[发明专利]草浆黑液处理装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种草浆黑液能源化利用装置及其方法。

背景技术

传统草浆黑液处理方式是采用碱回收炉燃烧，使草浆黑液中有机物的化学能转变为热能，将草浆黑液中钠转化为烧碱，该方法存在运行安全问题（燃烧过程中产生的硫和熔融碱盐）且能耗高（草浆黑液燃烧前的多级蒸发浓缩工艺耗费了大量的能量）。

20世纪80年代中期，美国夏威夷自然能源研究所首先提出了可燃气制备技术的完整概念。该技术是利用超常规状态下的水作为反应介质（通常反应温度在400~650℃，反应压力低于50MPa），生物质在超临界水中经历热解、水解、氧化、还原等一系列复杂热化学转化过程，主要的气体产物是H₂、CO₂、CO、CH₄、C₂~C₄烷烃/烯烃等混合气体，而后气体产物通过分离和压缩等工业上成熟的化工过程获取高纯度的可燃气。在草浆黑液液体原料进行可燃气制备的研究中发现氢气产率和气化转化效率均较高，且草浆黑液中无机质（钠盐等）对有机质（木质素类为主）转化过程存在显著的催化促进作用。然而，木质素含量较高的原料在可燃气制备转化过程中易生成焦油，焦油对可燃气制备反应系统的正常运行存在安全隐患；草浆黑液中无机质含量较高（约占40%），无机质在传统反应系统中易沉淀、堵塞，危害有机质转化过程的顺利进行。因而可燃气制备技术的工业应用还不是很多，而且其自身也面临进一步降低能耗的问题。

在焦炭快速生成的研究中发现木质纤维素类有机质在高温、无氧或缺氧条件下热解转化为表面活性高、孔隙率及比表面积大的固体生物质焦，以及焦油和可燃气。生物质焦具有良好的物理吸附特性，被认为是优质的燃料和工业原料。木质纤维素类生物质主要有机组成包括木质素、纤维素和半纤维素，在热解过程中纤维素和半纤维素主要转化为挥发性物质，木质素主要转变为焦炭。木质纤维素类生物质中，木质素一般约占25%，因而木质纤维素类生物质的天然化学组成不

利于生物质焦高产量的实现。

发明内容

为了克服草浆黑液可燃气制备技术存在的对焦油和无机质含量要求高的缺点，本发明提出了一种可燃气制备耦合焦炭快速生成方法及其使用的装置。利用本方法和装置可以一体化处理草浆黑液，即将草浆黑液中多糖、有机酸、醇类等有机质的化学能转化为氢气等可燃气能源的同时获得高浓度碱液，并且将草浆黑液中木质素及其衍生物转变为生物质焦，从而实现草浆黑液资源安全、低能耗、高效的综合利用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种草浆黑液的处理装置，包括固-液两相分离器、液体原料集合池、第一热交换器、可燃气制备炉、碱回收装置、浓碱液集合池、气液分离器、可燃气高压罐、液体产物集合池、焦炭生成炉、第二热交换器；固-液两相分离器用于将草浆原料分筛成固体和液体，液体原料集合池的入口与固-液两相分离器的液体出口相连，液体原料集合池出口、第一热交换器、可燃气制备炉、碱回收装置入口依次相连，所述碱回收装置设有位于上部的气液混合出口和位于底部的碱液出口，碱回收装置的碱液出口与浓碱液集合池连接，从碱回收装置的气液混合出口排出的气液混合物依次对焦炭生成炉、第二热交换器进行加热后进入气液分离器的入口，气液分离器的气体出口与可燃气高压罐连接，气液分离器的液体出口连接到液体产物集合池，固-液两相分离器的固体出口依次与第二热交换器、焦炭生成炉连接。

进一步的，还包括第三热交换器，所述第三热交换器用于从第二热交换器流出的气液混合物与液体原料集合池内的液体交换热量。

进一步的，还包括隔膜式计量泵，草浆原料先流经隔膜式计量泵再进入固-液两相分离器。

进一步的，所述焦炭生成炉包括链条炉排，链条炉排用于将固-液两相分离器固体出口排出的固体送入焦炭生成炉中。

进一步的，所述固-液两相分离器通过滤芯来实现固液分离，所述滤芯为烧结式金属粉末滤芯，其孔隙大小为20~30μm。

进一步的，还包括背压阀和气体增压泵，背压阀设置于第二热交换器与气液分离器之间，气体增压泵设置于气液分离器与可燃气高压罐之间。

进一步的，还包括背压阀和气体增压泵，背压阀设置于第三热交换器与气液分离器之间，气体增压泵设置于气液分离器与可燃气高压罐之间。

本发明还公开了一种草浆黑液的处理方法，包括以下步骤：