一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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，本发明专利技术工艺简单，不增加生产成本。

An air-assisted co-conditioning method for biomass spiral pyrolysis products

The invention discloses an air intervention type co-conditioning method for biomass spiral pyrolysis products. The method is that the first blower and the second blower are respectively arranged at the inlet and outlet of the external heating biomass spiral pyrolysis reactor and at the bottom of the carbon box for feeding air into the pyrolysis process to participate in the pyrolysis reaction; the air equivalent ratios of the first blower and the second blower are 0.02-0.04 and 0.01-0.02, respectively. By feeding air into the pyrolysis process of biomass, the problem of poor heat and mass transfer inside the spiral drum caused by external heating of the spiral drum in the pyrolysis process of biomass is solved pertinently, and the limitation of adjusting the quality of pyrolysis products only by heating temperature and residence time is eliminated, so as to ensure the yield and quality of biochar and at the same time to the pyrolysis by-products. The product was also tempered synchronously to make its later application more convenient. In addition, the process of the invention is simple and does not increase the production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法
本专利技术涉及生物质能源
，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。
技术介绍
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。传统生物质低氧条件下的热解过程中，空气介入的作用是直接与部分生物质发生燃烧反应，从而提供热解过程所需的热量，过程难以控制。针对热解产物调质，通过对生物炭二次加热的方法改善其品质将增加系统能耗和工艺流程；对于热解气、液相产物采用部分氧化裂解法和催化裂解法可以实现大分子有机物裂解为小分子有机物的调质目的，但均需要足够的反应温度，使整体工艺趋于复杂，催化剂的使用也增加了成本。针对生物质螺旋热解技术，采用简单有效的办法改善其内部传热传质效果并改善产物的品质将有利于该技术及其各相产物更为广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足和缺陷，提供一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法。本专利技术所述方法通过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，在生物质热解过程中送入空气，使得空气参与生物质的热解反应过程，形成局部的高温，促进热解挥发物析出和长链有机物的二次裂解为小分子气体和液体，增加气相产物的得率；增加气相产物在反应器和炭箱内的流动和传热传质效果，提高热解反应速度、出炭的质量以及质量一致性。本专利技术的上述目的是通过以下方案予以实现的：一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法，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。所述空气当量比即为实际输入空气量与反应物完全燃烧所需理论空气量之比。针对生物质螺旋热解制备生物炭过程，在不增加工艺流程和生产成本的条件下，本专利技术通过将空气介入生物质螺旋热解反应器使之与微量炭反应，可以弥补采用加热温度和螺旋轴转速控制进行生物炭产率和品质调整的不足，同时，利用空气介入对热解气、液相产物进行同步调质使其中大分子有机物裂解为小分子气、液体产物，将有利于生物质螺旋热解制备生物炭技术及其各相产物更为广泛的应用。具体地，为通过将外热式生物质螺旋热解反应器和炭箱分别与第一鼓风机和第二鼓风机连接，使得生物质在热解过程中空气可参与热解反应，生物质中聚合度较低的半纤维素在300℃左右几近完成热解过程，产生了一定量的生物炭，且炭的燃点在300℃左右，低于热解气、液相产物燃点，介入的空气分别与螺旋热解反应器和炭箱中的炭进行反应，提高局部反应温度和热解挥发物析出速度，促进长链有机物的二次裂解，增加气相产物的得率，增量气相产物在反应器和炭箱内的流动又可以增加反应器和炭箱内的传热、传质效果，提高热解反应速度进而保证生物炭在设定驻留时间下的出炭质量和质量的一致性；同时，炭箱内通入的空气进一步实现深度炭化，空气介入后将促进长链有机物裂解为分子量较小的有机物或不凝气，有利于热解制炭副产物的后期应用。随着空气当量比的增加，热解反应产物中气相产物-热解气比例逐渐增加，固相产物-生物炭比例下降，热解反应过渡为气化反应，文献显示ER在0.28～0.30时，三相产物中气相产物能量占比最高，气化效率最高，继续增加空气当量比，以CO2和H2O为主的燃烧产物将逐渐增多，空气当量比为1.00时，理论所有的可燃物都将转化为CO2和H2O。本专利技术以生物炭为目标产物，针对生物质螺旋热解反应器和炭箱分别采用0.02～0.04和0.01～0.02较低的当量比，目的在于不使较多的炭和有机物参与反应，仅消耗微量细小炭颗粒，形成局部高温，达到促进热解反应和产物协同调质的目的。空气当量比的计算方法如下：式中：ERn：当量比，即实际输入空气量与反应物完全燃烧所需理论空气量之比；n为1或2，当n为1时，ER1为生物质螺旋热解反应器中送入空气的当量比；当n为2时，ER2为炭箱中送入空气的当量比；Vn：n为1或2；当n为1时，V1为第一鼓风机流量计显示的空气送入量，L/h；当n为2时，V2为第二鼓风机流量计显示的空气送入量，L/h；M：生物质处理量，kg/h；C：生物质中碳元素质量百分比，％；S：生物质中硫元素质量百分比，％；H：生物质中氢元素质量百分比，％；O：生物质中氧元素质量百分比，％。优选地，优先调节第一鼓风机的空气送入量。优选地，所述外热式生物质螺旋热解反应器的加热温度为450～550℃；驻留时间为20～30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种空气介入式生物质螺旋热解产物协同调质方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一鼓风机和第二鼓风机还分别设有流量调节阀和流量计。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述外热式生物质螺旋热解反应器的加热温度为450～550℃；驻留时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋恩臣，王明峰，许细薇，胡志锋，任永志，孙焱，吴宇健，李宗霖，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44