固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法技术

一种固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法，包括以下步骤：将农作物秸秆放入固相反应器中，通过固定频率电磁波照射，使农作物秸秆中的有机大分子C

【技术实现步骤摘要】
固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物秸秆的资源化处理利用
，具体的说是一种固相法从农作物秸秆中制取可燃气、生物油和活性炭的方法。

技术介绍

[0002]我国秸秆年产量近7.5亿吨，秸秆的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木质素等碳水化合物。其焚烧形成的烟雾，含有大量二氧化硫、氮氧化物、烟尘以及碳粒等颗粒物，导致PM2.5浓度大幅度上升、空气质量下降。
[0003]大量农作物秸秆收获后得不到合理的利用，既造成了资源浪费又导致了污染环境。目前秸秆资源化的方式主要由以下5种，即肥料化、燃料化、原料化、饲料化和基料化，但这些方式都有他们的局限性。
[0004]秸秆肥料化，是将农作物秸秆其转化为商品肥料的一种生产方式，用于改良土壤性质、改善农产品品质和提高农产品产量。但是实际上秸秆肥料化基本无法达到预期标准，主要问题在于新的秸秆有蜡质，腐化时间长，不能满足秸秆的发酵周期。
[0005]秸秆燃料化，是将农作物秸秆经过压缩、成型等工序进行处理，以提高秸秆原料的密度，制成秸秆固化燃料，虽然制成的固化燃料有较高的热值，但秸秆燃料成型过程的能耗较高，无法大规模推广应用。
[0006]秸秆原料化，是将农作物秸秆作为木材的代替品用来造纸，但是由于秸秆的季节性、以及运输、储存问题等无法满足工业需求等问题，造成其使用率较低，而且秸秆造纸要用到很多化工原料，容易造成二次污染。
[0007]秸秆饲料化，是将秸秆用于畜禽饲料，但是农作物秸秆由于本身养分不均衡、含量偏低和不易腐熟等特点，导致饲料的营养价值很低，无法满足养户需求。
[0008]秸秆基料化，是指利用秸秆作为基料栽培食用菌品，但是秸秆基料化的占比还不到 2％，无法工程化处理秸秆。
[0009]因此，急需一种处置成本低、附加值高、资源化效果显著、且易于大规模处置农作物秸秆的绿色环保新技术。

