[发明专利]一种连续式生物炭生产设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续式生物炭生产设备和方法，属于生物质碳化技术领域。

背景技术

中国经济的快速发展和化石燃料的大量消耗造成了温室气体排放量的持续增加。为应对气候变化，中国提出了自己的行动目标，即“到2020年，单位GDP排放量降低到2005年的40%-45%水平”。该目标被作为约束性指标被纳入“十二五”及其后的国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应措施加以落实。中国是一个农业大国，每年仅农作物秸秆的产生就可从大气中回收9亿吨CO₂。如果能在农业中找到固碳途径，将生物质从大气中回收的CO₂固定下来，则庞大的农业资源所产生的碳汇量可为实现这一减排目标做出重大贡献。最近国际上出现的生物炭技术即是一条很有潜力的农业固碳技术途径。

生物炭技术是将生物质（如作物秸秆和林业废弃物等）或其衍生物进行碳化，然后以一定的方式施用于土壤以获得相应经济、生态和环境收益的科学和技术理念。生物炭技术的碳汇作用来自两个方面，其一是将生物质生长过程中通过新陈代谢作用所吸收的大气CO₂转化为生物炭长期封存于土壤之中从而形成碳汇，其二是降低土壤温室气体、特别是N₂O和CH₄的释放通量。由于生物炭技术在农业、生态、环境和应对气候变化等方面的潜力，该技术思想一经提出即成为国际学术界的一个研究热点。美、英、加、澳、新等世界二十多个国家和地区先后启动了生物炭研究计划。与以往诸多新生研究热点不同的是，生物炭技术的研发得到了企业、公司和民间人士的参与。世界大能源公司如Eprida，BESTEnergy和Dynamotive Energy等积极拓展其已有的生物油研究业务，将其延伸到生物炭技术的研发。同时新的生物炭技术研发公司也纷纷成立。在上述生物炭技术研究中，生物质碳化技术研发都被列为重点攻关的课题。

生物炭技术在我国农业中的固碳潜力和对我国农业增收、农业可持续发展、生态环境改善潜力的评估表明，如果生物炭技术能够在我国农业中推广应用，仅作物秸秆的碳化就可以每年固定5亿吨CO₂当量，相当于我国2005-2006年温室气体排放增量（4.5亿吨）的111%，即可以完全回收2005-2006年我国温室气体排放的增量。如果该固碳方式被纳入联合国碳减排方案或我国将其纳入未来国内碳交易市场之中，则按目前的国际碳市场价格13欧元/吨估算，该技术的应用可使我国农业每年增收4000亿元人民币。如此大的经济收益必然大幅度提高秸秆利用价值，从而从根本上解决我国秸秆有效利用率低下和秸秆焚烧问题；生物炭技术的粮食增产潜力为20%-200%，这为在保证粮食安全的条件下实现退化土地退耕还林还草、改善和治理生态环境提供了可能。以贵州省为例，按30%的粮食增产率计算，则在保证粮食产量不减的情况下可使全省退耕石漠化土地85万公顷，占该省全部石漠化土地的25%，中-重度石漠化土地的65%。

但要使生物炭技术的上述潜力变为现实，必须解决秸秆等生物质的碳化技术问题，即需要研发适合中国国情的可产业化的生物质碳化技术。

目前，国内外生物质碳化方法在技术途径的选择上普遍采用干馏法，即在无氧条件下加热生物质使其产生裂解反应，从而产生生成炭、生物油、和成气等。自1970年至今利用干馏法原理生产生物炭的技术专利就有近170项之多。干馏法途径技术相对简单、成本较低。只要能做到生物质的慢速加热，就能够得到理想的生物炭产率，同时又能保证生物炭的碳化质量。但干馏法技术途径的一个常见问题是裂解油气的回收利用较为困难，容易产生大气污染。慢速加热又与快速生产的目标相矛盾。我国市场上已有的利用干馏法进行木炭生产的机械设备可用于生物炭的生产目的。但这些碳化技术多采用批次生产，且多用电能供热，尾气回收利用也存在不足之处。理想的生物质碳化技术应该是能够解决慢速加热与快速生产的矛盾，解决碳化过程中尾气回收利用问题，降低碳化能耗，连续和批量的进行生物质的碳化。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种连续式生物炭生产设备和方法，可解决生物质裂解过程中焦油容易堵塞管道的难题，将裂解过程中所产生的裂解油和合成气回收到炉具内加热燃烧，即解决碳化过程中的能源问题，又实现碳化过程中大气污染的防治；同时能够实现生物质在慢速加热条件下进行生物炭的连续式批量生产。