[发明专利]一种利用农作物秸秆制备生物质炭的方法

说明书

本发明公开了一种利用农作物秸秆制备生物质炭的方法。该方法对农作物秸秆依次进行粉碎和造粒，降低了其蓬松度，并在造粒过程中排出其内夹杂的空气，便于控制热裂解温度，防止热解过度；加之将生物质颗粒的压实密度维持在0.5‑0.8kg/L，利于生物质颗粒由外向内形成温度梯度，同样能防止热解过度，同时，合理的压实密度还有利于挥发分或其它气态物挥发，利于在生物质炭中形成孔隙，提高其比表面积；接着，在限氧下，将上述生物质颗粒于压力为‑0.1kpa‑0.1kpa下进行热裂解，在该低压力下，有利于热裂解过程中的挥发分或其它气态物快速从其中挥发出来，提高了生物质炭的比表面积。

技术领域

本发明属于生物炭热解技术领域，具体涉及一种利用农作物秸秆制备生物质炭的方法。

背景技术

农作物秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。其通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花和甘蔗等农作物在收获籽实后的剩余部分，其富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等。

目前，农作物秸秆的处理方法常见有如下几种：第一种、将农作物秸秆粉碎，埋入农田中，进行秸秆还田，但是该方法处理秸秆的速度较缓慢，且容易引发病虫害等问题；第二种、将农作物秸秆打包，投入火力发电锅炉，进行生物质发电，此方法对秸秆的利用率较低；第三种、将农作物秸秆热裂解为生物质炭、生物质油或生物质气，从而高效利用农作物秸秆。

上述三种处理方法中，农作物秸秆热裂解是目前研究热度较高的农作物秸秆处理方式，诸如中国专利文献CN101993701A公开了一种基于废弃农作物秸秆制备生物质炭的方法，其先将农作物秸秆切割成秸秆颗粒，洗涤，干燥；再将经上述处理的秸秆颗粒装入炭化炉的石英管中，通入惰性气体；接着在惰性气体流量为100mL/min的环境下，以25℃/min的加热速率从室温加热至350-550℃，维持1-3min，随后停止加热，冷却至室温，得到固体；最后，对上述固体依次进行洗涤和干燥，即得生物质炭，从而处理了废弃农作物秸秆。

上述技术中，秸秆颗粒由农作物秸秆直接切割得到，较为蓬松，极易在其内夹杂空气，造成后续高温热裂解过程中的温度不易控制，易出现温度陡升，导致热解过度，降低了生物炭中固定碳含量。为此，上述技术大幅降低了热裂解的时间并长时间通入惰性气体，以避免热解过度，但与此同时，短时间的热裂解难以有效提高生物质炭的比表面积，这也正是上述中生物质炭的比表面积低于10m²/g的原因所在。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有生物质炭存在比表面积和固定碳含量低的缺陷，进而提供一种比表面积和固定碳含量高的利用农作物秸秆制备生物质炭的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明所提供的利用农作物秸秆制备生物质炭的方法，包括如下步骤：

对农作物秸秆依次进行粉碎和造粒，制得生物质颗粒，所述生物质颗粒的压实密度为0.5-0.8kg/L；

在限氧下，将所述生物质颗粒于压力为-0.1kpa-0.1kpa下进行热裂解，制得生物质炭。

进一步地，所述生物质颗粒的压实密度为0.6-0.7kg/L；

所述压力为-0.05kpa-0kpa。

进一步地，所述粉碎为将所述农作物秸秆粉碎至其长度为1cm-2cm；

所述造粒为将所述粉碎后的农作物秸秆挤压造粒形成颗粒直径为0.5-1.0cm的生物质颗粒。

进一步地，所述农作物秸秆的含水率为8-15wt％。优选地为10wt％。

进一步地，所述热裂解的温度为400-500℃。

优选地，所述热裂解的温度为450℃、时间为1-2h。