技术实现思路

[0010]为了解决现有技术中农作物秸秆处置难度大，成本高，附加值低，且易造成二次污染，无法实现大规模处置的技术难题，本专利技术提供了一种固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法，用本方法处理农作物秸秆的成本低，产物附加值高，无二次污染，资源循环效果显著，可实现较好的环境效益和经济效益。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法，包括以下步骤：步骤一、按照质量比为(30
‑
50)：1的比例，分别取干燥、粉碎后的农作物秸秆和吸波材料置于固相反应器中，均匀混合后，制得混配料，备用；
步骤二、打开固相反应器上设置的波源发生器，采用4000～20000Hz的电磁波对固相反应器内的混配料进行电磁波处理10～30min，控制固相反应器内压强为400～8000Pa，温度为 150～400℃，使农作物秸秆中有机大分子的C
‑
C键共振断裂，形成有机小分子蒸汽与固体分离，并从固相反应器的蒸汽通道溢出；步骤三、对步骤二中固相反应器蒸汽通道溢出的有机小分子蒸汽进行冷凝处理，得到液态的生物油和气态的可燃气；步骤四、对步骤二的固相反应器中完成有机小分子蒸汽溢出后剩余的固体物料进行吸波材料回收，之后，对其进行活化处理，即得活性炭。
[0012]进一步的，在步骤一中，所述农作物秸秆与吸波材料的添加质量比为40：1。
[0013]进一步的，在步骤一中，所述农作物秸秆粉碎后的粒径不大于5cm。
[0014]进一步的，在步骤一中，所述的吸波材料为在4000～20000Hz频率范围内有最大吸收的磁性材料。
[0015]进一步的，所述的波源发生器为内外双波源发生器，内外双波源发生器中的两个波源分别设置在固相反应器的内部和外部，且内部和外部两个波源的功率比为(0.4～0.6)：1。
[0016]进一步的，所述固相反应器和波源发生器的外侧设置有电磁波防泄露罩壳。
[0017]进一步的，在步骤三中，所述的生物油中含有55
‑
65％的脂肪类化合物，25
‑
35％的芳香类化合物。
[0018]进一步的，在步骤三中，所述的可燃气中氢气、甲烷和一氧化碳的质量百分总含量＞67％。
[0019]进一步的，在步骤四中，所述固体物料的比表面积＞80m2/g，平均孔容＞0.1cm3/g，经活化后可生成活性炭。
[0020]本专利技术的有益效果：1、本专利技术的处理工艺采用一步式电磁波处理法即可将农作物秸秆通过固相反应转化成可燃气、生物油和活性炭三种可利用物质。相较于农作物秸秆的其他处置方式来说，本专利技术的处理方法成本较低、物料处理的附加值高、且全程无二次污染、资源化效果显著、易于对农作物秸秆进行大规模处置，有较好的环境效益和经济效益。
[0021]2、本专利技术采用电磁波照射辅助加热的方式来对农作物秸秆进行处理，特定温度和固定频率的电磁波能够使农作物秸秆中的有机大分子产生C
‑
C键的共振断裂，以完成秸秆的快速分解。这种固相处理方法所采用的反应温度较低(最高为400℃)，因此，整个处理过程对于热能的消耗较低，对设备的损耗较小，环保性更好。
[0022]3、本专利技术的固相处理方法生成的气、固、液三种产物均能形成可利用产品，其中，固相产物具有较大的比表面积和孔隙率，常规活化处理后即可作为活性炭使用；液态产物为生物油，主要成分为脂肪类和芳香类化合物，可作为生产苯酚、糠醛、乙酸等有机化工产品的原料使用；气体产物为可燃气，主要成分为氢气、甲烷和一氧化碳，可作为生活能源使用。各种产物整体的附加值较高，资源化效果显著、且无二次污染，可达到零排放、全回收，实现了秸秆的清洁化大规模处理，经济效益突出。
[0023]4、本专利技术的处理工艺可采用一套设备完成多种不同农作物秸秆的加工。即：由于C
‑ꢀ
C键共振断裂所需的能量一定，本专利技术的处理装置对各种秸秆均有作用。同时，电磁波是
清洁能源，产物均可形成产品，不会产生二噁英的危害，且处理工艺条件比较温和，工艺过程简单，易于控制，适用于推广使用。
附图说明
[0024]图1本专利技术实施例1中青稞秸秆裂解所生成液体产物的TIC总离子流图；图2本专利技术实施例2中油菜秸秆裂解所生成液体产物的TIC总离子流图；图3本专利技术实施例3中玉米秸秆裂解所生成液体产物的TIC总离子流图；图4本专利技术实施例4中小麦秸秆裂解所生成液体产物的TIC总离子流图；图5本专利技术实施例5中水稻秸秆裂解所生成液体产物的TIC总离子流图；
具体实施方式
[0025]以下是本专利技术的具体实施例，以下的实施例便于更好地理解本专利技术，但并不限定本专利技术。所述的实验操作过程在未指明情况下均是在常温常压下进行。
[0026]一种固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法，该方法采用自制的固相反应器，使农作物秸秆在固定频率电磁波照射下可分解成固、液、气三种物质，得到可燃气、生物油和活性炭。具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按照质量比为（30
‑
50）：1的比例，分别取干燥、粉碎后的农作物秸秆和吸波材料置于固相反应器中，均匀混合后，制得混配料，备用；步骤二、打开固相反应器上设置的波源发生器，采4000~20000Hz的电磁波对固相反应器内的混配料进行电磁波处理10~30min，控制固相反应器内压强为400~8000Pa，温度为150~400℃，使农作物秸秆中有机大分子的C
‑
C键共振断裂，形成有机小分子蒸汽与固体分离，并从固相反应器的蒸汽通道溢出；步骤三、对步骤二中固相反应器蒸汽通道溢出的有机小分子蒸汽进行冷凝处理，得到液态的生物油和气态的可燃气；步骤四、对步骤二的固相反应器中完成有机小分子蒸汽溢出后剩余的固体物料进行吸波材料回收，之后，对其进行活化处理，即得活性炭。2.如权利要求1所述的固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法，其特征在于：在步骤一中，所述农作物秸秆与吸波材料的添加质量比为40：1。3.如权利要求1所述的固相法由农作物秸秆制取可燃气、生物油和活性炭的方法，其特征在于：在步骤一中，所述农作物秸秆粉碎后的粒径不大于5cm。4.如权利要求1所述的固相法由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李壮豫，建方方，刘娥，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：