[00132038]一种快速、规模化生产生物燃料的方法

一、基本原理和先进性描述： 对于使用外部热源加热的各种圆柱形立式（或者卧式）干馏碳化釜，将加热室布置在碳化室四周，依靠“导热”的方式，通过碳化室外表面把热能传递给碳化室内部的被碳化物质实现碳化，是国内外传统的常速热解反应器一贯通用的加热方式。比如，日本的一些企业在最先进的两步法气化熔融法（或者冷却法）治理城市垃圾的技术中，在第一步的“碳化气化”过程中所使用的一种核心碳化干馏设备…圆柱形立式《40~60分钟超快速炭化炉》（又叫做“奥卡德拉碳化机”）的基本换热结构，就是这种导热加热的方式。和原始使用的“回转式炭化炉”相比较，《40~60分钟超快速炭化炉》的导热面积一下子从一条线增加到全部的外表面，扩大了5~10倍。因此，日本的这种技术，近年来在世界上发展的很快。 但是，用这种导热传热方式的全部总加热面积，充其量也只能够是干馏釜碳化室的外表面总表面面积（F），即F=碳化室的圆周长（ L）×碳化室高（H）（㎡）。所以 F是一个在设备总尺寸定型后，就已经确定了的固定数量。 在干馏釜碳化室尺寸完全一致的情况下，本发明在具有相同的 F导热面积的情况下，同时又在立式的燃烧加热室内布置了相当于2F面积上下强制加热的封闭式循环加热管，使用被碳化的生物质在热解反应过程中产出的挥发份（V）气体作为高温载能工质，在循环加热管道内被燃烧加热室强制加热到恒定的温度（比如650℃）的过程中或者在温度恒定后，不断的和被干馏的生物质材料在碳化室中进行强制的连续循环对流换热（详见 ZL200910165054.2说明书附图）。 由于在中、低温条件下对流换热的强度要比导热换热的强度大许多倍，因此，和日本的相同规格尺寸的炭化炉相比较，其导热加热的面积至少比日本《40~60分钟超快速炭化炉》大两倍。而且这个加快的速度倍数甚至还可以更大：这可以通过设计不同尺寸的封闭循环加热管道的面积和数量来实现。 所以，本发明的加热速度可以比日本称为的 “超快速炭化炉”更快速。因此 ZL200910165054.2在我国的广泛推广使用，将有力的缓解我国制约生物质新能源开发过程中存在的“加热难、传热难”的瓶颈问题。 二、主要创新点： 创新点1：在常速热解反应器中，首先使用了以热解反应产生的气体产物作为高温载能工质并且用 “对流换热”为主的传热方式取代了以“导热换热”为主的传热方式。因此，本项目就极大的缓解了开发生物质能成为新能源所遭遇到的生物质材料“加热难、传热难”的制约瓶颈。 创新点2：国内外现在所有的常速热解反应器的核心部件，全部都是处于转动甚至处于高速运动中的运动部件（比如日本的《40~60分钟超快速炭化炉》，就是依靠离心机把生物质甩到碳化室的外壁上实现碳化的）。这种包含着运动部件的生物质物化转换设备，由于制造技术和成本问题，是不可能以大规模或者超大规模的形式进行生产的。因此，如何实现“低成本、规模化开发生物质新能源”，是限制这些常规的热解反应器大规模开发生物质新能源的另外一个制约瓶颈。 而本发明的核心部件（包括了全部的碳化系统和载能工质的循环加热系统）全部都是“静止不动”的铆焊件，在生产的规模可以按照三次方的速度增加时，设备的制造成本仅仅按照原材料消耗的数量呈线性增加。因此，本发明支持我国低成本、规模化开发生物质新能源的总需求。 三、专利的投资效益： 建设一座用有机质垃圾作为原材料，在没有任何污染的情况下，只产出半焦（SC）和非冷凝燃气（IG）两种高品位新能源的《30吨/d城市垃圾处理厂》的示范工程，投资需要350万元上下，3个月建成，6个月可收回全部投资。 而同样的规模，日本使用《40~60分钟超快速炭化炉》作为核心的转换设备，在2005年时建设的垃圾处理厂，就已经是3500万元了。而且现在还在世界上广为推广。 因此，本项目具有很大的利润空间。由于这个示范工程的技术在我国具有普遍适用的推广价值，所以，示范工程的“投资少、见效快、回收期特别短”的技术经济优势，就能够使投资人很快的获得到比较多的经济利益。 四、本发明适合哪些企业使用 第一类：个人创业者；希望最少的投资开始创业，用“滚雪球”的方法逐步发展壮大；具体操作方法，见“我的建议”中第一条。 第二类：寻找创新项目的科技型企业；希望寻找到“循环再生利用,节能综合利用,绿色环保科技,先进环保设备”的企业；具体操作方法，见“我的建议”中第二条。 第三类：各种治理垃圾的环保公司和已经建成的垃圾焚烧/发电厂；这些已经建成的垃圾焚烧/发电厂企业，目前都必须依靠政府的财政补贴，才能够生存；而且这些企业还需要彻底的解决在现在的生产过程中存在的烟气污染、二噁英污染。