[发明专利]分级热解富含木质素的生物质的方法，所获得的富碳的固体及其作为土壤改良剂或吸附剂的用途

说明书

本发明涉及一种利用生物质的方法，其中在热处理过程中热解该生物质，以获得驱出气体和剩余的富碳固体。

生物质定义为来自于活着的或不久前活着的有机体的生物有机材料。它通常被作为可再生能源用于代替化石碳或烃材料。

热解是有机材料在高温基本上不存在氧气的情况下进行的热化学分解。技术上实现的热解方法往往伴随着焚烧少部分有机材料以通过燃烧热驱动该吸热热解。为此原因，热解方法不是在完全不存在氧气的情况下进行的。

在工业化之前人类已经热解了生物质：

例如，木炭烧制者将木头在温度低于300℃的窑炉内进行低温碳化，以使得木炭保持为富碳固体。

但是，这种热解不在缺氧条件下进行；相反，所用的一部分木头，即，挥发性成分，被燃烧以获得热解温度。

亚马逊地区的原住民很早就认识到将植物和食品残留物进行几周的低温碳化会产生热解焦炭，其可以成功地用作农业的土壤调节剂。葡萄牙语将这种焦炭称作“terra preta”。有头脑的商人越来越多地尝试将“terra preta”(由不可靠的来源例如旧轮胎热解而成)作为天然的印度神药卖给欧洲的业余园丁。

在日本，普遍的作法是热解厨房废物或谷壳，和利用所获得的焦炭作为土壤调节剂，称作“haigoe”。适合家用的装置在那里是市售的。

生产terra preta以及haigoe的传统方式包括在将新鲜生物质供给到热解之前，对其进行发酵步骤的步骤。

在德国，生物质通常不热解而是气化。气化的目的是获得富碳燃料气；剩余的固体仅仅是无机灰烬。

所有已知的利用热解的方案的一个共同特征是它们利用了不能以另一方式利用的生物质，例如可免费获得的废物。高成本的生物源给料的热解迄今尚未公开进行。

US20080317657A1公开了一种“碳消除(carbon negative)”方法，用于捕集和寻找来源于生物质的焦化物形式的大气碳，其中该生物质在235-650℃的温度气化。备用的生物质的水含量被限制到60重量%或更低。没有讨论给料的木质素含量；但是提及了木头废物作为可能的来源。

CN1752054A公开了一种通过在800-1200℃煅烧竹子木炭1-3 h，来生产杀虫剂和肥料所用的多孔载体的方法。

WO2004037747A2公开了一种热解生物质，释放在高挥发性有机化合物中的热解气体和生产固体碳木炭残留物的方法。将温度保持高于600℃持续大于10分钟，以使得表面酸基团的产生最小化。所生产的木炭被用作土壤改良剂。

JP10028861A公开了一种在氧化钛存在下，在600-800℃的温度范围内无氧煅烧木粉来生产木炭的方法。将该木炭用于除去空气污染物如NO_x，SO_x，CO或烃类。没有打算将这种木炭用于CO₂捕集目的或土壤改良剂。

WO2008076944A公开了一种自供料方法，用于在顺序热解的多重窑炉中生产生物碳。将来自前一窑炉的废气用于供料随后的窑炉的吸热热解。因为该方法基于混合有家用和/或工业废物的木头，因此供料生物质的木质素含量较低，焦化物中固定碳的百分比总计为85%。

Sohi等人(Sohi，S.，Loez-Capel，E.，Krull，E.，Bol，R.，2009：Biochar，climate change and soil：A review to guide future research” CSIRO Land and Water Science Report 05/09，第64页；可在线获得)汇总了目前的科学发现，声称具有高木质素含量的给料当在大约500℃的中等温度热解时，产生最高的生物碳产率。此外，Sohi等人教导了使用绿色废物给料，经由在高温(600-900℃)的缓慢热解来生产合成气和作为吸附剂的活性炭。该绿色废物的木质素含量比木头低。

由S.P.Sohi，E.Krull，E.Lopez-Capel和R.Bol：A review of Biochar and its function in soil. Advances in Agronomy，第105卷(2010)，47–82提供的一篇最近的论文汇总了关于生物碳及其应用的科学发现。