一种实现农林固废无氧炭化的资源化方法与流程

本发明是涉及一种实现农林固废无氧炭化的资源化方法，属于废弃物资源化回收利用技术领域。

背景技术：

农林固废的种类非常多，主要包括：农作物秸秆、稻壳、树枝、树皮、树叶、树根、造纸剩下的木质素、草、甘蔗渣、酿酒渣、中药提炼后的渣、牲畜干粪便等。随着城市和农村的发展，这些农林固废的量越来越大，不仅在农村而且城市的量也越来越多，如城市的树枝的量、枯草的量等；农村的秸秆、稻壳等。据统计，我国每年产生的农林固废高达八亿吨！虽然这些农林固废都是可以利用的资源，但由于没有有效地解决环保利用的技术问题，目前没有得到有效地利用。

另外，随着我国环保要求的不断提高，原来可以直接焚烧的农林固废现在不允许直接焚烧。为了充分有效的利用农林固废，防止农林固废的焚烧，我国制定了相应的法规，如禁止焚烧秸秆等。有的地区如江苏省张家港市对环保利用秸秆每亩补贴200-400元。又如：江苏省扬州市对城市产生的树枝环保利用每吨补贴300元。

目前最有效的利用方法是将农林固废先进行炭化处理，再以木炭的形式利用。由于木炭的燃烧值远大于农林固废，同时在燃烧过程中减少了污染，是一种有效环保利用的方法。但在炭化的过程中也会产生相应的污染，特别是在炭化过程中需要消耗大量的能源，甚至消耗的能源还大于所得到的木炭的燃烧值，如：将树枝进行炭化成木炭，虽可以用于烧烤、发电，但现在炭化的时间长达三天三夜，炭化所得到的木炭的发热量还不够在炭化过程中所消耗的能量，得不偿失！特别是在炭化的过程中，由于空气的存在，有时候会自燃一部分，降低了木炭的发热量。因此，农林固废的高效炭化是人类有效利用的难题，如何有效地进行环保、高效的农林固废的炭化技术，显得越来越重要。

因此，本领域急需研发一种既清洁环保，且能耗和成本低，资源利用率高，尤其可解决裂解釜内易结垢、结焦这个世界性技术难题的有关农林固废的资源化方法，这将对农林固废的资源化利用具有重要经济价值和深远社会意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种既清洁环保，且能耗和成本低，资源利用率高，尤其可解决裂解釜内易结垢、结焦这个世界性技术难题的，能实现农林固废无氧炭化的资源化方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种实现农林固废无氧炭化的资源化方法，包括农林固废，所述资源化方法是将农林固废浸没在高温液体中，通过在隔绝空气的高温液体的作用下进行加热裂解，使农林固废被炭化成木炭，同时释放出焦油和可燃气体。

本发明通过将农林固废浸泡在高温液体里，使农林固废与空气隔绝，处于无氧状态进行炭化，从而避免了燃烧值降低。同时，由于高温液体的密度是空气的八百倍，传热速度是空气的八百倍，因此可以实现农林固废的迅速炭化。以树枝为例：传统的炭化窑需要七天七夜，虽然通过钢容器可以缩短，但仍然需要三天三夜；而采用本发明的高温液体浸泡加热裂解技术只需要七分钟，可以使炭化速度提高几百倍。并且，由于炭化过程是处于无氧状态，所得到的木炭不与空气接触，因此不存在氧化现象，因而还可以大幅度提高木炭的燃烧值。

一种优选方案，所述高温液体的温度在300～500℃之间。在此温度范围内，炭化效果最好，并且可以节省加热能源。另外，传统的炭化无法有效控制温度，致使得到的木炭燃烧值低、产品质量差，而本发明是采用高温液体加热，可以实现温度的精确控制。

一种实施方案，所述高温液体选用金属或/和金属合金的熔融液体。所述金属和金属合金均优选熔点低的，如铅或铅合金、锡及锡合金；金属铅的熔点低，特别是铅锡合金，熔点更低；而且，铅的价格低、表面张力大，不会与油、渣、气粘附在一起；更关键的是，由于铅和/或铅合金的比重大，可使热解后产生的炭不会沉入到加热容器的底部，从而可确保不会结垢、结焦，能保持良好的导热性。

一种实施方案，所述高温液体选用无机盐或/和无机碱的熔融液。所述无机盐具有价格低，无毒性的优点，如氯化锌，氯化锌的熔点是290度，完全可以满足热解所需温度的要求。所述无机碱可以选择氢氧化钠，熔点为318度，并且氢氧化钠的价格只有铅的十分之一，同时没有毒性，非常安全。通过多种碱或无机盐的混合还可以降低熔点，如通过将氢氧化钠与氢氧化钾的混合，混合后的熔点将小于318度。

一种实施方案，所述高温液体选用由金属或/和金属合金的熔融液与无机盐和/或无机碱的熔融液形成的双层液体。由于金属的比重大，可以防止生成的炭沉入到加热容器的底部，确保底部绝不会结焦，同时方便出渣。上层是无机盐或碱，仍然可以达到加热的效果，但成本比金属低。

一种优选方案，所述农林固废在浸没于高温液体之前进行干燥处理。由于农林固废往往含有一定的水分，在处理时与高温液体相遇会消耗大量的能源，同时当水分含量过大时会引起高温液体的膨胀，引发安全事故，因此最好对农林固废在浸泡之前进行干燥处理。

