一种基于生物质醋液与生物质油联合作用的生物质热解制备活性炭、液体肥的方法

技术领域

本发明涉及一种基于生物质醋液与生物质油联合作用的生物质热解制备活性炭、液体肥的方法，属于生物质能源领域。

背景技术

生物质常规热解产物的品质不高，以产物高质化为目标的热解多联产机理成为研究者关注的焦点。明确热解链中原料提质处理、过程调控和产物品质三者之间的耦合机制，是实现产品高质化的重要途径。

生物质具有亲水性强、研磨难度大、水含量和氧含量高、能量密度低等缺点，因此在生物质利用之前往往需要适当的改性预处理。国际著名生物质能专家A.V.Bridgwater和国际能源机构(IEA)均指出生物质的高含氧量是造成生物油中含氧化学组分含量高的直接原因，原料提质处理对后续热解具有至关重要的作用。近年来，以改善生物质原料进而提高热解产物品质为目的的提质处理技术得到重视。

原料提质大致有两种方式水洗脱灰和酸洗脱灰。水洗脱灰后的水洗液因含有大量碱土金属，排放污染环境，必须净化后才能回收。酸洗脱灰研究表明，无论是无机酸(如盐酸)还是有机酸(如乙酸)都可以有效脱除生物质中灰分和金属元素，进而提高生物油品质，但是用无机酸和有机酸来处理生物质不仅成本高，还会带来污染。

生物质热解的主产品生物质炭高值化利用直接关系到生物质热解技术推广应用。生物质热解后得到的生物质炭制备高附加值的活性炭是一个主要方向。传统的生物质炭主要存在两大问题：生物质炭品质低和活性炭生物质过程中得率低成本高。

因此，急需开发一种技术能在不增加额外物质、环境友好情况下通过过程调控可以解决上述品质低、副产品的利用的问题。

发明内容

针对上述现有技术的问题，本发明提供了一种新型的低成本、系统化的基于生物质醋液与生物质油联合作用的生物质热解制备活性炭、液体肥的方法，它可以得到高品质活性炭和液体肥。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案：一种基于生物质醋液与生物质油联合作用的生物质热解制备活性炭、液体肥的方法,包括以下步骤：

(1)生物质预处理：将粉碎至20目的生物质和醋液送入反应器，其中生物质与醋液的体积比为1:1-3，加热至50-60℃，搅拌30min；

(2)过滤—液相：将步骤(1)得到混合物送入过滤器过滤，得到的液相送入螯合罐，加热至40℃，加水调节PH值至6～6.5，加入N/P/K螯合得到液体肥；

(3)过滤—固相：将过滤器过滤得到的固相即处理后的生物质送入密闭加热器，以20℃/min升温至270-280℃，并保持恒温1-1.5h；

(4)醋液和活性炭前躯体的制备：步骤(3)得到的生物质，在550℃～600℃下热解得到气体、生物质炭，气体经过冷凝、离心分离得到醋液、不凝性的气体以及生物质油，不凝性的气体即可燃气燃烧用于提供热解所需的热量，生物质炭与生物油按重量比4-6：1送入超声罐，超声、搅拌1h后，得到活性炭前驱体；

(5)炭的活化：活性炭前驱体送入回转活化炉活化得到活性炭。

其中，步骤(1)中的生物质为木片、果壳，含水率≤40％。

其中，步骤(1)中的醋液为步骤(4)中热解得到的醋液。

本发明的有益效果：

(1)采用自身热解得到气相中冷凝分离出的醋液与生物质搅拌混合，将碱金属等灰分转移至醋液中，用含有碱金属的醋液制作液体肥，不仅将碱金属等灰分资源化利用，而且还将醋液资源化利用，同时又将生物质提质了。

