一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法技术

本发明专利技术属于生物质炭技术领域，公开了一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法，选取农业废弃物、竹炭、木炭、草质炭或活性炭作为原料；原料经粉碎机粉碎，过筛，得到炭粉；向炭粉中加入热固性胶粘剂，搅拌均匀；然后阴冷干燥；将炭粉与金属盐类或金属氧化物催化剂并混合均匀，然后加热，微波反应器中进行热解40～60min得到气体产物和固体产物；将得到的气体产物在‑4～10℃条件下快速冷凝，可凝部分直接冷凝成为液相高品质生物质油，不凝气体为高热值气体燃料；等。本发明专利技术采用农业废弃物为原材料，有利于环境保护和农业废弃物的再利用；本发明专利技术中生物质炭材料的制备过程中无焦油产生。

A method for biomass production by microwave catalytic pyrolysis of biomass

The invention belongs to the technical field of biomass carbon, and discloses a method for producing biomass charcoal by microwave catalytic pyrolysis of biomass, and selects agricultural waste, bamboo charcoal, charcoal, grass carbon or activated carbon as raw materials; the raw materials are crushed by a pulverizer, sifting and obtained carbon powder; the thermosetting adhesive is added to the charcoal powder and stirred. It is evenly mixed; then cold and dry; the carbon powder is mixed uniformly with metal salts or metal oxide catalysts, and then heated, the gas products and solid products are obtained by pyrolysis of 40 ~ 60min in the microwave reactor; the obtained gas products are condensed rapidly at 4~10 degrees, condensable part is directly condensed into high liquid phase. The quality of biomass oil, non condensable gas for high calorific value gas fuel; and so on. The invention adopts agricultural waste as raw material, which is beneficial to environmental protection and reuse of agricultural waste; in the preparation process of biomass carbon material, no tar is produced in the preparation process of biomass carbon material.

