[发明专利]一种利用紫茎泽兰同时生产活性炭和中热值燃气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用紫茎泽兰同时生产活性炭和中热值燃气的方法，属于材料及燃气制备技术领域。

背景技术

紫茎泽兰是一种生命力和破坏力都极强的世界性有毒杂草，紫茎泽兰原产于墨西哥，自上世纪传入我国南部以来，对我国的农林牧畜业危害极大。紫茎泽兰生长迅速，繁殖能力强，蔓延迅速，极易形成庞大的群体，排斥其他植物的生长，严重破坏生物的多样性。由于紫茎泽兰含碳量高于一般的农林作物，其热值接近木本植物，因而将紫茎泽兰通过热解等方法使其转变为生物质气、碳等能源产品具有现实意义。因此加强对紫茎泽兰的综合利用，生产附加值高的产品不仅可以有效缓解紫茎泽兰对环境的污染，也能变废为宝，提高收入。

活性炭是一种具有发达孔隙结构、巨大比表面积和较强吸附能力的炭材料。现在活性炭已广泛用于化工、食品、制药、环保等多个领域。而随着活性炭的制备技术及性能的不断提升，社会循环经济的可持续发展，以农林废弃物及有害的草本类植物为原料制备活性炭以成为发展趋势。

近年来，为解决大量使用煤炭和石油等化石燃料而引起的能源短缺和环境恶化问题，生物质能作为一种新的清洁能源得到世界各国的广泛关注。在生物质能的利用过程中对生物质碳和生物质气研究广泛，通过热化学转换技术获得高质量的气体燃料以成为一个新的研究热点。

目前国内以紫茎泽兰为原料同时生产活性炭和中热值气体的研究还未见报道。公开的对紫茎泽兰作为生物质能利用的方法主要有：

公开号为CN1765739A的中国专利公开的“一种资源化紫茎泽兰的方法”中，采用破碎后紫茎泽兰与磷酸钾或氯化锌按质量比为0.5～4︰1进行混合，将混合料放入超声波震荡装置中在一定的功率下进行超声波处理，将超声波处理后的混合料放入微波辐射加热装置中进行预热、干燥、炭化和活化并得到初级活性炭，将得到的初级活性炭用盐酸进行酸洗再用自来水进行冲洗至pH值为5～7。该方法得到的活性炭产品吸附性能较强，但采用化学方法制的，对环境造成一定的压力。

公开号为CN1908119A的中国发明申请公开的“将紫茎泽兰制成清洁炭的方法”中，将紫茎泽兰晒干并切成一定长度的草段，并进行粉碎得到干草粗粉，将干草粗粉与锯木粉、橡子壳粉按照一定比例混合，搅拌均匀，将得到的混合料用制棒机在高温下塑化成型，得到成型炭，再将成型炭放入炭化炉里进行干馏和高温净化，制得清洁碳。该方法制的清洁炭具有较好的强度特性和燃料特性。

公开号为CN101613611A的中国发明申请公开的“一种机制棒炭及其加工方法”中，以紫茎泽兰为主要原料，经过粉碎后的紫茎泽兰粉末在烘干机内烘烤，得到的干燥后的紫茎泽兰粉末放入制棒机内挤压成型，将成型后的炭放入炭化炉内炭化，并隔氧冷却6～7天制得机制棒炭。

发明内容

本发明的目的在于针对紫茎泽兰作为生物质能的利用以及现有活性炭制备技术存在成本高、污染严重及资源综合利用不足等问题，提供一种利用紫茎泽兰同时生产活性炭和中热值燃气的简单、高效、环保方法。

本发明通过下列技术方案完成：一种利用紫茎泽兰同时生产活性炭和中热值燃气的方法，经过下列各步骤：

（1）将紫茎泽兰经干燥后以10～50℃/min的升温速率加热至500～700℃进行炭化，炭化时间为1～3小时；

（2）将步骤（1）所得炭化后物料粉碎至30～50目后，在30～45℃/min的升温速率下升温至620～700℃，保温5～10min，使残留挥发分迅速挥发的同时减少物料的氧化消耗，然后再以10±5℃/min的升温速率升温至900～1000℃，此时向炉内通二氧化碳，在二氧化碳作为活化剂的气氛下活化60～150min，二氧化碳流量根据物料量确定，为50～90L/Kg·min，得到活性炭粗品及中热值燃气；

（3）将步骤（2）得到的活性炭粗品在隔绝空气的保护下冷却至室温后，再在100～120℃下干燥2～3小时，即得到活性炭产品，其碘吸附能力达到国家一级标准。

步骤（2）得到的中热值燃气经气象色谱检测，根据气体成分、含量及气体热值计算，确定步骤（2）得到活化过程中的尾气确实为中热值燃气。其燃气热值计算方法为：热值                                                ，其中H_m代表燃气热值，H_i代表气体i的热值P_i代表气体i的含量。