一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法，包括热解炭化区、梯级温度空气活化区和空气预热区三个区域，实现能量的有效利用，梯级温度空气活化区根据氧浓度分为低氧区、中氧区与高氧区三部分，高效匹配温度活化工况的需求，采用热空气对高温炭进行氧化，通过梯级温度空气活化区的分层设计来实现生物炭的分散，抽气与进气过程相配合实现“负压‑增压”以强化热空气氧化生物炭的反应速率，水雾相变降温与辅助加热相结合以保证热空气氧化生物炭的反应温度，从而实现对生物炭的定向调控，改善生物炭的品质，显著提高其吸附性能，整个生产过程具有工艺简单，能耗低，生产效率高等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法
本专利技术涉及生物质热解炭化领域，具体是一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法。
技术介绍
我国生物质资源丰富，生物质主要包括农作物、农作物废弃物、木材、林业废弃物和动物粪便等，目前生物质的利用技术主要有生物质直接燃烧、生物质气化、生物质热裂解等，其中生物质热裂解技术是对生物质能源最有效利用的技术手段之一。生物质热裂解技术是指生物质在完全没有氧或缺氧条件下热降解，最终生成生物油、生物炭和可燃气体的过程，其中，热解产生的生物炭应用前景极为广阔，其在土壤改良、废物处理、温室气体减排、污染物修复以及能源制备诸多方面都有应用。生物炭因其疏松多孔，是一种极具潜力的廉价吸附剂，其吸附性能主要取决于表面特性，表面特性主要包括比表面积、表面孔隙度、表面形态以及表面官能团特性，比表面积、孔隙度越大，表面特征官能团越多，对应的吸附能力也就越强。现有热解炭化技术直接生产的生物炭普遍存在比表面积有限、孔隙度不足以及含氧官能团不丰富的问题，这直接影响了生物炭的使用前景，目前已有对生物炭进行改性的专利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统，包括热解炭化区、梯级温度空气活化区和空气预热区三个区域，其特征在于：所述热解炭化区包含物料预热室与热解炭化炉，梯级温度空气活化区根据氧浓度分为低氧区、中氧区与高氧区三部分，空气预热区包含空气预热器和风机，同时热解炭化区通过送炭通道与梯级温度空气活化区连通，梯级温度空气活化区通过抽气泵、流量控制器与空气预热区相连；所述热解炭化区的物料预热室与热解炭化炉相通，热解炭化炉产生的热解气经区域外的冷凝器冷凝、净化器净化后得到燃气进入燃气罐，同时燃气罐和梯级温度空气活化区内的低氧区、中氧区与高氧区通过燃气管连通在一起，另外，热解炭化炉通过送炭通道与梯级温度空气...

【技术特征摘要】
1.一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统，包括热解炭化区、梯级温度空气活化区和空气预热区三个区域，其特征在于：所述热解炭化区包含物料预热室与热解炭化炉，梯级温度空气活化区根据氧浓度分为低氧区、中氧区与高氧区三部分，空气预热区包含空气预热器和风机，同时热解炭化区通过送炭通道与梯级温度空气活化区连通，梯级温度空气活化区通过抽气泵、流量控制器与空气预热区相连；所述热解炭化区的物料预热室与热解炭化炉相通，热解炭化炉产生的热解气经区域外的冷凝器冷凝、净化器净化后得到燃气进入燃气罐，同时燃气罐和梯级温度空气活化区内的低氧区、中氧区与高氧区通过燃气管连通在一起，另外，热解炭化炉通过送炭通道与梯级温度空气活化区的低氧区相连，所述梯级温度空气活化区的低氧区、中氧区与高氧区三部分也通过送炭通道相互连通在一起，此外，高氧区通过送炭通道与区域外集炭室相连，并且上述送炭通道处均设有控制通道开放与关闭的通道阀，同时梯级温度空气活化区的中氧区与高氧区设有储水罐，低氧区、中氧区与高氧区均设有压力表和布风器，并且低氧区、中氧区与高氧区的内部均设有辅助加热器，低氧区、中氧区与高氧区均开设抽气口通过抽气管连接抽气泵，管路上设有动力进气阀，低氧区、中氧区与高氧区的布风器连接流量控制器，同时梯级温度空气活化区的低氧区、中氧区与高氧区分别均匀设置为六层、八层、十层，其中中氧区与高氧区的上部设有水雾喷盘，同时梯级温度空气活化区的抽气泵与空气预热区的空气预热器相连，空气预热器又与梯级温度空气活化区的流量控制器相连，空气预热器还与区域内的风机相连。


2.根据权利要求1所述的一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统，其特征在于：所述低氧区均分为六层，温度稳定在500～550℃范围内，氧气浓度占总气体氛围的1％，生物炭停留的时间为15～18min；所述中氧区均分为八层，温度稳定在400～450℃范围内，氧气浓度占总气体氛围的3％，生物炭停留的时间为12～15min；所述高氧区均分为十层，温度稳定在300～350℃范围内，氧气浓度占总气体氛围的5％，生物炭停留的时间为9～12min。


3.根据权利要求1或2所述的一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统，其特征在于：所述梯级温度空气活化区选用的装置为活化装置，活化装置包括进炭仓(1)、进炭绞龙(2)、低氧区(6.1)、中氧区(6.2)、高氧区(6.3)、空气管道(8)、布风器(9)、支撑墙(10)、辅助加热器(11)、抽气口、进气口、送炭通道、水雾喷盘、抽气泵18)、风机(19)、出炭绞龙(21)、集炭室(22)和支撑架(23)，其中，所述活化装置内的炉膛(6)由上至下分为低氧区(6.1)、中氧区(6.2)与高氧区(6.2)，低氧区(6.1)氧气浓度占总气体氛围的1％、中氧区(6.2)氧气浓度占总气体氛围的3％、高氧区氧气浓度占总气体氛围的5％，所述进炭仓(1)通过进炭绞龙(2)与低氧区(6.1)相通，低氧区(6.1)通过第一送炭通道(13.1)与中氧区(6.2)相通，中氧区(6.2)通过第二送炭通道(13.2)与高氧区(6.3)相通，高氧区(6.3)通过出炭口(20)连接通向集炭室(22)的出炭绞龙(21)，出炭绞龙(21)的尾部固定连接有集炭室(22)，并且活化装置炉体的底部固定安装有支撑架(23)，同时进炭绞龙(2)上设有进炭控制阀(3.1)，出炭绞龙(21)上设有出炭控制阀(3.2)，第一送炭通道(13.1)上设有控制通道开放与关闭的第一通道阀(14.1)，第二送炭通道(13.2)上设有控制通道开放与关闭的第二通道阀(14.2)。


4.根据权利要求3所述的一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统，其特征在于：所述低氧区(6.1)、中氧区(6.2)和高氧区(6.3)由布风器(9)均分为六层、八层、十层，布风器(9)由支撑墙(10)固定，并且布风器(9)通过空气管道(8)连通，空气管道(8)的两端延伸至炉外开设有抽气口和进气口，抽气口和进气口通过管路分别与炉外抽气泵(18)和风机(19)相连，管路上均设有动力阀(17)控制抽气口的抽气和进气口的进气，布风器(9)上开有气孔。


5.根据权利要求3或4所述的一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统，其特征在于：所述低氧区(6.1)、中氧区(6.2)和高氧区(6.3)在进气口所在炉壁墙(5)及其对侧炉壁墙(5)上设有辅助加热器(11)。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：易宝军，张子杭，袁巧霞，张旗，樊啟洲，孙正帅，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42