一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法技术

本发明专利技术公开了一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，主要包括以下步骤：（1）将生物质进行快速热解，分别收集生物油和生物气，并得到固体产物生物炭；（2）将所得生物油作为溶剂，与固体产物生物炭混合进行共蒸馏；（3）收集蒸馏所得轻质生物油和蒸馏残余物，将蒸馏残余物干燥处理从而获得生物煤

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法


[0001]本专利技术涉及一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，属于能源化工

。

技术介绍

[0002]传统通过热解方法制备的生物炭质地较为松散，质量偏低，当作为燃料时热值低，燃烧速率过快，无法有效控制燃烧速率，同时，在生物炭制备过程中少量的生物油无法有效回收，会造成堵塞设备和一些健康问题
。
此外，在已有的研究中，尽管生物油蒸馏可以成功制备高质量生物炭，但是高质量生物炭的产量偏低
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，根据生物质快速热解时具有较高生物油产量的特点，将快速热解所得的生物油和固体产物生物炭混合进行共蒸馏，去除生物油和生物炭中轻质组分，从而有效提高生物炭质量，实现高质量生物炭的规模制备
。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：本专利技术提供一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，包括以下步骤：
S1、
将生物质进行快速热解，分别收集生物油和生物气，并得到固体产物生物炭；
S2、
以所收集的生物油作为溶剂，与所述固体产物生物炭混合进行共蒸馏；
S3、
收集混合共蒸馏所得轻质生物油和蒸馏残余物，并将所述蒸馏残余物进行干燥处理获得生物煤
。
[0005]进一步的，所述生物质为农业和林业废弃物木质纤维素类生物质
。
[0006]进一步的，所述快速热解前，在热解反应炉中通入氮气，流量设置为
0.5~1 L/min。
[0007]进一步的，所述热解反应炉是管式炉或者回转炉
。
[0008]进一步的，所述快速热解时间为
30 min。
[0009]进一步的，采用冷凝法收集生物油，采用集气袋收集生物气
。
[0010]进一步的，进行共蒸馏前，将所述固体产物生物炭粉碎，得到生物炭粉末；将所收集的生物油与所述生物炭粉末按照质量比
10:1
混合，并摇匀至少
5min
后，再进行共蒸馏
。
[0011]进一步的，采用油浴蒸馏的方式进行共蒸馏；蒸馏温度为
200~250 ℃
，蒸馏时间为
10~30min。
[0012]进一步的，将所述蒸馏残余物进行干燥，干燥温度为
80~100℃
，干燥时间为
20 h
以上
。
[0013]本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术采用充足的生物油与生物炭共蒸馏提高了生物炭的产量，热解温度
800
~1000℃
的生物油与生物炭共蒸馏后，生物炭产量增加
63~26wt%
，从而提升生物炭的密度，增强了生物炭结构的致密性
。
[0014]（2）本专利技术采用生物油与生物炭共蒸馏增强了生物炭的热稳定性，降低了生物炭燃烧速率
。
实验表明，在氮气
、
空气和氧气气氛时的热重测试结果发现，生物煤在氮气气氛时热解缓慢，具有更广的热解范围；在空气和氧气气氛时，生物煤具有较低的燃烧综合特性系数和更低的最大燃烧速率，这说明生物煤在空气中燃烧时可以表现出更低的燃烧活性，延长燃烧时间
。
[0015]（3）由于蒸馏后生物油中重质组分发生剧烈的热聚合反应形成固体，轻质组分会被馏出，因此可有效地回收馏分（轻质生物油）
。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一个实施例提供的生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的装置及制备流程图；图2是本专利技术实施例中在氮气
、
空气和氧气气氛中不同热解温度下得到的生物炭和生物煤的失重和失重速率曲线；图2（
a
）为氮气气氛中不同热解温度下得到的生物炭和生物煤失重和失重速率曲线；图2（
b
）为空气气氛中不同热解温度下得到的生物炭和生物煤失重和失重速率曲线；图2（
c
）为氧气气氛中不同热解温度下得到的生物炭和生物煤失重和失重速率曲线；图3是本专利技术实施例中提供的通过气相色谱质谱测试所得，氮气氛围热解时生物油和轻质生物油的主要组分；图4是本专利技术实施例制备的生物炭和生物煤显微镜图像
。
具体实施方式
[0017]下面对本专利技术作进一步描述
。
以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围
。
[0018]本专利技术提供一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，包括以下步骤：
S1、
将生物质进行快速热解，分别收集生物油和生物气，并得到固体产物生物炭；
S2、
以所收集的生物油作为溶剂，与得到的固体产物生物炭混合进行共蒸馏；
S3、
收集混合共蒸馏所得轻质生物油和蒸馏残余物，并将蒸馏残余物进行干燥处理获得生物煤
。
[0019]需要说明的是，本专利技术中，生物质包括但不限于农业和林业废弃物等木质纤维素类生物质
。
[0020]本专利技术中，将生物质投入热解反应炉中进行快速热解，热解反应炉可以是管式炉和回转炉
。
[0021]本专利技术中，快速热解前，在热解反应炉中通入氮气，流量设置为
0.5~1 L/min。
[0022]本专利技术中，快速热解时间设定为
30 min。
[0023]本专利技术中，采用冷凝法收集生物油，采用集气袋收集生物气
。
[0024]优选的，采用冰水浴的方式收集生物油
。
[0025]本专利技术中，进行共蒸馏的蒸馏装置采用油浴蒸馏，蒸馏温度为
200~250 ℃
，蒸馏时
间为
10~30min。
[0026]本专利技术中，将蒸馏残余物进行干燥，干燥温度为
80~100℃
，干燥时间为
20 h
以上
。
实施例1
：
[0027]采用图1所示的装置实施生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤，具体实施过程如下：（1）在实验预备阶段，在热解反应炉4中通入氮气，并将热解反应炉4温度设定为
600 ℃
；参见图1，本实施例中，通过氮气气瓶1为热解反应炉4提供氮气，在热解反应炉4入口处设流量计2，用于检测通入氮气流量
。
[0028]本实施例中，热解反应炉4采用管式炉，通入氮气流量为
0.5 L/min。
[0029]（2）在管式炉中加入
20 g
左右玉米芯进行快速热解，时间为
30min。
[0030]（3）快速热解完成后，待管式炉温度降至室温，取出固体产物生物炭和生物油，将生物炭粉碎，得到生物炭粉末8，同时，通过生物气收集装置7收集生物气，并从上层气体有效分离出
CH4等轻质可燃气体
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将生物质进行快速热解，分别收集生物油和生物气，并得到固体产物生物炭；
S2、
以所收集的生物油作为溶剂，与所述固体产物生物炭混合进行共蒸馏；
S3、
收集混合共蒸馏所得轻质生物油和蒸馏残余物，并将所述蒸馏残余物进行干燥处理获得生物煤
。2.
根据权利要求1所述的一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，其特征在于，所述生物质为农业和林业废弃物木质纤维素类生物质
。3.
根据权利要求1所述的一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，其特征在于，所述快速热解前，在热解反应炉中通入氮气，流量设置为
0.5~1 L/min。4.
根据权利要求3所述的一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，其特征在于，所述热解反应炉是管式炉或者回转炉
。5.
根据权利要求4所述的一种生物炭和生物油共蒸馏制备生物煤的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛立超，赵灿，左明锦，姚磊，张玉黎，汪洋，许昌，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：