[发明专利]利用农作物秸秆联产生物油和生物炭的工艺及专用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种以农作物秸秆为原料，联产生物油和生物炭的工艺及其专用装置。

背景技术

农作物秸秆是典型的生物质资源，燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等生物质能的转化利用途径均可适用。燃烧发电、气化和颗粒成型等技术相对成熟，已有示范性应用。但是，农作物秸秆的分布极为分散、形态各异、能量密度低，大范围收集和长途运输的成本高；其供应具有季节性和周期性，受潮后又极易腐烂，增加了存储的空间和成本；这不仅大大增加了生产成本，大规模工业化生产的原料供给也存在一定困难。

目前获得的生物油成份复杂，氧元素含量偏高，生产成本高，难以与化石燃料竞争。与生物油相比，当前研究对生物质热裂解过程中的气态和固态产物关注较少。

发明内容

为了克服已有生物油和生物炭的获取工艺的成分复杂、成本高的不足，本发明提供一种成分简单、降低生产成本的利用农作物秸秆联产生物油和生物炭的工艺及专用装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用农作物秸秆联产生物油和生物炭的工艺，所述工艺包括以下步骤：

(1)、选取碱土金属卤化物或碱作为熔盐，并将熔盐放入熔盐热裂解反应器中；

(2)、开启熔盐热裂解反应器的电热炉，温度升高至110℃～130℃蒸出熔盐中的水分，再加热到热裂解反应温度350℃～650℃。

(3)、启动螺旋进料器，将农作物秸秆送入熔盐热裂解反应器中，农作物秸秆和熔盐的质量份数比为：1∶0.5～3.5；

(4)、熔盐热裂解反应器内热裂解产生的蒸汽部分冷凝得到液态产品，即生物油，不冷凝部分即为气态产物；

(5)、将熔盐热裂解反应器的温度调整至活化温度400℃～600℃，恒温1小时～3小时，再通入惰性气体，对固态产物进行活化，活化完成后冷却至室温；

(6)、取出活化后的固态产物，用3mol/L热盐酸浸泡，再用热蒸馏水浸泡，并用热蒸馏水洗涤至中性，过滤后干燥，获得固态产品，即生物炭。

进一步，在步骤(1)中，通入氮气或抽真空的方式形成无氧或缺氧的气氛。

再进一步，所述步骤(5)中，所述惰性气体为氮气或水蒸气。

所述捕捉(1)中，所述熔盐为以下之一：①氯化锌；②氢氧化钠；③氯化锌+氯化钾的混合物，其中，氯化钾的摩尔百分数范围为0～47％；④氯化锌+氯化钾+氯化亚铁的混合物，其中，氯化钾的摩尔百分数范围为0～47％，氯化亚铁的摩尔百分数范围为0～30％。

熔盐热裂解反应器呈圆柱形，内径95mm，高150mm。

所述步骤(1)中，熔盐加入量为500g～700g所述步骤(3)中，所述农作物秸秆的大小为：40目～100目，连续进料0.5小时～3小时后停止进料，进料量200g～1000g。

所述步骤(6)中，用3mol/L热盐酸浸泡2～3次，每次30min；再用热蒸馏水浸泡2～3次，每次20min。

一种利用农作物秸秆联产生物油和生物炭的专用装置，所述专用装置包括熔盐热裂解反应器，所述熔盐热裂解反应器包括外壳、加热电炉、进料口和出料口，温度传感器位于外壳内，所述进料口与螺旋进料器的出料管连通，所述螺旋进料器连接电机，所述进料口与惰性气体充气管连通，所述出料口与旋风分离器的进口连通，所述旋风分离器的下方设有用于收集生物炭的收集盒，所述旋风分离器的气体出口连接冷凝器，所述冷凝器的下方设有用于收集生物油的收集槽。

进一步，所述出料管的外壁套装冷却用套管。

所述温度传感器位于不锈钢套管内，所述不锈钢套管深入反应器底部。所述温度传感器为热电偶温度计。

本发明的技术构思为：热裂解是在无氧或缺氧的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的热化学反应，产物包括气态、液态和固态三种。其中，液态产物(生物油)可以替代燃油在锅炉、窑炉、发动机及涡轮机等场所使用，可以通过催化重整获取氢，还可以提取或衍生出包括食品调味料、合成树脂及肥料等多种产品，受到广泛关注。农作物秸秆等生物质均可用作热裂解的原料。