具体操作方法见“我的建议”中第三条。 第四类：各种制造生物质新能源的企业；1、希望提高经营效益的生物质发电厂；2、已经投入了巨资建成、但是现在长期停产的以生产具有战略意义的石油替代品--生物质油的“生物能源有限公司”进行产品更新。具体操作方法，见“我的建议”中第四条。 五、我的建议： 第一条：个人或者小企业希望“用最少的投资开始创业，用“滚雪球”的方法逐步发展壮大”时，建议执行的合作方法和步骤： 第一步：签订合作意向书。意向书上应当显示出来正式合同的全部约束条件。明确规定不执行或者违反意向书时，将要被处以很严厉的经济惩罚。比如：当投资者不愿意承担任何技术经济风险时，可以在意向书上写明下列两个原则： a、项目邀请专家的咨询费，通不过咨询时，技术方承担； b、进行的大约1万元上下的小型生产试验，达不到目标时，其费用全部由技术方承担。 出现了需要技术方承担责任的情况而技术方不承担责任时，则所有专利权一律自动转让给投资人。 第二步：投入大约1万元上下的资金，制造一台依靠外部加热、容积大约为9m3的木材炭化炉（新申请的专利名称是《一种具有多种特别性能的小型生物质炭化炉》）。由于这台木材炭化炉具有以下的性能，因此可以用来积累资金： ①、每天可以将装入炭化炉中的大约3吨的经过自然干燥的木材、竹子、秸秆等生物质材料完成热解碳化，产出大约1/3的半焦（木炭）、1/3的燃气和1/3的可冷凝成为液体的气体： A、产出的大约1吨木炭是主要商品；按照焦作市的市场价格，每天1吨木炭的利润大约为1000元以上； B、产出的大约1吨的热裂解燃气；这些燃气的大部分可以用来加热炭化炉自身需要，也可以经过处理加工，作为商品，供应其它需要燃气的用户（这需要另外投资）； C、产出的大约1吨的可冷凝成为液体的气体，大部分将以水蒸气形式排出，少部分的可燃成分（木焦油蒸汽）和燃气产品混合在一起排出，被燃烧掉了 (注：这一部分产物处理不当，容易对环境产生污染) 。 ②、按照每一炉的生产周期为24小时估计，每天还能够得到大约1~6吨上下的100℃热水，可以作为洗浴、采暖使用。 第三步：在证明了上述各点后，如果当地拥有丰富的生产木炭用的木材和竹林废弃物资源，用生产木炭的这种方法，可以很快的积累到一定的资金。在资金积累到一定程度后（大约5万元后），或者结合生产、制造、销售这种《一种具有多种特别性能的小型生物质炭化炉》，同时也生产配套需要的燃气净化、冷却、输送和储存设备，以此为业，在农村等适宜的范围内推广，成为一个专业的小型炭化炉生产厂；或者同时进入授权发明专利《一种快速、规模化生产生物燃料的方法》（ZL200910165054.2）和申请发明专利《垃圾无害化、资源化治理的一种方法》（申请号，201110315784.3）两个专利的可开发领域，进行大范围的生物质新能源的生产开发。 在这种情况下，可以按照“第二条”的有关内容进行。 第二条：希望寻找到“循环再生利用,节能综合利用,绿色环保科技,先进环保设备”的项目进行技术更新的企业，建议执行的合作方法和步骤： 第一步：原则上和“第一条”的“第一步”相同； 第二步：在《合作意向书》的指导下，由于投资人具有一定的经济实力和拥有一些从事技术研究的人员，因此，建议投资人详细参考日本有关的《40~60分钟超快速炭化炉》和使用这种炭化炉作为核心设备建设的两步法气化熔融法（或者冷却法）治理城市垃圾的技术文件和国内对于这种技术的评论和方法再研究的文件（签订了《合作意向书》后，技术方将提供这些资料，供投资人参考），从而证明本项目符合“循环再生利用,节能综合利用,绿色环保科技,先进环保设备”的项目要求，和日本先进的同类技术相比较，本项目是更先进的技术和设备。 第三步：共同研究使用ZL200910165054.2和201110315784.3结合起来的技术，探讨如何在“低成本、规模化”的原则指导下，正确的开发生物质新能源的技术路线，争取在总体效果和具体的实施技术细节方面，都要全面的超过日本的现有技术和设备水平； 第四步：在取得共识的基础上，首先投入大约2~3万元，制造一台在450~650℃条件下具有每小时快速干馏碳化1.0~1.5吨垃圾类生物质能力的核心《恒中温快速干馏炉》，进行生产能力的鉴定，达到《30吨/d生物质能生产厂》要求的生产规模标准后，基本上按照共同研究的技术路线并参考201110315784.3的清洁生产工艺要求，完成《30吨/d城市垃圾处理厂》（或者《30吨/d生物质能生产厂》）的标准样机…《2t/h生物质恒温快速干燥、碳化和催化重整装置总成》设计和制造；这大概需要50万元的资金投入。 