，同时回收醇液重复使用。
6.所述的草木灰制备低药水解液装置，主要由回收醇液后初次水解液输入器、二次固相洗涤浓液输入器、碱性药剂输入机、料液搅拌反应器、固液分离器及低药水解液输出器等工艺装备构成；所述的上述装备通过物料机械、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是循环利用生物质燃烧后的灰烬即草木灰制备二次低药水解液；进一步，根据实际需要，二次低药水解液中也可添加其他药剂，或者以其他药剂制备二次低药水解液。
7.所述的二次低药水解木质素装置，主要由二次低药水解液输入器、初次水解固相输入机、二次热态电离或电波与低药水解器、二次余热回收器、二次洗涤浓液配浆冷却器及二次料液输出机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、浆液导管、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是进行秸秆原料二次水解木质素；进一步，根据实际需要也可添加其他药剂，或者也可不采用上述的电离或电波等物理催化。
8.所述的二次浆液制备纤维素装置，主要由二次料液输入机、固液分离器、二次水解液相输出器、固相洗涤器、固相筛选器、固相挤压过滤器及固相输出机等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过物料机械、浆液导管、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是制备纤维素产品；进一步，根据实际需要也可集成制备纤维及纸张。
9.所述的烟气与二次水解液相处理残碱装置，主要由二次水解液相输入器、二次水解液与烟气反应器及进出烟道、二次水解液相输出器等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过烟道、溶液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是通过烟气处理水解液残药。
10.所述的烟气蒸发液相制备木质素装置，主要由处理残药后水解液输入器、烟道式蒸发浓缩器、热风发生器、喷雾干燥器及粉末收集器等工艺装备构成；所述的上述工艺装备通过烟道、溶液导管、浓液导管及电路缆线相连接；所述的上述工艺装备主要功能是通过烟气蒸发及浓缩水解液，并制备木质素及其盐类产品；进一步，根据实际需要也可制备农业类复合肥及土壤修复剂和工业类减水剂及粘结剂等制成品。
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