基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)炭的制備方法，尤其涉及了基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭化方法。
【背景技術】
[0002]木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的一大種類，包括以木質(zhì)素和纖維素以及半纖維素組成的生物質(zhì)，主要是組成木本、草本植物的難以利用的細胞壁成分。我國每年都產(chǎn)生大量木質(zhì)生物質(zhì)，如何有效的綜合利用這些秸生物質(zhì)是我們迫切需要解決的問題。近年來，生物質(zhì)炭研究的興起，為木質(zhì)生物質(zhì)資源化提供一條新路。生物質(zhì)的炭化反應主要是它三種組分的熱解反應，其中木質(zhì)素的熱裂解溫度較高，但水熱碳化溫度則低于200°C，而纖維素和半纖維素易發(fā)生熱裂解反應。本發(fā)明聯(lián)合使用水熱碳化和熱裂解技術熱轉化木質(zhì)生物質(zhì)制備特性優(yōu)良的生物質(zhì)炭，降低了木質(zhì)生物質(zhì)炭化的工藝條件，而催化水熱碳化技術又提高了生物質(zhì)炭的特性，因此本發(fā)明的方法具有制備工藝條件低，產(chǎn)物特性好的特點，非常適用于木質(zhì)的木質(zhì)生物質(zhì)制備生物質(zhì)炭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭化方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過下述技術方案得以解決:
[0005]基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭化方法，包括以下步驟:
[0006]A.將木質(zhì)生物質(zhì)粉碎成粒徑為0.5?5mm的生物質(zhì)顆粒；
[0007]B.將生物質(zhì)顆粒輸送至攪拌池，加入磷酸，將pH值調(diào)節(jié)到5?6.5，含水率調(diào)節(jié)到65%?85%;本發(fā)明采用磷酸為催化劑，不僅可調(diào)節(jié)原料的pH值，促進木質(zhì)生物質(zhì)的酸催化熱水解反應，而且磷酸根在碳化過程還可起到造孔活化劑的作用，所制備的生物質(zhì)炭特性能優(yōu)良。生物質(zhì)含水率控制在65 % -85 %范圍，含水率過低，攪拌困難，碳化時產(chǎn)生的自然壓力較大，對設備的耐壓要求高;而含水率過高，碳化時消耗能源較大，相同碳化條件時，碳化程度會下降。
[0008]C.經(jīng)過步驟B處理過的生物質(zhì)顆粒催化水熱碳化、脫水、干燥。
[0009]D.再進一步熱裂解碳化，得到基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭。本發(fā)明得到以木質(zhì)生物質(zhì)為原料的生物質(zhì)炭。
[0010]作為優(yōu)選，步驟A中，木質(zhì)生物質(zhì)包括林業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)秸桿資源、廢渣中的一種或兩種以上。本發(fā)明中的廢渣指工業(yè)廢渣和城市生活垃圾。
[0011]作為優(yōu)選，步驟C中，將經(jīng)過步驟B處理過的生物質(zhì)顆粒輸送至水熱碳化反應釜進行水熱碳化。
[0012]作為優(yōu)選，步驟C中，水熱碳化溫度控制在140°C?170°C，時間應控制在Ih?5h。水熱碳化溫度控制在140°C?170°C，為保證原料的低溫水熱碳化程度，碳化時間應控制在Ih?5h范圍，以確保半纖維素和木質(zhì)素發(fā)生水熱碳化反應。低溫水熱碳化產(chǎn)生的自然壓力較低，因此對設備的強度要求較低，節(jié)約了能源，降低生產(chǎn)成本。
[0013]作為優(yōu)選，步驟C中，脫水為機械脫水，機械脫水后含水率控制在20%以下。采用機械脫水實現(xiàn)液固分離，得到的顆粒含水率低于20%，以減小后續(xù)干燥成本。
[0014]作為優(yōu)選，步驟C中，干燥至含水率為5?10%。
[0015]作為優(yōu)選，步驟D中，將水熱碳化固體產(chǎn)物干燥后輸入熱解爐進行熱裂解碳化。
[0016]作為優(yōu)選，步驟D中，熱裂解炭化反應溫度控制在300°C?400°C，時間控制在0.5h
?5h0
[0017]本發(fā)明采用上述技術方法，在降低工藝條件和提高生物質(zhì)炭的質(zhì)量上具有明顯的效果:本發(fā)明的關鍵技術是利用水熱碳化與熱裂解聯(lián)合法炭化木質(zhì)生物質(zhì)，利用木質(zhì)生物質(zhì)三種主要組分的水熱碳化和熱裂解難度的差異，實現(xiàn)了低溫水熱碳化和低溫熱裂解聯(lián)合炭化木質(zhì)生物質(zhì)的工藝技術。針對新鮮木質(zhì)生物質(zhì)含水率較高的特點，本發(fā)明降低了木質(zhì)生物質(zhì)的炭化成本。本發(fā)明采用磷酸為催化劑，酸催化促進了木質(zhì)素的降解，磷酸根在水熱碳化反應過程中起到造孔活化劑的作用，所制備的生物質(zhì)炭理化特性優(yōu)良。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]實施例1
[0020]基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭化方法，包括以下步驟:
[0021 ] A.將木質(zhì)生物質(zhì)粉碎成粒徑為0.5mm的生物質(zhì)顆粒；
[0022]B.將生物質(zhì)顆粒輸送至攪拌池，加入磷酸，將pH值調(diào)節(jié)到5，含水率調(diào)節(jié)到65%;
[0023]C.經(jīng)過步驟B處理過的生物質(zhì)顆粒催化水熱碳化、脫水、干燥。
[0024]D.再進一步熱裂解碳化，得到基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭。
[0025]步驟A中，木質(zhì)生物質(zhì)包括林業(yè)廢棄物。
[0026]步驟C中，將經(jīng)過步驟B處理過的生物質(zhì)顆粒輸送至水熱碳化反應釜進行水熱碳化，水熱碳化溫度控制在140°C，時間應控制在4h。脫水為機械脫水，機械脫水后含水率控制在20 %以下。干燥至含水率為5 %。
[0027]步驟D中，將水熱碳化固體產(chǎn)物干燥后輸入熱解爐進行熱裂解碳化。熱裂解炭化反應溫度控制在300°C，時間控制在5h。
[0028]實施例2
[0029]基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭化方法，包括以下步驟:
[0030]A.將木質(zhì)生物質(zhì)粉碎成粒徑為5mm的生物質(zhì)顆粒；
[0031]B.將生物質(zhì)顆粒輸送至攪拌池，加入磷酸，將pH值調(diào)節(jié)到6.5，含水率調(diào)節(jié)到85%;
[0032]C.經(jīng)過步驟B處理過的生物質(zhì)顆粒催化水熱碳化、脫水、干燥。
[0033]D.再進一步熱裂解碳化，得到基于催化水熱碳化和熱裂解的木質(zhì)生物質(zhì)炭。
[0034]步驟A中，木質(zhì)生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)秸桿資源和廢渣。
[0035]步驟C中，將經(jīng)過步驟B處理過的生物質(zhì)顆粒輸送至水熱碳化反應釜進行水熱碳化，水熱碳化溫度控制在170°C，時間應控制在lh。脫水為機械脫水，機械脫水后含水率控制在15%。干燥至含水率為10%。
[0036]步驟D中，將水熱碳化固體產(chǎn)物干燥后輸入熱解爐進行熱裂解碳化。熱裂解炭化反應溫度控制400 0C，時間控制在0.5h。<