【技术实现步骤摘要】
一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法
本专利技术属于物质炭
，尤其涉及一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：生物质(biomass)是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。然而，现有技术中，由于生物质的热化学反应，所以产生了大量焦油，为生物质炭的制备过程增加难度；同时农业废弃物不断增加带来潜在的环境问题。现有微波催化热解生物质的设备智能化低，控制精度低；造成生产的物质质量不稳定。人类毫无节制地使用煤炭、石油等常规化石燃料，但是这种非可再生常规能源的储量是有限的，迟早有一天会消耗殆尽，而且化石燃料的燃烧所排放出来的大量的诸如二氧化碳、二氧化硫等气体正是造成当前严重环境污染的罪魁祸首。环境污染所导致的生态破坏、地球温室效应等日趋严重地威胁着人类的生存和可持续发展。能源短缺和环境污染是当今全世界面临的两大难题，已经严重地制约着人类经济和社会的发展。面对日益临近的能源危机，开发循环利用能源已是当务之急。控制温度是控制热裂解产生不同物质的量的关键因素。加热最大功率跟踪控制很关键。常用的最大功率跟踪控制算法可以分为以下几类：直线近似法，功率回授法，实际测量法，扰动观察法等。1)直线近似法这种控制算法是目前来说比较新型的一种控制算法。它的控制原理是根据输出功率特性表达式，利用数学逻辑表达式。直线近似法运用精确的数学模型，然后根据数学模型来推导最大功率跟踪点的工作直线。由此可见，这种控制方法对数学模型工作参数有很强的依赖性。2)恒定电压法。恒定电压的跟踪方式其实不是真正意义上的最大功率跟踪控制方法，实际上是一种曲线拟合。但是这种控制方式没有考虑温度开路电压造成的影响。3)增量电导法利用一阶的导数求极值方法，即可以对P＝UI求导数，就可以得到；此方法就是通过分析比较输出的电导变化量以及瞬时的电导值的大小，这样来决定参考的电压的变化方向。4)干扰控制法是目前比较常用的最大功率跟踪控制方法之一。它的工作原理是在每个相同的时间间隔，增加或者减少输出电压，这样就可以通过观察输出功率的变化，确定下一步输出电压的变化。这种控制算法应用的是功率反馈这种方法。就是用传感器将输出电压及输出电流进行采样，这样就可以计算获得此时的输出功率。这种控制方法虽然比较简单，且易于用软件来进行实现，但是响应比较缓慢，因此只适合用于温度变化缓慢的领域，而且在稳态的情况下，功率会在最大功率周围出现小幅震荡，这样就造成了能量的损失，而且在变化较快的场合，有可能会出现功率变化方向判断错误，这样这种控制方法就失效了。5)基于模糊控制的可以达到比较好的效果。这种控制方法有较好的动态特性以及鲁棒性，能够达到比较好的控制精度。但是它的模糊控制的权值必须在训练之前进行确定，因此只能对特定的统进行控制，系统的自适应能力不强。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术中，由于生物质的热化学反应，所以产生了大量焦油，为生物质炭的制备过程增加难度；同时农业废弃物不断增加带来潜在的环境问题。现有的最大功率控制自适应能力不强。现有技术图像检测准确率差。解决上述技术问题的难度和意义：本专利技术物料来源丰富，可充分利用生物质资源，将其转化为生物质能源产品，为生物质新能源的开发利用提供新的思路。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法。本专利技术是这样实现的，一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法包括以下步骤：步骤一，选取农业废弃物、竹炭、木炭、草质炭或活性炭作为原料；步骤二，原料经粉碎机粉碎，过200目筛，得到炭粉；向炭粉中加入热固性胶粘剂，搅拌均匀；步骤三，将炭粉加入到250吨液压成型机中成型，然后阴冷干燥；步骤四，将炭粉与金属盐类或金属氧化物催化剂质量比为10:0.5～1.5加入催化剂并混合均匀，然后以40～50℃/min的升温速率加热至600～700℃在微波反应器中进行热解40～60min得到气体产物和固体产物；步骤五，将上步得到的气体产物在-4～10℃条件下快速冷凝，可凝部分直接冷凝成为液相高品质生物质油，不凝气体为高热值气体燃料；步骤六，将步骤四得到的固体产物随炉冷却至室温后取出，得到高产率生物质炭，该高产率生物质炭作为生产活性炭的原料或者燃料直接使用。进一步，所述金属盐类催化剂包括：碳酸钠、碳酸钾。进一步，所述金属氧化物催化剂包括：氧化铝、氧化钙。进一步，所述微波反应器包括：根据产生气体产物和固体产物物质进行模块化划分的不同物质存储模块；用于控制升温速率的加热控制模块；采用分布式布置方法将图像检测传感器安装在不同物质存储模块并通过信号连接的控制模块；与控制模块和加热控制模块连接，用于对检测的不同物质存储模块图像信息和温度信息进行处理的参数处理模块；与参数处理模块连接，用于显示的显示模块；与显示模块连接，用于对比结果若超过警报值进行报警的警报模块。进一步，所述参数处理模块的温度信息处理方法包括：基于椭圆基函数的，模糊完备性，作为在线分配机制，使初始化选择避免随机性；对模糊规则重要性做出评价，对输入变量的重要性给出回应；使每条规则的输入变量的宽度根据系统性能的需求来实施在线的实时的自适应调整；具体包括首先初始化系统的预定义参数；以b1，c1为输入量，产生第一个规则；B1为第2个时刻与第1个时刻的功率差，c1为采样步长；确定第一个规则的参数；观测b(n)，c(n)的到来，b(n)为第n个时刻与第n-1个时刻的功率差，c(n)为第n-1个时刻的采样步长；计算马氏距离并找到mdkmin；计算实际的输出误差确定对应的kd，并与马氏距离mdk进行比较；如果mdk＞kd，系统误差为ek，如果系统误差ek≤ck，则观测控制是否完成，算法结束；如果系统误差ek＞ck，则产生新规则，确定新参数，计算所有规则误差减少率ERR；如果误差减少率ERR小于阈值，则就删去这条规则观测控制是否完成，算法结束；如果误差减少率ERR不小于阈值，则继续产生新的规则，直到满足误差减少率ERR小于阈值；如果mdk≤kd，系统误差为ek，如果系统误差ek＞ke，则计算输入变量的敏感性Bij并调整宽度，调整结论参数，观测控制是否完成，算法结束；如果系统误差ek≥ke，则满足要求，观测控制是否完成，算法结束；所述参数处理模块的温度信息处理方法还包括：(1)误差定义：||ek||＝||tk-yk||其中第k个时刻期望输出是tk；如果ek>ke，则一条新的规则就增加；其中：其中，emin指的是输出精度，emax指的是最大误差，k指的是学习的次数，β∈(0，1)指的是收敛常数，推导出：(2)产生了u个模糊规则，当一个新的样本出现时，把输入的变量投影到一维的隶属函数空间，计算数据与边界集之间的欧式距离edi(j)，并且找到它的最小值edi(jn)，如果：edi(jn)≤kmf；不用分配新的高斯函数，否则就需要产生一个新的高斯函数，它的宽度由式2-10决定，其中心的设置如下：ci(u+1)＝x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法，其特征在于，所述利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法包括以下步骤：步骤一，选取农业废弃物、竹炭、木炭、草质炭或活性炭作为原料；步骤二，原料经粉碎机粉碎，过200目筛，得到炭粉；向炭粉中加入热固性胶粘剂，搅拌均匀；步骤三，将炭粉加入到250吨液压成型机中成型，然后阴冷干燥；步骤四，将炭粉与金属盐类或金属氧化物催化剂质量比为10:0.5～1.5加入催化剂并混合均匀，然后以40～50℃/min的升温速率加热至600～700℃在微波反应器中进行热解40～60min得到气体产物和固体产物；步骤五，将步骤四得到的气体产物在‑4～10℃条件下快速冷凝，可凝部分直接冷凝成为液相高品质生物质油，不凝气体为高热值气体燃料；步骤六，将步骤四得到的固体产物随炉冷却至室温后取出，得到高产率生物质炭，所述高产率生物质炭作为生产活性炭的原料或者燃料直接使用。

