專利名稱：廢棄生物質的延遲焦化處理方法
技術領域：
本發明涉及廢棄生物質的處理領域，更具體地說，本發明涉及一種用延遲焦化工藝處理廢棄生物質的方法。
背景技術：
生物質從廣義上說是指地球上利用光合作用獲得的各種有機物，包括植物質、動物質、農林廢棄物、有機生活垃圾等，是一種穩定的可再生資源。中國的生物質資源豐富，全國每年可生產生物質50億噸，其中農林業生產的廢木材、農作物秸稈等廢棄物的產量很大。隨著我國城市化水平的不斷提高，生物質資源中城市有機生活垃圾的產量也越來越大。據統計，2000年上海市城市生活垃圾的產量達到641萬噸，預計到2010年將達到863萬噸。生活垃圾中大部分是廚余、果皮及廢紙等廢棄生物質。人們希望實現這些廢棄生物質的減量化、無害化處理，有效利用廢棄生物質生產生物質能源。
一種常見的處理方式是將廢棄生物質進行快速熱裂解。這種方式將干燥的生物質粉末在隔絕空氣、常壓、高加熱速率(約103-104℃/秒)、中溫(約450-500℃)、超短反應時間(約2秒)的條件下進行裂解反應，生成可燃性氣體、液體燃油、液態化學品(例如乙酸、丙酮等)以及焦炭，其液體產率可達60％以上。但該工藝的生產過程中一般使用流化床反應器，需要流化傳熱介質(例如沙子、石英砂等)和流化氣來保證苛刻的工藝條件，這就增加了快速熱裂解反應系統的復雜性。目前國內尚無適合大規模工業化生產的快速熱裂解反應系統。
美國專利5,543,061公開了一種廢棄生物質熱解轉化的方法和設備，目的是無害化地處理廢棄生物質并回收貯存性能源(燃氣、燃油和焦炭)。其工藝流程是兩步反應將原料與水混合之后粉碎為漿體，先加壓反應(壓力4-6MPa，溫度200-350℃)破壞原料的長分子鏈，然后閃蒸脫水分離出重質生物油。生物原油在常壓下快速升溫至500℃左右，然后繼續反應，產生輕質油、焦粉和燃氣。但這種處理方法需要加壓、閃蒸和常壓高溫反應步驟，目前設備制造成本高，還不適合大規模生產。
美國專利4,666,585公開了一種技術，將煉油廠污泥(大部分為固體物、油和水)與焦化餾分油混合在一起后送入延遲焦化裝置，使其具有良好的流動性，然后與焦化原料油一起進入焦化塔塔底，利用焦化過程的廢棄熱量或過剩余熱使污泥中的有機組分經高溫熱裂解變為焦化氣液產物，固體產物被石油焦捕獲并沉積在石油焦上，從根本上消除了煉油廠污泥對環境的污染。但是，該專利并沒有公開或提示使用延遲焦化工藝來處理廢棄生物質。
因此，本領域迫切需要開發一種能方便地大規模處理廢棄生物質并有效地生產生物質能源的方法。
發明內容
本發明的目的就是提供一種用延遲焦化工藝處理廢棄生物質的方法，它能方便地大規模處理廢棄生物質并有效地生產生物質能源，解決了現有技術中存在的問題。
本發明提供了一種處理廢棄生物質的方法，它包括以下步驟(a)將廢棄生物質原料粉碎至平均粒度為0.1-2mm；(b)將粉碎后的原料與油混合，其中所述原料與油的混合質量比為0.05-15％；(c)將混合后的原料加熱至190-300℃；(d)將所述原料進一步加熱至420-510℃；(e)對所述原料進行延遲焦化處理，得到焦炭和油氣產品；(f)對所得的油氣產品進行分餾，得到分餾產品。
在一個優選的實施方式中，所述廢棄生物質原料選自谷殼、秸稈、果皮、果核、落葉、樹皮、雜草、廢木材、生活廚余、廢紙、以及城市垃圾填埋場陳垃圾篩上物中難降解的廢棄物。
在另一個優選的實施方式中，在步驟(a)中，將廢棄生物質原料粉碎至平均粒度為0.1-1mm。
在另一個優選的實施方式中，所述油選自渣油、餾分油、以及它們的混合物。
