[发明专利]一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法

说明书

本发明公开了一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法，包括热解炭化区、梯级温度空气活化区和空气预热区三个区域，实现能量的有效利用，梯级温度空气活化区根据氧浓度分为低氧区、中氧区与高氧区三部分，高效匹配温度活化工况的需求，采用热空气对高温炭进行氧化，通过梯级温度空气活化区的分层设计来实现生物炭的分散，抽气与进气过程相配合实现“负压‑增压”以强化热空气氧化生物炭的反应速率，水雾相变降温与辅助加热相结合以保证热空气氧化生物炭的反应温度，从而实现对生物炭的定向调控，改善生物炭的品质，显著提高其吸附性能，整个生产过程具有工艺简单，能耗低，生产效率高等优势。

技术领域

本发明涉及生物质热解炭化领域，具体是一种梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法。

背景技术

我国生物质资源丰富，生物质主要包括农作物、农作物废弃物、木材、林业废弃物和动物粪便等，目前生物质的利用技术主要有生物质直接燃烧、生物质气化、生物质热裂解等，其中生物质热裂解技术是对生物质能源最有效利用的技术手段之一。

生物质热裂解技术是指生物质在完全没有氧或缺氧条件下热降解，最终生成生物油、生物炭和可燃气体的过程，其中，热解产生的生物炭应用前景极为广阔，其在土壤改良、废物处理、温室气体减排、污染物修复以及能源制备诸多方面都有应用。生物炭因其疏松多孔，是一种极具潜力的廉价吸附剂，其吸附性能主要取决于表面特性，表面特性主要包括比表面积、表面孔隙度、表面形态以及表面官能团特性，比表面积、孔隙度越大，表面特征官能团越多，对应的吸附能力也就越强。

现有热解炭化技术直接生产的生物炭普遍存在比表面积有限、孔隙度不足以及含氧官能团不丰富的问题，这直接影响了生物炭的使用前景，目前已有对生物炭进行改性的专利，如:中国专利CN201610543955.0公开了一种高温热再生活性炭的装置，首先炭粉进入烘干转炉，然后将烘干后粉送入沸腾活化炉活化，所形成活化粉料和炉气通过管道中过热蒸汽加热器，对蒸汽再加热，之后较高温的活化粉料和炉气再进入旋风分离器，实现对生物炭的改性，此法中整体装置较为复杂，生产周期较长；专利CN201710778174.4公开了一种活性炭原料的高温改性处理方法，活性炭原料连续加入高温转炉，在700～1000℃，氢气、氨气等气氛下下处理2～20小时后，经过冷却降温卸入料仓储存，完成改性，此法中活化温度较高，生产成本高且耗能较大。

为此我们对传统热解炭化直接产生的生物炭进行改性，利用梯级温度空气氧化定向调控生物炭，来提高生物炭的品质，增强其吸附性能，整个生产过程具有工艺简单，过程连续，能耗低，生产效率高等优势。

发明内容

为解决现有热解炭化技术直接生产的生物炭比表面积有限、孔隙度不足以及含氧官能团不丰富等问题，本发明的目的在于提供一种利用梯级温度空气氧化定向调控生物炭的系统及方法，以此来提高生物炭的品质。