[发明专利]一种生物质有机炭制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质炭化技术领域，尤其是涉及一种以秸杆为原料的生物质有机炭制备方法。

背景技术

能源是国民经济赖以生存和发展的基础，能源的供给能力密切关系着经济社会的可持续发展，是国家战略安全保障的基础之一。中国目前正面临能源短缺与环境污染的双重压力，如何寻求一种清洁可再生能源来弥补化石能源的短缺，同时减少污染物的排放已迫在眉睫。以生物质能为代表的生物质气化发电、生物质氢能、生物质绿色燃料成为未来发展的重要替代能源。我国生物质储量丰富，每年至少产生30亿吨生物质，如果能将其充分利用，能减少大量的煤炭及石油消耗。

生物质热解炭化技术是生物质能利用技术的一种。生物质炭化是生物质在极低的升温速率、温度约400℃下长时间裂解，以最大限度地得到焦炭，得炭率一般在35%左右。生物质通过热解炭化技术可以制备生物质有机炭，其在有色金属的生产过程中常用于表面阻溶剂；在炼制铁矿石时，可以使得熔炼的生铁具有铸件紧密、细粒结构、裂纹少等特点；其还常用于制造电极、黑火药、润滑剂等，收集的挥发分可用于燃烧发电，裂解焦油也是一种重要的工业产品。有机炭由炭和碳氢氧化物组成，经过活化后可制备活性炭。

传统的窑式炭化炉炭化法对燃烧过程中的火力控制要求十分严格，且由于窑体多是由红砖砌成，容积较大；多用硬质原木进行烧炭，不仅资源浪费严重，而且生产过程劳动强度大、条件差、生产周期长、污染严重；无法对农村大量的废弃秸秆、稻草等生物质原料热解制炭。

发明内容

为了解决化石燃料的短缺问题，克服传统窑式炭化炉炭化法的缺点，提高生物质能的利用价值，本发明提供一种简单、高效、易控制的生物质有机炭制备方法，该方法能将生物质成型颗粒在无氧条件下热解炭化成生物质有机炭。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种生物质有机炭制备方法，其特征在于该方法为采用了内部具有换热器和催化剂导流管以及外表面设置有夹套的釜式炭化炉热转化法，具体包括如下步骤：

（1）预处理：将生物质原料充分粉碎后，通过生物质造粒机压制成生物质成型颗粒；

（2）投料：将预处理好的生物质成型颗粒从炭化炉顶部进料口投入炭化炉体内，在自身重力作用下填充于换热器间隙内，再从炭化炉上催化剂进口加入催化剂进入催化剂导流管，催化剂从导流管上的小孔流出与生物质成型颗粒充分混合；

（3）热转化：通加热载体进入炭化炉内的管式换热器和外表面的夹套中，加热载体通过换热器和夹套将热量传递给生物质成型颗粒，通过控制加热载体压力和载体温度，进而控制热转化速度，控制热转化温度在200~800℃，控制转化时间在20~100min之间，制备得到生物质有机炭产品。

本发明还可有进一步的优选技术方案：

进一步的优选，所述的生物质成型颗粒密度为0.8~2.5g/cm³，颗粒水分≤12％，颗粒灰分≤10%，颗粒燃烧低位发热量≥2400kcal/kg。

进一步的优选，所述的加热载体可以为热空气、高温烟气、导热油或者高温蒸汽。

进一步的优选，所述加入的催化剂可以为丙烯酸改性树脂、聚乙烯醇和丙二醇甲醚醋酸酯、钾盐、钙盐、过渡金属盐、金属氧化物、水蒸气、分子筛催化剂或者酸根离子、聚羧酸，用于提高生物质成型颗粒得炭率。

进一步的优选，所述的金属氧化物为Al₂O₃、MgO或者SiO₂。

进一步的优选，所述的分子筛催化剂为Y型、β型或者ZSM-5型分子筛。

本发明的有益效果是：

（1）本发明简单、高效、操作易控制，换热器内通入加热载体，可有效控制转化温度和时间。根据克拉伯龙气态方程式，通过控制加热载体压力和载体温度，进而控制热转化速度，使生物质成型颗粒内高分子链能充分断裂—重聚—析出；通过控制转化温度在200～800℃，控制转化时间在20～100min之间，使生物质成型颗粒充分转化为有机炭，提高了生物质能的利用价值。

（2）在反应过程中加入了丙烯酸改性树脂、聚乙烯醇和丙二醇甲醚醋酸酯、钾盐、钙盐、过渡金属盐、金属氧化物、分子筛催化剂或者酸根离子、水蒸气、聚羧酸等催化剂，用于提高生物质成型颗粒的得炭率。

（3）通过本发明的方法制备得到的生物质有机炭产品性能优良，性能指标可达到：密度0.70～0.85g/cm³，水分≤8%，灰分≤10%，燃烧低位发热量在4000～6000kcal/kg。