【技术特征摘要】
1.一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法，其特征在于，所述利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法包括以下步骤：步骤一，选取农业废弃物、竹炭、木炭、草质炭或活性炭作为原料；步骤二，原料经粉碎机粉碎，过200目筛，得到炭粉；向炭粉中加入热固性胶粘剂，搅拌均匀；步骤三，将炭粉加入到250吨液压成型机中成型，然后阴冷干燥；步骤四，将炭粉与金属盐类或金属氧化物催化剂质量比为10:0.5～1.5加入催化剂并混合均匀，然后以40～50℃/min的升温速率加热至600～700℃在微波反应器中进行热解40～60min得到气体产物和固体产物；步骤五，将步骤四得到的气体产物在-4～10℃条件下快速冷凝，可凝部分直接冷凝成为液相高品质生物质油，不凝气体为高热值气体燃料；步骤六，将步骤四得到的固体产物随炉冷却至室温后取出，得到高产率生物质炭，所述高产率生物质炭作为生产活性炭的原料或者燃料直接使用。2.如权利要求1所述的利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法，其特征在于，所述金属盐类催化剂包括：碳酸钠、碳酸钾。3.如权利要求1所述的利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法，其特征在于，所述金属氧化物催化剂包括：氧化铝、氧化钙。4.如权利要求1所述的利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法，其特征在于，所述微波反应器包括：根据产生气体产物和固体产物物质进行模块化划分的不同物质存储模块；用于控制升温速率的加热控制模块；采用分布式布置方法将图像检测传感器安装在不同物质存储模块并通过信号连接的控制模块；与控制模块和加热控制模块连接，用于对检测的不同物质存储模块图像信息和温度信息进行处理的参数处理模块；与参数处理模块连接，用于显示的显示模块；与显示模块连接，用于对比结果若超过警报值进行报警的警报模块。5.如权利要求4所述的利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭的方法，其特征在于，所述参数处理模块的温度信息处理方法包括：基于椭圆基函数的，模糊完备性，作为在线分配机制，使初始化选择避免随机性；对模糊规则重要性做出评价，对输入变量的重要性给出回应；使每条规则的输入变量的宽度根据系统性能的需求来实施在线的实时的自适应调整；具体包括首先初始化系统的预定义参数；以b1，c1为输入量，产生第一个规则；B1为第2个时刻与第1个时刻的功率差，c1为采样步长；确定第一个规则的参数；观测b(n)，c(n)的到来，b(n)为第n个时刻与第n-1个时刻的功率差，c(n)为第n-1个时刻的采样步长；计算马氏距离并找到mdkmin；计算实际的输出误差确定对应的kd，并与马氏距离mdk进行比较；如果mdk＞kd，系统误差为ek，如果系统误差ek≤ck，则观测控制是否完成，算法结束；如果系统误差ek＞ck，则产生新规则，确定新参数，计算所有规则误差减少率ERR；如果误差减少率ERR小于阈值，则就删去这条规则观测控制是否完成，算法结束；如果误差减少率ERR不小于阈值，则继续产生新的规则，直到满足误差减少率ERR小于阈值；如果mdk≤kd，系统误差为ek，如果系统误差ek＞ke，则计算输入变量的敏感性Bij并调整宽度，调整结论参数，观测控制是否完成，算法结束；如果系统误差ek≥ke，则满足要求，观测控制是否完成，算法结束；所述参数处理模块的温度信息处理方法还包括：(1)误差定...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺建龙，熊鹏，刘晓燕，许家兴，徐宁，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32