一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺，所述工艺使用具有进出口密封法兰、带有保温层反应区炉膛；反应区炉膛内盛有熔融碳酸盐、生物质熔灰和SiO2混合物，反应后获得的生物炭要经过超声破碎和微波耦合KOH活化，最后进行炭粉压片成型。本发明专利技术的工艺是通过高温耦合熔盐热解再结合超声/微波后处理得到具有高比表面积和发达孔隙的类石墨化电极炭，最大程度的获取高品质生物炭并减少热解过程中能量消耗，同时资源化利用生物质。用生物质。用生物质。

【技术实现步骤摘要】
一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺


[0001]本专利技术涉及生物质高温热解
，具体涉及一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺。

技术介绍

[0002]生物质能作为绿色高效的可再生能源，在能源产业中的贡献日益突出，其作为一种碳基能源进行清洁转化是推进清洁能源的必要途径。生物质资源储量十分巨大，然而其资源利用效率相对较差、能量密度相比较于煤等化石燃料资源较低，且不同生物质资源利用方式差异较大，导致各种农林废弃物资源亟需得到妥善处理，特别是要避免在对其利用的过程中，造成生物质能源的不必要浪费和引发环境污染等问题。从而引发了对生物质进行资源化和高值化利用的大量研究，其中生物质热解制炭工艺也有重要意义。生物炭拥有众多种类以及具有广泛的用途，利用废弃生物质热解制炭使其得到资源化利用有助于减少不可再生资源的消耗。生物质通过热转化可将大部分C固定在生物炭中，再通过功能化制备和改性，易于获得具有最小过程损失量的高效益且负碳环保的可再生电化学储能材料，使得生物质在电化学能源存储与转化、电催化等方面具有广阔前景。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺，本专利技术的工艺耦合了熔盐掺杂和高温熔融热解工艺，得到具有高比表面积的电极炭，减少热解过程中能量消耗的同时资源化利用生物质。本专利技术工艺所使用的管式炉应具有进出口密封法兰、带有保温层反应区炉膛的横置管式炉，进口密封法兰上连接有进气口插孔、出口密封法兰连接有出气口插孔；具有保温层的炉膛外包裹有一层保温棉，保温棉外部装有高精度热电偶；其特征在于所述釜盖与保温区釜体之间，以及保温区釜体与反应区釜体之间均通过法兰盘连接，实现可自由拆卸组合。
[0004]所述一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺，其特征在于使用的管式炉反应区炉膛内盛有可熔化的盐类和灰分物质。熔盐选用以质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3混合熔盐作为上层熔盐介质、以质量比为1:2的玉米秸秆灰和SiO2混合物作为底层介质并预先在炉膛保温区内加热至900 ℃，在混盐和熔灰呈熔融态时利用保温区内的保温棉进行保温隔热，以避免高温热解炉膛中央散热过快。
[0005]所述的一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺，其特征在于使用的超声分散系统可将投入其中的物料破碎至微米级以下且相关部件可耐强酸/碱腐蚀。
[0006]所述的一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺，其特征在于针对生物炭的活化使用的活化剂优选为KOH耦合微波热处理。活化剂的加入可使热解炭比表面积增大，在KOH活化过程中，具有脱水与侵蚀作用，使得原料中的有机结构破坏，产生更多的微孔和中孔；使用的微波加热装置设置有进气口和出气孔插孔，可调节功率至800W及
以上且能实现恒温加热，恒温区间为300℃
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600℃。
[0007]所述的电解耦合熔盐热解生物质制取电极炭的工艺，其特征在于包括以下步骤：1）将原位生物质粉碎制粒，在这里要考虑到在生物质原料不同位置破碎后的混合比例（可依据已知的粒度关系考虑构筑分级孔结构或者联通孔结构），将混合物放入制粒机中得到成型颗粒原料；2）参照中国固体生物质燃料工业分析测试标准GB
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T28731