在另一個優選的實施方式中，在步驟(b)中，所述原料與油的混合質量比為5-15％。
在另一個優選的實施方式中，在步驟(c)中，所述加熱為對流加熱，其升溫速率為5-10℃/分鐘。
在另一個優選的實施方式中，在步驟(c)中，將混合后的原料加熱至200-240℃。
在另一個優選的實施方式中，在步驟(d)中，所述加熱為輻射加熱，其升溫速率為20-80℃/分鐘。
在另一個優選的實施方式中，在步驟(d)中，將所述原料進一步加熱至480-500℃。
在另一個優選的實施方式中，在步驟(e)中，所述延遲焦化的操作壓力為0.01-0.2MPa表壓。
圖1是根據本發明一個實施方式的以廢棄生物質為原料的延遲焦化處理流程的示意圖，其中，數字1-5分別代表以下設備1粉碎機2混合罐3加熱爐4焦炭塔5分餾塔。
具體實施例方式
本發明的發明人在經過了廣泛而深入的研究之后發現，通過將廢棄生物質原料經過粉碎，并與渣油和分餾塔餾分油混合后，將混合后的原料進行兩段加熱(所述原料由于升溫速率過快因而在加熱爐中只發生少量焦化反應)，而后迅速離開加熱爐進入焦炭塔進行裂化和縮合反應，就可對所述原料進行延遲焦化處理，從而得到所需的產品，實現了廢棄生物質資源的大規模無害化、能源化處理，同時又擴大了煉油原料的來源。
本發明的技術構思如下將廢棄生物質原料經過粉碎后，與油(選自渣油、餾分油、以及它們的混合物)混合，以使原料具有良好的流動性和傳熱性，其中，所述廢棄生物質原料與油的質量比約為0.05-15％(較佳的是約5-15％)；接著，將混合后的原料加熱(例如，對流加熱)至約190-300℃(較佳的是約200-240℃)，接著快速加熱(例如，輻射加熱)至約420-510℃(較佳的是約480-500℃)；隨后將所述原料進行延遲焦化處理(所述原料由于升溫速率過快而只發生少量焦化反應)，得到所需的產品，即焦炭和油氣；然后。對所得的油氣產品進行分餾，得到進一步提純氣體產品和餾分油。
延遲焦化工藝是有煉油工業中一種常用的重油輕質化工藝，可以處理各種重質渣油、含油污泥等。原料油的組成主要是烷烴、環烷烴、芳烴和瀝青質等。延遲焦化工藝將原料油的烴分子經過深度裂解和縮合反應生成小分子烴和焦炭。延遲焦化工藝技術成熟、投資適中、加工費用較低，在國內煉油加工量中占很大比例，單系列大型延遲焦化裝置處理量可達10-160萬噸/年。
廢棄生物質的主要成分包括碳水化合物(包括纖維素、半纖維素、木質素、淀粉等)、脂肪和蛋白質等，這些物質均可視為長碳鏈高分子化合物。本發明利用延遲焦化生產裝置，使生物質發生高溫熱裂解反應，從而獲得一定量的液體燃料(生物質油)和焦炭。利用延遲焦化裝置處理技術成熟、處理規模大，可以實現廢棄生物質資源的大規模無害化、能源化處理，同時又擴大了煉油原料的來源。
所述廢棄生物質原料包括農業廢棄物，例如谷殼、秸稈、果皮、果核等；林業廢棄物，例如落葉、樹皮、雜草、廢木材等；以及城市有機生活垃圾，例如居民生活廚余、廢紙、城市垃圾填埋場陳垃圾篩上物中難降解的廢棄物等。
所述原料被粉碎至平均粒度為0.1-2mm，較佳的是0.1-1mm。
所述對流加熱的升溫速率約為5-10℃/分鐘，較佳的是約6-8℃/分鐘，所述輻射加熱的升溫速率約為20-80℃/分鐘，較佳的是約50-60℃/分鐘。
以下參看圖1。
