一种生物煤的制备方法和装置

本发明涉及可再生能源，尤其涉及一种生物煤的制备方法和装置。

背景技术：

1、煤炭是一种不可再生资源，在现有的能源结构中占有较高的占比，是重要的能源之一。但是大量使用煤炭会造成严重的环境污染和温室效应，因此亟需一种能够取代煤炭的使用的可再生绿色能源。

2、生物煤是一种可再生的固体燃料，已被人们应用于生物质发电等多种工业活动中。生物煤通常是采用秸秆、树枝、树皮、垃圾等农业废弃物作为原材料，通过专用设备经过粉碎处理、压缩处理等工艺，压制成的一种可直接燃烧的固体燃料。例如专利cn105273788a描述了使用农作物秸秆搭配黏土、消石灰挤压成行的生物煤。该生物煤并未完全摆脱化石煤炭的利用。专利cn102191106 a描述了一种水浮莲生物煤的制备方法，通过干燥粉碎和压制成型，获得了一种可再生的生物煤。然而该生物煤的热值含量较低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种生物煤的制备方法和装置。

2、生物质是重要的可再生资源，能够有效取代化石能源的使用。生物原油是生物质经过水热液化、溶剂液化或加氢液化等方式得到的可再生能源物质，具有较高的能源利用效率，具备替代现有化石原油的潜力，受到科研工作者的广泛关注。生物原油通过蒸馏获得能够掺混柴油或是煤油的液态燃料，具有重要的研究意义，但其副产物重质馏分的占比量较高，因此如何有效利用这部分副产物成为一个重要的问题。

3、本发明研究发现生物原油在500℃以上的蒸馏产物性能上和褐煤具有一定的相似度，而且在经过脱氮提质处理后具有较高的热值和较低的灰分含量，甚至能量密度达到半烟煤的标准(常规褐煤为18-26mj/kg，半烟煤为29-32mj/kg)，解决了生物原油的重质组分利用问题和煤炭不可再生性的问题。此外，本发明提供的生物煤燃料比低于0.2，灰分含量低于1％。在燃烧效率上有着显著的优势。

4、第一方面，本发明提供一种生物煤的制备方法，包括：

5、将生物原油进行蒸馏，取500～550℃的蒸馏产物进行脱氮提质；

6、所述脱氮提质包括：

7、采用加氢脱氮催化剂，在300～400℃的条件下，加入氢气反应1～2小时；所述氢气和所述蒸馏产物的质量比为(200～1000):1。

8、进一步地，所述加氢脱氮催化剂包括：载体以及负载于所述载体上的过渡金属；

9、所述载体优选包括：硅胶、硅铝酸盐或金属氧化物中的一种或多种；所述过渡金属优选包括钴、钼、镍、钨、钒、钯或铂中的一种或两种。

10、所述载体进一步优选为α-氧化铝或γ-氧化铝。

11、进一步地，所述蒸馏包括：

12、在无氧条件下、400～550℃温度条件下蒸馏1～7小时；或，

13、在无氧条件下，以1～20℃/min的速度升温至400～500℃保持0.5～2小时，之后升温至530～550℃保持1～5小时。

14、进一步地，所述无氧条件为惰性气体氛围，以流速为5-20ml/min进行控制。

15、优选地，所述惰性气体为氮气或氦气。

16、进一步地，所述生物原油的原料包括：微藻、畜禽粪便、餐厨垃圾、城市污泥、厕污、塑料、陈粮、秸秆或木屑中的一种或多种；和/或，所述生物原油的制备方法包括：水热液化、溶剂液化或加氢液化中的一种或多种。

17、进一步地，所述水热液化包括：

18、将所述原料在含水量为75～90％的水平下，以5～15℃/分钟的速率升温至200～400℃之后保持25～60分钟。

19、本发明提供的水热液化适用于多种生物质制备生物原油的流程，实际上部分生物质在制备生物原油时还包括预处理流程，例如微藻在制备生物原油时可以先在150～200℃的条件下进行热水解处理。

20、第二方面，本发明提供一种生物原油的蒸馏装置，包括：精馏装置和蒸馏产物出口；

21、所述蒸馏产物出口包括：出料口以及遮盖出料口的剐蹭板；所述剐蹭板通过传动轴和传动带操纵在所述剐蹭板所处的平面运动。

22、进一步地，所述剐蹭板通过中线分为对称的两部分，通过传动轴和传动带操纵在所述剐蹭板所处的平面运动执行靠近和远离的运动。

23、第三方面，本发明提供一种生物煤的制备装置，包括：水热液化装置、所述的蒸馏装置和生物煤制备装置。

24、进一步地，所述生物煤制备装置包括干燥装置和高温反应装置。

25、本发明具备如下有益效果：

26、本发明提供了一种基于生物原油制备生物煤的方法，对生物原油500～550℃的馏分进行有效的再利用，经过提质后该特定馏分段的产物具有较高的热值和较低的灰分含量，同时解决了生物原油重质组分的利用问题和煤炭不可再生问题。本发明提供的生物煤可以有效取代煤炭的使用，有利于保护环境和能源可持续发展。

技术特征：

1.一种生物煤的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加氢脱氮催化剂包括：载体以及负载于所述载体上的过渡金属；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述蒸馏包括：

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述蒸馏包括：在无氧条件下，以1～20℃/min的速度升温至400～500℃保持0.5～2小时，之后升温至530～550℃保持1～5小时。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述生物原油的原料包括：微藻、畜禽粪便、餐厨垃圾、城市污泥、厕污、塑料、陈粮、秸秆或木屑中的一种或多种；和/或，所述生物原油的制备方法包括：水热液化、溶剂液化或加氢液化中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水热液化包括：

7.一种生物原油的蒸馏装置，其特征在于，包括：精馏装置和蒸馏产物出口；

8.根据权利要求7所述的蒸馏装置，其特征在于，所述剐蹭板通过中线分为对称的两部分，通过传动轴和传动带操纵在所述剐蹭板所处的平面运动执行靠近和远离的运动。

9.一种生物煤的制备装置，其特征在于，包括：水热液化装置、权利要求7或8所述的蒸馏装置和生物煤制备装置。

10.根据权利要求9所述的制备装置，其特征在于，所述生物煤制备装置包括干燥装置和高温反应装置。

技术总结本发明涉及可再生能源技术领域，尤其涉及一种生物煤的制备方法和装置。所述制备方法包括：将生物原油进行蒸馏，取500～550℃的蒸馏产物进行脱氮提质；所述脱氮提质包括：采用加氢脱氮催化剂，在300～400℃的条件下，加入氢气反应1～2小时；所述氢气和所述蒸馏产物的质量比为(200～1000):1。本发明提供了一种基于生物原油特定温度下的组分经过提质处理得到生物煤的方法，既解决了生物原油的重质组分利用率较低的问题，又解决了煤炭不可再生的问题，有利于能源的可持续发展。技术研发人员：刘志丹,曹茂炅,孔德亮,贾吉秀,袁昌斌受保护的技术使用者：中国农业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16