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2012，进行两种灰分灰熔点的测定，特别的，对于气化灰渣要根据含碳量考虑是否进一步灰化灼烧再进行灰熔点的测试，测定并记录灰熔融的四个特征温度，选取软化温度≥900 ℃，流动温度≤1400℃的灰分作为实验原料，并以质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3混合熔盐作为上层熔盐介质、以质量比为1:2的玉米秸秆灰和SiO2混合物作为底层介质构筑实验所需的熔盐介质；3）以质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3混合熔盐作为上层熔盐介质、以质量比为1:2的玉米秸秆灰和SiO2混合物作为底层介质并预先在炉膛保温区内加热至900 ℃，在混盐和熔灰呈熔融态时利用保温区内的保温棉进行保温隔热，将阳极电极和阴极电极悬设于保温区釜体内，此时两电极悬挂于实心隔热板上方，且阴极电极上设有生物质颗粒，通过载气进气口通入N2，将保温区炉膛内空气置换完全后封闭载气进气口和气体出气口；4）将测温环埋入熔盐介质底部，对反应区釜体内熔盐介质进行加热，同时通过载气进气口通入N2；待熔盐介质熔融后，打开炉门将碳化硅孔板推入反应区釜体内，使所述碳化硅孔板底部稍浸没于反应区釜体内的熔融碳酸盐液面中，碳化硅孔板上表面稍高于所述熔融碳酸盐液面，再投入生物质原料然后关闭炉门，通过载气进气口持续通入N2，升高炉膛温度至1400 ℃后继续保持30 min。
[0008]5）反应结束后，打开炉门将刚玉坩埚抽出，浮于熔融碳酸盐液面的热解炭以及表面的熔盐和熔灰混合物被同带出，取出热解炭后，将碳化硅孔板清洗后重复以上过程再次使用，将反应后的石墨化热解炭取出。
[0009]6）将炭粉浸入质量比为1:1的HCl和HF溶液中摇床振荡2 h，将滤液倒出后用去离子水反复冲洗至滤液PH值为7.0，之后将炭粉送入105 ℃烘干箱干燥6 h后取出备用；再将生物炭（粉末形式）、加入到无水乙醇中，然后浴超声处理（超声分散）形成均匀浆料，控制分散粒度≤1 μm。
[0010]7）将干燥好的炭粉混合KOH放置于微波反应器中以800 W的加热功率加热1 h，停止加热后向反应器内通入Ar气体冷却后将获得的高比表面积电解炭取出，将炭粉浸入质量比为1:1的HCl和HF溶液中摇床振荡2 h，将滤液倒出后用去离子水反复冲洗至滤液PH值为7.0，之后将炭粉送入105 ℃
±
5 ℃的烘干箱干燥1h和，最后将干燥后的炭粉再利用压片成型机以3 atm压力压片成型至生物炭密度≥1 g/cm3，抗压强度≥0.15 MPa。
[0011]所述的熔盐掺杂耦合高温熔融热解生物质制取电极炭的工艺，其特征在于所述生物质原料优选为玉米秸秆/水稻秸秆。针对现有技术，本申请取得的有益效果是：1）本申请提供了一种熔盐掺杂耦合高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺，实现了高比表面积电极炭连续分级制备，各反应区域可拆卸，方便了装置内部的清洗以及实现了一体多用的功能。
[0012]2）本申请提供的工艺，在高温下生成空间结构稳定且比表面积高于一般的商用活性炭电极，充分利用了能量投入、获得高品质生物炭的同时副产物生物合成气含杂质较低
可作燃料使用。且获得的生物炭可做多种活化处理获得各种功能炭材，降低了后续流程的复杂性。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的工艺流程图。
[0014]图中从左至右按照箭头方向指示了一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺流程顺序。
具体实施方式
[0015]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0016]实施例：使用具有进出口密封法兰、带有保温层反应区炉膛的横置管式炉，进口密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔盐掺杂高温熔融热解生物质制取石墨化电极炭的工艺，其特征在于使用包括具有进出气口密封法兰、带有保温层反应区炉膛；反应区炉膛内盛有熔融碳酸盐、生物质熔灰和SiO2混合物，反应后获得的生物炭要经过超声破碎和微波耦合KOH活化，最后进行炭粉压片成型。2.如权利要求1所述的一种电解耦合熔盐热解生物质制取电极炭的装置，其特征在于控制炉膛反应温度在1400 ℃，制炭过程持续通入N2至反应后冷却生物炭。3.如权利要求1所述的装置电解耦合熔盐热解生物质制取电极炭的工艺，其特征在于具体包括以下步骤：1）在法兰进气口通入N2，将炉膛保温区内空气排挤完全后，以质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3混合熔盐作为上层熔盐介质、以质量比为1:2的玉米秸秆灰和SiO2混合物作为底层介质并预先在炉膛保温区内加热至900 ℃，待熔盐介质微熔后之后将其抽至炉膛入口处；2）将测温环埋入下层熔盐介质底部，投入生物质原料颗粒，继续升高反应区温度至1400 ℃，对熔盐介质和生物质颗粒进行高温热解，同时保证密封法兰进气口持续通入流量为5 L/min的N2；热解10 min后待熔盐介质熔融后继续保持30 min热解；3）反应结束后，提升N2通入流量至...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟明，李雪松，郭利，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：