[发明专利]一种氧化烘焙耦合热解制备生物炭的方法

说明书

本发明公开了一种氧化烘焙耦合热解制备生物炭的方法，方法包括：将生物质原料切碎成1㎝‑2cm小段，放入烘箱中105℃烘干24h；用小型高速粉碎机粉碎后过60目筛备用；将获得的干燥生物质粉末称取放入旋转式管式炉中，通入锅炉烟气作为保护气，锅炉烟气中氧气的体积浓度为3％‑16％，原料质量与载气流量比例为50g:0.2L/min；采用程序升温的方式，以3℃/min升温至200℃‑300℃，保温30min‑60min以实现氧化烘焙预处理，得到烘焙产品；将烘焙产品以氮气作为保护气，在旋转式管式炉中采用程序升温的方式，以3℃/min升温至600℃‑800℃，保温2h‑3h；待保温结束，冷却至室温，取出生物炭。合理利用了锅炉烟气，解决了生物质资源浪费的问题；将生物质能制成生物炭，起到“以废制废，变废为宝”的效果。

技术领域

本发明涉及生物质能技术领域，特别是涉及一种氧化烘焙耦合热解制备生物炭的方法。

背景技术

生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，地球陆地每年生产1000-1250亿吨生物质；海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于世界总能耗的10 倍。我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源为50亿吨左右标准煤，是中国总能耗的4倍左右。在可收集的条件下，我国可利用的生物质能资源主要是传统生物质，随着我国农林业的发展，特别是炭薪林的推广，生物质资源还将越来越多，若是不加以合理的资源化利用，将会造成大量生物质资源浪费。

生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转化和生物化学转化等3种途径。其中热化学转化制备生物炭由于其环境友好和高效率而更具优势。然而大部分生物质原料存在水分、氧气、碱金属含量高，体积和能量密度低，可磨性差等缺点。因此对于传统热解，原料通常须经过脱氧、致密化等预处理，尤其是高耐蚀性生物质。在潜在的预处理方法中，烘焙被认为是改善生物质理化性质的有效方法。烘焙是一种低温(200-300℃)、常压、缺氧或低氧氛围下的慢速热解，是一种有效的降低原料氧含量、提高原料容重和质量的方法。生物质经过烘焙，其均匀性得到改善，含水率降低，热值和能量密度增大，可磨性提高，疏水性增强，对物料的储运有显著的好处。更重要的是，生物质烘焙后再进行热解可以提高热解转化效率和产品(生物炭)的质量。

根据烘焙气氛，可以将烘焙分为氧化烘焙和非氧化烘焙。非氧化烘焙是指生物质在惰性气氛下(通常为氮气)加热至200-300℃的适度温度。同理，氧化烘焙则是在低氧气氛下的反应，载气中氧气体积浓度为3％-16％。大量研究表明氧化烘焙对生物质理化性质的提升较非氧化烘焙更明显，对应生产出的生物炭也具有更优的吸附性能。而工业生产中若是使用纯氮和纯氧配制含氧载气，将会大大增加生产成本。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种氧化烘焙耦合热解制备生物炭的方法，既合理利用了锅炉烟气，又解决了生物质资源浪费的问题，通过将生物质能制成生物炭，起到“以废制废，变废为宝”的良好效果。

本发明所采用的技术方案是：

一种氧化烘焙耦合热解制备生物炭的方法，该方法包括：

步骤一：将生物质原料切碎成1㎝-2cm小段，放入烘箱中105℃烘干24h；

步骤二：用小型高速粉碎机粉碎后过60目筛备用；

步骤三：将获得的干燥生物质粉末称取放入旋转式管式炉中，通入锅炉烟气作为保护气，锅炉烟气中氧气的体积浓度为3％-16％，原料质量与载气流量比例为50g:0.2L/min；

步骤四：采用程序升温的方式，以3℃/min升温至200℃-300℃，保温 30min-60min以实现氧化烘焙预处理，得到烘焙产品；

步骤五：将烘焙产品以氮气作为保护气，在旋转式管式炉中采用程序升温的方式，以3℃/min升温至600℃-800℃，保温2h-3h；