第五步： 在标准样机取得成功的基础上，估计再需要50~100万元，将《30吨/d城市垃圾处理厂》（或者《30吨/d生物质能生产厂》）建设成为一个标准的示范工程，在条件合适时，进行高规格的科技成果鉴定。 第六步：由于示范工程对于我国现在运行的大部分垃圾处理厂、焚烧厂、发电厂都具有普遍适用的参考价值，因此利用示范工程的技术经济价值，可以以下述的两种方式在治理包括城市垃圾在内的有机质废弃物污染的领域中，进行大规模、高强度的推广应用： 第一种方式：按照《30吨/d城市垃圾处理厂》示范工程的模式，在国内县级以下城镇内广泛推广应用； 第二种方式：抓紧研发、设计、制造适合于每天处理100吨垃圾规模以上的《≮4t/h生物质恒温快速干燥、碳化和催化重整装置总成》并在国内的垃圾处理场进行以“升值并消除二噁英污染”的技术改造。 根据调查，改造国内的垃圾处理厂，不论规模大小，大约只需要垃圾处理厂按照现在投资总数量的5%，就能够在现有的生产系统中增加相同规格的《≮4t/h生物质恒温快速干燥、碳化和催化重整装置总成》，就能够在垃圾处理厂现有设备基本上都可以重复利用的前提下，完成“升值并消除二噁英污染”改造。其改造的时间一般不会大于三个月，回收期一般也不会超过半年。 由于这两种方法都是需要的资金很少、见效很快、回收期很短，因此实施这两种方式推广，投资人如果资金雄厚，获得利润最多也是最快的方式，是和需要建设垃圾处理厂的政府、企业，按照各投入50%股份的形式，共同投资，投资方和技术方共同提供生产技术，由垃圾场业主经营管理，共享成果。 第三条：对于已经建成的垃圾焚烧/发电厂的建议： 由于在已经建成的垃圾焚烧/发电厂中，已经具备有各种各样的工程技术人员，而且他们也必然了解国内外正在实施的各种“无害化、资源化、减量化”治理垃圾的技术。了解治理垃圾的必然发展趋势。 因此，我仅仅建议各位处理垃圾的工程师研究：如果使用ZL200910165054.2制造的《恒中温快速干馏炉》能够以更快的碳化速度、更低的制造成本彻底取代在日本的两步法气化熔融法（或者冷却法）治理城市垃圾中的《40~60分钟超快速炭化炉》并作为核心设备使用，那么，我们能够达到同样的治理效果吗？ 如果能够，那么由于本项目把一文不值的垃圾都转换成为了市场价格都在千元以上的半焦和非冷凝燃气，因此，垃圾焚烧/发电厂的盈利问题就自然解决了；所有的污染问题也都统统解决了。 在达到这个目的的过程中，需要现在在垃圾焚烧/发电厂工作的各种技术人员的共同努力。因为我仅仅作为《垃圾无害化、资源化治理的一种方法》（201110315784.3）发明中对于生物质热解反应实现清洁生产工艺过程的发明人，只是起到了一个提出实施方案的作用，最多是工程量的5%，而其它95%的工程量，都要涉及到其它许多的专业的具体工程问题，都是必须需要由专门的工程师来解决的。 第四条：对于各种制造生物质新能源的企业的建议： 现在国内建设有一些以生产具有战略意义的石油替代品--生物质油的“生物能源有限公司”。但是由于生产成本偏高、规模也不能够扩大、原材料的品种单一等多种原因，现在基本上都不能够正常生产。 比如，建设在合肥市蜀山新产业园的《安徽易能生物能源有限公司》和建设在山东省滨州市滨城区秦皇台乡西单寺农场《山东易能生物能源有限公司》，它们的生产规模大约都是每小时产出1吨生物质油，投资都在1000万元以上。 尽管这两个企业的最初使用的生产生物质油的技术，都是国内一个知名的大学所提供的专利技术，但是，我仍然建议他们进行技术更新： 1、将热解反应器改造成为《恒中温快速干馏炉》：如果仍然生产生物质油，按照每小时热解2吨秸秆的生产能力，《2t/h恒中温快速干馏炉》的制造成本不大于30万元，可以实现在500℃恒温条件下的快速加热，提高产油率并降低生产成本。 2、将产品定位在非冷凝燃气（IG）和半焦（SC）两种用途十分广泛的新能源上。放弃目前基本上没有消费市场的生产生物质油的方案。 主产品作这种改变的最大优点，是现代社会中原有的一切用能设备都不需要作任何的变动,就可以直接利用这两种新能源。 按照每天转换100吨秸秆成为半焦和非冷凝燃气的规模，新增加的核心设备…《5t/h生物质恒温快速干燥、碳化和催化重整装置总成》的制造成本不大于150万元，而且企业现有的净化、输送，储存，分配等许多设备都可以得到重新利用。 如果有企业希望作这种产品更新，我将提供更完整的技术资料，供有关的专家研究其可行性。