一种利用太阳能的低温水热炭生产系统及生产方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用太阳能的低温水热炭生产系统及生产方法，该生产系统包括发电系统、水热炭反应装置、热解气收集装置、产物收集装置；所述水热炭反应装置包括固体进料区、液体进料区和碳化区，碳化区外围包裹电加热器；所述电加热器和发电系统连接；所述热解气收集装置与碳化区连通；所述水热炭反应装置下方连接产物收集装置；所述产物收集装置包括生成物冷却区、固液分离区、生物油收集装置和水热炭收集装置，其中，生成物冷却区、固液分离区设置在碳化区下方；所述生物油收集装置、水热炭收集装置与固液分离区连通。本发明专利技术能够有效提高水热炭的生产量，满足田间大面积的使用。满足田间大面积的使用。满足田间大面积的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用太阳能的低温水热炭生产系统及生产方法


[0001]本专利技术涉及水热炭生产技术，具体涉及一种利用太阳能的低温水热炭生产系统及生产方法。

技术介绍

[0002]秸秆是常见的农业副产物，由于多熟制地区复种指数高和岔口紧，秸秆产量大，直接还田易出现秸秆分解过程与作物幼苗争夺养分的现象，同时秸秆腐解过程中释放的H2S等有毒物质易导致水稻黄苗、死苗等，带来不良影响。将其变废为宝进行高值资源化一直是农林业环境领域的研究重点和难点。近年来，水热炭化生物质废物制备水热炭被视为农林生物质废物安全循环利用的新兴途径。目前，已有研究将典型农林生物质废物，如作物秸秆、粪肥、木屑等水热炭化，制备水热炭，实现废物综合利用。水热炭具有有机质和营养元素含量高、官能团多、孔隙结构发达、比表面积高和微量元素丰富的特点，水热炭作为秸秆的一种还田方式引起了广大学者的广泛关注。
[0003]当下水热炭是一种以生物质为原料，以水为溶剂和反应介质，在150
‑
375℃和自生压力下形成的以碳为主体和含氧官能团丰富的黑色固体产物。水热炭相对于传统干热解生物炭，水热炭展现出诸多优势，制备过程无需对生物质原料进行干燥或脱水处理、生物质转化率高，转化成本低、水热反应度快、污染小等。水热炭具备的良好特性使其在土壤污染修复、土壤性质改良、能源生产等方面均具有良好的应用前景。发展前景广阔，社会收效高。
[0004]目前，已有水热炭用于农业环境和提高养分释放的研究报道，如MAU等发现：低浓度的水热炭施入土壤后可改善植物生长，同时减少硝酸盐的浸出；CHU 等将3种不同水热炭施入水稻土后发现：水热炭能减少氨气的挥发，增加土壤氮保留的同时还增加了谷物的氮含量和产量。BENTO等发现：水热炭可以增强土壤肥力，提升有机碳含量，但具体效果取决于水热炭原料、土壤类型和水热炭的施用比。BREULMANN等分析评估了不同工艺条件下制备的水热炭及热解炭后指出：热解炭更适合改善长期的碳固存，而水热炭更适合于提升土壤养分含量。因此，与热解炭相比，水热炭在土壤修复以及提升土壤肥力等应用中显示出更大的应用前景。目前，水热炭研究所采用的原料主要为甘蔗渣、稻壳秸秆等农林废弃物和城市污泥及藻类等。此外研究表明水洗水热炭和微生物老化水热炭在田间的应用取得了比水热炭更好的效果。
[0005]现有技术中，水热炭生产采用高温反应釜或者采用微波消解法制备，该方法耗能且生产量较低，无法满足田间大面积的使用，不利于水热炭的推广。近年来，太阳能聚光系统有了飞速发展，太阳能聚光比可以超过5000个太阳，如此高的辐射热流可以提供1200℃以上的高温热源，这为太阳能制备水热炭提供了很好的条件。因此，需要开发一套适应于田间大面积使用的利用太阳能低温水热炭生产装置。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种能够实现低温水热炭生产，且产量高适合
大面积使用的利用太阳能的低温水热炭生产系统及生产方法。
[0007]技术方案：本专利技术的利用太阳能的低温水热炭生产系统包括发电系统、水热炭反应装置、热解气收集装置、产物收集装置；所述水热炭反应装置包括固体进料区、液体进料区和碳化区，其中，碳化区外围包裹电加热器；所述电加热器和发电系统连接；所述热解气收集装置与碳化区的上半部分连通；所述水热炭反应装置下方连接产物收集装置；所述产物收集装置包括生成物冷却区、固液分离区、生物油收集装置和水热炭收集装置，其中，生成物冷却区、固液分离区设置在碳化区下方；所述生物油收集装置、水热炭收集装置与固液分离区连通。
[0008]所述碳化区采用圆柱状容器，该圆柱状容器外包裹电加热器和隔热层；所述圆柱状容器顶部一侧向斜上方的方向延伸设置管道，管道上设置固体进料区和液体进料区，且液体进料区位于管道末端；
[0009]所述圆柱状容器顶部另一侧设置热解气收集口；所述热解气收集装置包括热解气冷凝罐和热解气冷凝套管，热解气冷凝套管一端伸入热解气冷凝罐，其另一端通过热解气收集口与碳化区连通。
[0010]所述生成物冷却区外缠绕循环水路，循环水路与循环水箱的出水口相连；所述热解气冷凝套管外套设循环水冷却套管，循环水冷却套管上端和循环水箱的回水接口连接，循环水冷却套管上端下端和循环水路的出口连接。利用循环水冷却套管内层的可冷凝性气体，回收热解气中的显热和汽化潜热。