(2)采用自身热解产生的生物质油与生物质炭耦合在一起，增加了生物质炭的抗氧化性和挥发分，提高了生物质炭的得率，减少灰分，提高活性炭品质和生产成本。

(3)本系统方法不仅得到液体肥，而且得到高品质活性炭，一举两得。

附图说明

图1是生物质热解制备活性炭、液体肥的方法的流程图。

具体实施方式

一种基于生物质醋液与生物质油联合作用的生物质热解制备活性炭、液体肥的方法,包括以下步骤：

(1)生物质预处理：将含水率≤40％木片粉碎至20目和步骤(4)中得到的生物质醋液送入反应器，其中生物质与醋液的体积比为1:2，加热至50-60℃，搅拌30min；

(2)过滤—液相：将步骤(1)得到混合物送入过滤器过滤，得到的液相送入螯合罐，加热至40℃，加水调节PH值至6～6.5，根据所用植物需要比例加入N/P/K，升温至60℃搅拌螯合得到液体肥；

(3)过滤—固相：将过滤器过滤得到的固相即处理后的生物质送入密闭加热器，以20℃/min升温至270-280℃，并保持恒温1-1.5h；

(4)醋液和活性炭前躯体的制备：步骤(3)得到的生物质，送入热解炉，在550℃～600℃下热解得到气体、生物质炭，气体经过冷凝、离心分离得到醋液和生物质油，不凝性的气体即可燃气燃烧用于提供热解所需的热量，生物质炭与生物油按重量比5：1送入超声罐，超声搅拌1h后，得到活性炭前驱体。

(5)炭的活化：活性炭前驱体送入回转活化炉活化得到活性炭。

表1木片和进热解炉木片的理化分析

步骤(1)中的原材料木片和步骤(3)得到的进热解炉前的生物质等样品的工业分析、元素分析、热值结果列于表1，从表1可以看出，经过提质后的灰分含量从5.56％减少到3.91％。这意味着，本方案能明显降低样品中灰分的含量。相比于原料的挥发分含量下降，而固定碳含量大幅提升。同时，大幅提高了碳元素含量、大幅降低了氧元素含量，使得H/O和O/C的摩尔比也下降、样品热值明显升高。

表2木片和进热解炉前木片金属元素分析

样品的金属元素含量如表2所示。经过本发明提质后，木片中的金属含量有不同程度的降低，其中对K、Na和Mg元素的脱除效果较为明显，尤其是K、Na，脱除率达到了90-95％。对其他金属元素的也有一定的脱除效果，如Ca和Fe的脱除率都达到了50％以上。这说明本发明对木片中的金属元素有较好的脱除效果。

生物质油与木片热解炭耦合结果：将1kg生物质炭与0.2kg生物质油耦合后得到的活性炭前驱体送入活化炉活化得到0.6kg活性炭。对该活性炭进行的元素分析、得率和碘值分析，活性炭炭得率60％，碘值1150mg/g；活性炭元素分析：[c]91.45％、[H]1.66％、[N]0.24％、[O]4.69％，灰分1.96％。

不与生物质油进行耦合的木片炭单独生产活性炭的结果：将1kg生物质炭送入活化炉活化得到0.52kg活性炭。对该活性炭进行的元素分析、得率和碘值分析，活性炭炭得率52％，碘值988mg/g；活性炭元素分析：[c]88.35％、[H]1.45％、[N]0.27％、[O]5.73％，灰分1.96％。

结果显示生物质油的耦合提高了生物质炭的抗氧化性能，提高了活性炭的品质和得率。

本发明为一种基于生物质醋液与生物质油联合作用的生物质热解制备活性炭、液体肥的方法，该方法把粉碎后的生物质与热解得到的醋液搅拌混合经过滤器过滤，得到液相送入螯合罐根据所用植物需要比例加入N/P/K螯合得到液体肥；过滤得到固相生物质送入密闭加热容器加热至270～280℃并恒保温1-1.5，再送入热解炉热解，热解后得到气相经过冷凝、离心分离出醋液和生物质油，得到气相供热解需热，得到生物炭与生物质油一定比例超声后，送入活化炉活化得到高品质、高得率活性炭。本发明通过热解产生的醋液和生物质油联合作用，低成本的解决了传统生物质提质方法水洗、酸洗高成本、污染和生物质炭制活性炭品质低、得率不高的问题，最终得到高品质活性炭和液体肥。