生物质材料制备生物质炭的方法和碳化炉技术

本发明专利技术涉及一种利用天然物质制备生物质炭的方法，其过程是：收集天然物质经干燥、除去杂质并粉碎后放入碳化炉内，盖上密封盖，打开气流调节阀，加热除去物料的残余水分；继续升温进行预碳化；再调节炉内温度至碳化温度后，关闭气流调节阀，在密封缺氧环境中热解碳化，最后冷却至60℃以下，由出料口排出生物质炭。碳化炉的炉体内壁覆有耐高温隔热材料，炉体由上至下依次设有碳化室、电加热区和斗形卸料区，碳化室下部为斗形结构，电加热区中心为卸料直通通道，所述斗形结构下沿与卸料直通通道上沿对接，在它们的交汇处设有网孔状活动炉排，环形电加热管盘绕在卸料通道周边；进料口上配有密封盖，斗形卸料区的出料口配有密封挡板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备生物质炭的方法和专用碳化炉，尤其是利用生物质材料通过高温厌氧热解制备生物质炭的方法和专用可控温碳化炉。技术背景生物质炭(Biochar)是一种由生物质在厌氧或缺氧条件下高温(一般< 700°C ) 热解,除去生成的CO2、可燃性气体、挥发性油类和焦油类物质后，产生的一种富含碳的物质。由于生物质在厌氧热解过程中某些养分被浓缩和富集，因此生物质炭中P、K、Ca、Mg的含量往往高于其制备物料，这些元素均是植物生长所需要的，土壤施用生物质炭有促进作物生长、提高农作物抗病性的功效。另外，由于在植物生长过程中对养分的吸收使得植物体内含有一定量的Ca2、Mg2+和K+等金属阳离子，为保持体内电荷平衡，植物在生长过程中会在体内积累一定量的碱基(有机阴离子)，在热解过程中，这些碱基逐渐被浓缩，使生物质炭呈碱性。因此生物质炭还可以用作酸性土壤的改良剂来中和土壤酸度，以提高土壤的PH 值。另外，土壤施用生物质炭还可以减少二氧化氮、甲烷和一氧化氮等温室气体的排放，可有效缓解全球气候变暖问题。土壤中施用生物质炭不仅对增强土壤肥力、促进植物生长、缓解气候变暖等具有重要作用，是一种优良的土壤改良剂，而且生物质炭也是土壤中一种重要的吸附活性有机质组分，对土壤残留污染物的转归和生物毒性具有重要影响。近年来，通过土壤中施用生物质炭来改善环境和农业生产中土壤退化问题已成为近年来研究热点。制备生物质炭的生物质原料包括各种天然物质及其衍生物，如木屑、农业和工业活动产生的有机废弃物、城市固体垃圾、畜禽粪便、水生植物和藻类等，但大多数原料来源于农业废弃物。将农作物秸杆等农业废弃物通过热解过程转变为生物质炭不仅可以减少农业废弃物对环境的污染，并可作为再生能源替代不可再生能源，以及作为土壤改良剂改善土壤质量，保障农产品安全高效生产。我国是一个农业大国，农作物秸杆资源十分丰富，据统计，全国各种秸杆的年产量达7亿吨，这些秸杆除少部分用于饲料、还田和造纸等工业用途外，大部分被废弃和焚烧，这不仅是对环境的破坏，更是造成资源的浪费。此外，全国每年约有10%的秸杆长期堆放于沟渠、路边，不仅浪费了宝贵的自然资源，而且这些秸杆腐烂还会产生大量的甲烷、二氧化碳等气体，破坏大气臭氧层。因此，充分利用我国丰富的农作物秸杆资源，发展秸杆生物质炭产业，用于土地质量改良等，不仅可有效环境环境污染及全球气候变暖问题，还可实现变废为宝，为农民增收，保障我国农业可持续健康发展。生物质炭的环境功能和土壤改良功效主要决定于其理化性质。制备生物质炭的原材料(如木质材料、草本植物材料、工业废料及畜禽粪便等)以及及生物质炭制备条件(温度、热解时间及氧气含量等)对生物质炭的理化性质有比较大的影响。例如利用畜禽粪便制备的生物质炭养分含量高于木屑制备的生物质炭；在相同热解温度条件下，木质材料热解制备的生物质炭比表面积大于草本植物残渣制备的生物质炭，而Mg、Na和K等元素含量则低于草本植物残渣制备的生物质炭；比较由油菜秸杆、小麦秸杆、玉米秸杆、稻草、稻糠、 大豆秸杆、花生秸杆、蚕豆秸杆和绿豆秸杆制备的生物质炭的元素含量，发现由于4种豆科植物秸杆中Ca、Mg和K含量高于5种非豆科植物残体的，4种豆科秸杆制备的生物质炭中这些养分的含量也明显高于5种非豆科植物残体制备的生物质炭。热解温度对制备的生物质炭的理化性质影响最为明显。