[0011]所述发电系统包括太阳能聚光器、以及蓄电池。利用太阳能进行农林废弃物的水热炭化处理，解决了农林废弃物水热炭化处理的能耗问题。
[0012]本专利技术还包括一种利用太阳能的低温水热炭生产方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一：将农业废弃物经固体进料区等量加入碳化区，并向液体进料区(22) 加入适量的液体材料；
[0014]步骤二：启动电加热器，设定加热温度和加热时间，对农业废弃物进行水热炭化；其中，加热温度的范围为150
‑
375℃；
[0015]步骤三：水热炭化结束后将碳化区冷却至室温，然后通过热解气收集装置收集热解气体；待产物经生成物冷却区冷却后，利用固液分离区进行分离，得到液相产物和固体残渣；
[0016]步骤四：对液相产物利用有机溶剂萃取，得到生物原油、水相产物和水热炭，并用生物油收集装置、水热炭收集装置进行收集。
[0017]步骤一中，所述液体材料为去离子水、高锰酸钾溶液、柠檬酸钠溶液、磷酸溶液或醋酸溶液中的任意一种，溶液浓度根据需要进行配置。
[0018]步骤一中，除加入适量的液体材料，还加入适量固体改良剂，得到改性水热炭。
[0019]步骤四中，用来萃取生物原油的有机溶剂包括非极性的有机溶剂和极性的有机溶剂。
[0020]步骤四中，对收集到的水热炭利用冷却水进行水洗，得到水洗水热炭；或将水热炭与微生物菌剂充分混合，在密闭条件下培养，得到微生物陈化水热炭。
[0021]本专利技术的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：(1)利用电加热器包裹碳化区，实现低温水热炭生产，可打破目前水热炭生产产量低效率低的困境；(2)添加各种外加
剂实现水热炭的改性；(3)利用太阳能进行农林废弃物的水热炭化处理，解决了农林废弃物水热炭化处理的能耗问题；(4) 利用太阳能供电技术为整个系统运行提供电能从而实现节能和储能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术所述利用太阳能的低温水热炭生产系统的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术所述利用太阳能的低温水热炭生产方法的流程示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施方式和说明书附图对本专利技术的技术方案进行详细描述。
[0025]如图1所示，本专利技术的利用太阳能的低温水热炭生产系统包括发电系统、水热炭反应装置、热解气收集装置、产物收集装置。水热炭反应装置包括固体进料区21、液体进料区22和碳化区23，具体而言，碳化区23采用圆柱状容器，由聚四氟乙烯内胆和不锈钢外壳构成，该圆柱状容器外包裹电加热器24和隔热层 25；电加热器24均匀包裹在碳化区2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能的低温水热炭生产系统，其特征在于：包括发电系统、水热炭反应装置、热解气收集装置、产物收集装置；所述水热炭反应装置包括固体进料区(21)、液体进料区(22)和碳化区(23)，其中，碳化区(23)外围包裹电加热器(24)；所述电加热器(24)和发电系统连接；所述热解气收集装置与碳化区(23)的上半部分连通；所述水热炭反应装置下方连接产物收集装置；所述产物收集装置包括生成物冷却区(41)、固液分离区(42)、生物油收集装置(43)和水热炭收集装置(44)，其中，生成物冷却区(41)、固液分离区(42)设置在碳化区(23)下方；所述生物油收集装置(43)、水热炭收集装置(44)与固液分离区(42)连通。2.根据权利要求1所述利用太阳能的低温水热炭生产系统，其特征在于：所述碳化区(23)采用圆柱状容器，该圆柱状容器外包裹电加热器(24)和隔热层(25)；所述圆柱状容器顶部一侧向斜上方的方向延伸设置管道，管道上设置固体进料区(21)和液体进料区(22)，且液体进料区(22)位于管道末端。3.根据权利要求2所述利用太阳能的低温水热炭生产系统，其特征在于：所述圆柱状容器顶部另一侧设置热解气收集口(31)；所述热解气收集装置包括热解气冷凝罐(33)和热解气冷凝套管(32)，热解气冷凝套管(32)一端伸入热解气冷凝罐(33)，其另一端通过热解气收集口(31)与碳化区(23)连通。4.根据权利要求3所述利用太阳能的低温水热炭生产系统，其特征在于：所述生成物冷却区(41)外缠绕循环水路(45)，循环水路(45)与循环水箱(46)的出水口相连；所述热解气冷凝套管(32)外套设循环水冷却套管，循环水冷却套管上端和循环水箱(46)的回水接口连接，循环水冷却套管上端下端和循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可纯，徐俊增，陈鹏，郭航，卫琦，廖林仙，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：