圖1是根據本發明一個實施方式的以廢棄生物質為原料的延遲焦化處理流程的示意圖。將廢棄生物質原料送入粉碎機1中進行粉碎后，送入混合罐2中與渣油、餾分油混合(其中，所述原料與油的混合質量比為0.05-15％)，然后將混合后的原料送入加熱爐3的對流管中，以約5-10℃/分鐘的升溫速率預熱至約190-300℃之后，再輸送到加熱爐3的輻射室爐管中，以約20-80℃/分鐘的升溫速率快速升溫至約420-510℃。由于升溫速率過快，原料來不及發生焦化就輸送被到焦炭塔4的底部。焦炭塔4的操作壓力為0.01-0.2MPa(表壓)，加熱后的原料在焦炭塔4內進行裂化、縮合等反應，最后生成焦炭。焦炭聚結在焦炭塔4內，反應產生的油氣自焦炭塔4的塔頂逸出，進入分餾塔5中分餾得到氣體產品和餾分油(主要是汽油、柴油和生物質油)。
本發明的主要優點在于由于采用了現有煉油工業中常用的延遲焦化生產工藝處理廢棄生物質，減少了二次污染和需要填埋處理的廢棄物，可以較快地實現大規模處理廢棄生物質并生產生物質能源，實現了廢棄生物質的減量化、無害化和資源化處理，對于環境保護具有重要的實際意義。
以下，通過實施例進一步詳細地描述本發明，但是，應該理解，本發明無論如何也不限于這些實施例。
實施例1使用落葉作為原料，將其粉碎至平均粒度為0.1mm，然后送入混合罐中與渣油、餾分油混合，其中混合質量比為0.05％，接著將混合后的原料送入加熱爐的對流管內以5℃/分鐘的升溫速率預熱至190℃，然后在加熱爐的輻射室爐管內以20℃/分鐘的升溫速率迅速升溫至420℃，其中焦炭塔操作壓力為0.01MPa(表壓)。反應并進行分餾之后所得的餾分油產率約為52.1％(干基)，焦炭的產率約為33.6％(干基)。
實施例2使用廢木材作為原料，將其粉碎至平均粒度為2mm，然后送入混合罐中與渣油、餾分油混合，其中混合質量比為15％，接著將混合后的原料送入加熱爐的對流管內以10℃/分鐘的升溫速率預熱至300℃，然后在加熱爐的輻射室爐管內以80℃/分鐘的升溫速率迅速升溫至510℃，其中焦炭塔操作壓力為0.2MPa(表壓)。反應并進行分餾之后所得的餾分油產率約為41.2％(干基)，焦炭的產率約為39.4％(干基)。
實施例3使用秸稈作為原料，將其粉碎至平均粒度為0.2mm，然后送入混合罐中與渣油、餾分油混合，其中混合質量比為5％，接著將混合后的原料送入加熱爐的對流管內以6℃/分鐘的升溫速率預熱至240℃，然后在加熱爐的輻射室爐管內以50℃/分鐘的升溫速率迅速升溫至480℃，其中焦炭塔操作壓力為0.03MPa(表壓)。反應并進行分餾之后所得的餾分油產率約為50.4％(干基)，焦炭的產率約為33.6％(干基)。
實施例4使用廢紙作為原料，將其粉碎至平均粒度為1mm，然后送入混合罐中與渣油、餾分油混合，其中混合質量比為14％，接著將混合后的原料送入加熱爐的對流管內以8℃/分鐘的升溫速率預熱至280℃，然后在加熱爐的輻射室爐管內以60℃/分鐘的升溫速率迅速升溫至500℃，其中焦炭塔操作壓力為0.15MPa(表壓)。反應并進行分餾之后所得的餾分油產率約為40.1％(干基)，焦炭的產率約為36.9％(干基)。
實施例5使用城市垃圾填埋場陳垃圾篩上物中難降解的廢棄物作為原料，將其粉碎至平均粒度為0.5mm，然后送入混合罐中與渣油、餾分油混合，其中混合質量比為5％，接著將混合后的原料送入加熱爐的對流管內以8℃/分鐘的升溫速率預熱至280℃，然后在加熱爐的輻射室爐管內以60℃/分鐘的升溫速率迅速升溫至500℃，其中焦炭塔操作壓力為0.1MPa(表壓)。反應并進行分餾之后所得的餾分油產率約為55.1％(干基)，焦炭的產率約為35.1％(干基)。
實施例6
使用廢棄鋸末作為原料，將其粉碎至平均粒度為0.1mm，然后送入混合罐與渣油、餾分油混合，其中混合質量比為10％，接著將混合后的原料送入加熱爐的對流管內以8℃/分鐘的升溫速率預熱至200℃，然后在加熱爐的輻射室爐管內以60℃/分鐘的升溫速率迅速升溫至500℃，其中焦炭塔操作壓力為0.1MPa(表壓)。反應并進行分餾之后所得的餾分油產率約為52.1％(干基)，焦炭的產率約為33.0％(干基)。