分别于100-500°C范围内燃烧畜禽粪便制备生物质炭，经分析表明，生物质炭比表面积、灰分含量、PH值均随热解温度的提高而增加，但生物质炭产量降低；元素分析结果表明，制备的生物质炭除富含碳外， 还含有大量其他元素，如N、P、Ca和Mg，热解温度越高，制备出的生物质炭的P、Ca和Mg等元素含量越高。厌氧条件下热解农作物秸杆制备的生物质炭的碳含量随制备温度的提高， 含量逐渐提高，而H和0的含量则逐渐降低。250-650°C条件下热解木材碎木屑制备的生物质炭的总比表面积随热解温度的升高变大，而微孔孔径随热解温度提升逐渐变小，对环境污染物的吸附作用也逐渐增强。由此可见，不同温度条件下热解生物质制备的生物质炭的营养成分含量、酸碱度、比表面积以及微孔孔径等均有很大差异，施用于土壤中后带来的环境改良及土壤改良功能也存在一定差异。目前，报道的生物质炭制备技术主要采用农作物秸杆经晾干切碎后，置于碳化炉内，通过燃烧室秸杆有氧充分燃烧产生的热源或其他热源加热，对热解温度不加控制，这样制备出来的生物质炭一般热解温度都在500°C以上，制备出的生物质炭性质难以控制，不能达到根据需要制备合适生物质炭的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前利用农作物秸杆等生物质厌氧热解制备生物质炭的实际应用价值和巨大社会需求，以及现有报道生物质炭制备技术中热解温度不能控制的技术缺陷，提供了一种可以根据需要制备不同热解温度条件下的生物质炭的方法，同时提供一种用于制备生物质炭的可控温碳化炉。本专利技术的目的是这样实现的一种利用天然物质制备生物质炭的方法，其特征在于通过加热去除生物质材料的残余水分，在密封的缺氧环境中进行热解碳化，具体过程是a)收集的生物质材料经干燥，除去杂质后，粉碎后经进料口放入热解炉内，分层夯实，直至填满整个碳化炉腔，盖上密封盖；b)打开碳化炉上的气流调节阀，接通电源开始加热，使炉内温度在90 120°C保持6 8h，除去物料中的残余水分；c)继续升温至190 210°C，保持I. 5 2. 5h ;d)继续调节炉内温度至所需碳化温度后，关闭碳化炉上的气流调节阀，使物料在密封的缺氧环境中进行热解碳化5 15h ;e)待碳化后的物料冷却至60°C以下，打开碳化炉底部的活动炉排及出料口的密封挡板，由出料口排出制备好的生物质炭。在制备生物质炭的方法中所述的生物质材料是指农作物秸杆或其他农业废弃物，所述的粉碎是将所述天然物质及其衍生物切成长度为8 Ilcm的物料。在制备生物质炭的方法中所述的生物质材料是指木屑或城市固体垃圾或畜禽粪便或工农业产生的有机废弃物，所述的粉碎是指将颗粒状的固体垃圾或畜禽粪便或工农业产生的有机废弃物粉碎成粒径< IOcm的颗粒。4在制备生物质炭的方法中所述的碳化温度为250 650°C。一种用于制备上述生物质炭的碳化炉，包括炉体，其特征在于所述的炉体内壁覆有耐高温隔热材料，进料口设在炉体的顶部，进料口密封盖为水密封盖。炉体由上至下依次设有碳化室、电加热区和斗形卸料区，其中，碳化室下部为斗形结构，电加热区中心为卸料直通通道，碳化室与电加热区的交汇处设有网孔状活动炉排，防止生物质物料及其热解生成的生物质炭落入加热区，活动炉排的开启/关闭受伸到炉体外的连接杆控制，碳化室斗形结构下沿与卸料直通通道上沿对接，环形电加热管盘绕在卸料通道周边；所述的进料口上配有密封盖，所述的斗形卸料区的出料口配有密封挡板。在所述碳化炉中所述的耐高温隔热材料是指耐火砖或岩棉；进料口上的密封盖为水密封盖。在所述碳化炉中所述炉体下部至少设有三个均匀分布的炉体支脚。在所述碳化炉中碳化室下部斗形结构的上沿位于碳化室下部1/4处；所述的网孔状活动炉排的孔隙< 3cm ;所述的电加热区与斗形卸料区的交汇处位于炉体下部1/4处。在所述碳化炉中碳化室下部的斗形结构上方设有热电偶探测孔，并配有热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余向阳，王冬兰，陈杰，严海娟，刘敏，刘贤金，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：