[发明专利]一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法

说明书

本发明公开了一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法。所述方法为在外热式生物质螺旋热解反应器的进料口和炭箱底部分别设置第一鼓风机和第二鼓风机，用于在热解过程中送入空气参与热解反应；所述第一鼓风机和第二鼓风机送入的空气当量比分别为0.02～0.04和0.01～0.02。本发明通过在生物质热解过程中送入空气，针对性地解决了生物质螺旋热解过程中因螺旋筒外部加热产生的螺旋筒内部传热和传质较差的问题，消除了仅通过加热温度和驻留时间两个反应条件调整热解产物品质的局限性，保证生物炭产率和品质的同时，对于热解副产物也进行了同步调质，使其后期应用更为方便。另外，本发明工艺简单，不增加生产成本。

技术领域

本发明涉及生物质能源技术领域，更具体地，涉及一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法。

背景技术

近年来，基于碳减排的环境需求和农业可持续发展的战略需求，利用农、林生物质废弃物制备生物炭被人类高度认识。生物炭具有多孔结构、比表面积大、表面富含官能团、稳定性高等特性，其应用日趋广泛，目前已经被不同程度地应用于催化剂、燃料电池、吸附剂、储存材料、超级电容和土壤改良等领域。化肥的常年过度使用已经导致了土壤的恶化，生物炭用于土壤改良，可以改变土壤的pH值、离子交换量、土壤团聚特性、小分子物质的持留容量等理化特性，并可以提高土壤中有益微生物的活性。另外，因生物炭稳定性高的特性，其作为土壤修复和改良材料时可长期驻留于土壤中实现碳封存，达到碳减排、改良土壤和作物增收多重目的。

生物质热解技术是最常用的、稳定可靠的生物炭制备技术，其本质是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解的过程，可以将生物质分解成热解气、热解油和生物炭三相产物。低温热解产物主要是CO、CO₂、H₂O和生物炭；温度达到400℃以上时，主要产物是CO、H₂、CH₄、CO₂、H₂O、热解油、生物炭等；温度升至700℃以上且停留时间较长时，热解油发生裂解反应，产物中H₂和不饱和烃类气体增多。继续提高温度，热解气相产物得率增加，热解油和生物炭的得率下降，且气体中H₂及碳氢化合物的得率增加，CO₂含量减少，热解气热值升高。

生物质热解过程包含两个过程进行的反应，首先是高分子聚合脱水反应，反应速率快；其次是气相产物与生物炭的反应，包括裂解、重整和置换反应等。裂解反应使热解油中大分子化合物的C-C、C-H、C-O键和环分子链断裂，裂解成氢氧化物、碳氧化物、CH₄和不饱和碳氢化合物等；重整反应是碳氢化合物与水蒸气的反应，生成碳氧化物及氢基；置换反应是水蒸气与CO的反应，得到二氧化碳和氢气。

生物质螺旋热解制备生物炭是通过螺旋轴推动生物质物料在被加热的螺旋筒内移动从而完成热解制炭过程，具有运行稳定、连续生产、结构紧凑、占地面积小等优点，其热解过程产率和驻留时间相对易于控制，操作简单，因设备单机容量较小，尤其适合中国生物质资源种类繁多且分散的国情，开展分布式生物质热解制备生物炭的应用。

生物质螺旋热解由于采用螺旋筒外部加热，受螺旋筒内部传热和传质条件的限制，相同外筒加热温度下，针对不同含水量、不同种类的生物质原料，只能通过调节螺旋轴转速控制生物质在螺旋筒内的驻留时间，从而得到相应品质的生物炭；在较短的驻留时间内，难免出现炭化不均的现象，影响生物炭质量；提高外筒加热温度或延长驻留时间意味着生物炭产率的降低和热解过程能耗的增高；另外，在以生物炭为目标产物进行较低温度热解时，依靠外筒加热温度和驻留时间的控制难以对热解气、液相产物进行同步调质，得到的液相产物中长链大分子量有机化合物较多，粘度大，流动性差，不能充分满足下一步各种应用的特性要求。