雖然為了清楚和理解的目的，已對本發明進行了詳細的描述，但是在閱讀了本申請說明書之后，本領域技術人員將會明白，在不偏離本發明的精神和實質的前提下，可以對本發明進行各種修改和改變，這些修改和改變均落入所附權利要求書的范圍之內。
權利要求
1.一種處理廢棄生物質的方法，它包括以下步驟(a)將廢棄生物質原料粉碎至平均粒度為0.1-2mm；(b)將粉碎后的原料與油混合，其中所述原料與油的混合質量比為0.05-15％；(c)將混合后的原料加熱至190-300℃；(d)將所述原料進一步加熱至420-510℃；(e)對所述原料進行延遲焦化處理，得到焦炭和油氣產品；(f)對所得的油氣產品進行分餾，得到分餾產品。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述廢棄生物質原料選自谷殼、秸稈、果皮、果核、落葉、樹皮、雜草、廢木材、生活廚余、廢紙、以及城市垃圾填埋場陳垃圾篩上物中難降解的廢棄物。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(a)中，將廢棄生物質原料粉碎至平均粒度為0.1-1mm。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述油選自渣油、餾分油、以及它們的混合物。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述原料與油的混合質量比為5-15％。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述加熱為對流加熱，其升溫速率為5-10℃/分鐘。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中，將混合后的原料加熱至200-240℃。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(d)中，所述加熱為輻射加熱，其升溫速率為20-80℃/分鐘。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(d)中，將所述原料進一步加熱至480-500℃。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(e)中，所述延遲焦化的操作壓力為0.01-0.2MPa表壓。
全文摘要
本發明涉及涉及廢棄生物質的處理領域，提供了一種能方便地大規模處理廢棄生物質并有效地生產生物質能源的廢棄生物質的延遲焦化處理方法，該方法包括(a)將廢棄生物質原料粉碎至平均粒度為0.1－2mm；(b)將粉碎后的原料與油混合，其中所述原料與油的混合質量比為0.05－15％；(c)將混合后的原料加熱至190－300℃；(d)將所述原料進一步加熱至420－510℃；(e)對所述原料進行延遲焦化處理，得到焦炭和油氣產品；(f)對所得的油氣產品進行分餾，得到分餾產品。
文檔編號C10G9/00GK1891789SQ20051002754
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月6日 優先權日2005年7月6日
發明者汪華林, 陳于勤, 白志山, 沈申春 申請人:華東理工大學