一种实施方案，所述农林固废在浸没于高温液体之前进行粉碎、挤压成型。如：粉碎后的农林固废材料通过螺旋挤压机的挤压作用可以成型，如挤压成棒。挤压成棒后密度增加，可方便下一步处理。同时也有利于标准化、工业化生产操作。

一种实施方案，在农林固废上施加外力，使其浸没到高温液体中进行加热。由于农林固废的比重比较小，当农林固废的比重小于高温液体时，可在农林固废上施加外力，让农林固废全部浸没在高温液体中。当高温液体的比重高于农林固废时，农林固废是飘浮于高温液体的表面，加热的面积有限。但浸没在高温液体中时，加热面积远大于飘浮于表面的面积，而加热面积越大，加热效率越高，热解速度越快，产量越大。

一种实施方案，将释放出的焦油和可燃气体先引入冷凝器，然后使未被冷凝的气体直接引入气体贮存器。由于农林固废在热解后会产生焦油、可燃气体，通过冷凝可以有效地回收变废为宝，同时还可避免对空气的污染。

一种实施方案，将所得到的木炭进行粉碎后加入粘接剂再次挤压成棒型和干馏处理。由于农林固废的种类繁多、成分复杂，虽然先进行了清理分类，将一些无法进行炭化的无机物如泥土等与有机物进行分类，但不能保证所有的分类都能达到要求，所以里面难免会混有一些无机物，因此通过筛选将其中的无机物分离出去，可以提高渣的燃烧值。对炭化后的木炭进行粉碎后可采用分选方法进行分离。如果是采用无机盐或碱作高温液体，将其粉碎后，可用水进行清洗，将残留的无机盐或碱分离；并且，还可以将清洗液体进行浓缩，使无机盐或碱可回收重复利用。将挤压成型的炭再进行干馏，可制成燃烧值高于原来的木炭，经济效益和社会效益更好。为了保证挤压的质量，在挤压过程中加入粘接剂，所述粘接剂可以是淀粉。在挤压成型过程中添加淀粉和/或废弃农作物，通过这种方式可以提高棒的成型强度，保证在干馏过程中不会散成粉末。

与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：

本发明通过创造性地采用高温液体对农林固废直接进行无氧加热，改变了千百年来的炭化方法，使农林固废在高温液体中发生热解，不仅可显著降低农林固废对环境所造成的污染和危害，真正实现农林固废无害化处理，可实现对农林固废的最大程度的资源化利用；而且加热温度可精确控制，可确保农林固废及热解后产生的木炭不会沉入加热容器中产生结垢、结焦，从而彻底解决现有技术中的结垢、结焦难题；另外，使农林固废浸没在高温液体中进行热解反应，可使加热效率显著提高，能从现有的三天三夜缩短为7分钟，显著节约了能耗，资源利用率高，处理周期短；总之，本发明相对于现有技术，具有显著进步性，对实现农林固废资源化利用具有重要经济价值和深远社会意义。

附图说明

图1是对比例提供的现有实现农林固废炭化的方法原理示意图。

图2是实施例1提供的一种实现农林固废无氧炭化的资源化方法的原理示意图。

图3是实施例2提供的另一种实现农林固废无氧炭化的资源化方法的原理示意图。

具体实施方式

下面结合对比例、实施例和附图对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。

对比例

请参阅图1所示，现有技术中实现农林固废炭化的一种方法是：将挤压成型的农林固废棒1放置在钢制的容器4里，在容器4下面用火源5加热。农林固废棒1的底部2由于与容器4直接接触，加热速度快，从而炭化速度快，但由于整个容器4中留有残留空气，非常容易在空气中有限燃烧，从而降低了木炭的燃烧值。而农林固废棒1的中上部3由于没有直接与容器4相接触，无法直接被火源5加热，只能依靠容器4里面的热空气传热；但由于空气的密度是液体的八百分之一，所以导热的速度也只有液体的八百分之一，以致需要三天三夜才能实现完全炭化，炭化效率很低，实用性差。

实施例1

请参阅图2所示，本实施例提供的一种实现农林固废无氧炭化的资源化方法是：在容器4里面倒入高温液体6，通过火源5的加热使高温液体6的温度达到400℃。使挤压成型的农林固废棒1直接浸没在高温液体6中，通过高温液体6的直接加热实现农林固废的无氧炭化。由于农林固废棒1是直接浸没在高温液体6中，因此与空气隔绝，处于无氧状态，因而在炭化中不会发生燃烧现象，进而保证了木炭的质量。另外，由于高温液体6的密度是空气的八百倍，所以传热速度是空气的八百倍，因此炭化速度非常快，只需要七分钟就可以完成炭化过程，炭化速率是现有技术的六百倍，显著降低了炭化能耗和提高了炭化效率及降低了生产成本。

实施例2

请参阅图3所示，本实施例提供的一种实现农林固废无氧炭化的资源化方法是：使挤压成型的农林固废棒1浸没在温度为400℃的高温液体6中，通过高温液体6的加热作用使农林固废棒1被迅速炭化成木炭。同时使炭化过程中产生的焦油和可燃气体通过容器4上面的油气导管7进入到冷凝器8中，在冷凝水9的冷却作用下，焦油被冷凝沉积在焦油罐10中，不可凝的可燃气体可通过导气管11排入到贮气罐12中，使得农林固废在热解中产生的焦油、可燃气体可以有效地回收变废为宝，同时还可避免对空气的污染，具有节能环保优点。

最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。