制备高热值低硫生物质炭的微波热解方法及装置与流程

本发明涉及一种制备高热值低硫生物质炭的微波热解方法及装置，属于绿色能源综合利用。

背景技术：

1、随着化石燃料的不断枯竭，人们对可持续性环保能源的需求日益增加。在这一背景下，生物质作为一种清洁可再生能源，引起了广泛关注。然而，生物质通常具有硫元素含量高，热值低等缺点，难以满足工业上对固态燃料工艺性能的要求。若未经适当提质处理而直接用于燃烧，生物质的热值得不到保证，其中硫元素还可能在后续使用中对环境产生不利影响，例如导致大气污染和酸雨等问题。

2、目前，生物质的提质工艺主要包括水热碳化和添加催化剂等方法。水热碳化法使用水热反应釜作为反应容器，通过高温高压的条件对生物质进行热解处理。然而，这种方法操作繁琐，危险性高。另一方面，添加催化剂的方法由于其反应速率较快且对生物炭具有较高的脱硫效率而受到广泛关注。常用的催化剂包括kc l，它促进了生物质中硫的转移至气相。然而，在该反应过程中，涉及催化剂失活和碱金属元素的引入等问题。因此，如何实现高效、低成本的制备高热值低硫生物质炭产品仍是一个重要的研究课题。

3、微波作为一种快速加热方法，能够快速且高效地对生物质进行热解，将其分离为固体、液体和气体产物。这种方法具有操作简单、能耗低、反应时间短等优点。此外，微波热解技术能够加速生物质原料中硫元素实现高热值低硫生物质炭的制备，为农业生物质的可持续利用和绿色低碳发展提供了新的途径。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有生物质炭质量问题及处理技术的不足，本发明提供了一种制备高热值低硫生物质炭的微波热解方法及装置，将生物质的热解与硫元素脱除两个关键过程耦合在一个反应器中，通过微波加速生物质原料中硫元素转化为气态硫化物，这一装置有效地收集了挥发出的含硫气体。经处理后，生物质炭成为低硫含量、高热值、高附加值产品。该装置提高了生物质在工业领域的利用价值，通过减少反应的复杂性、降低操作成本以及提高设备的处理能力，实现了生物质高效利用与低成本生产。

3、(二)技术方案

4、为解决上述一种制备高热值低硫生物质炭的微波热解方法及装置的技术问题，本发明提供如下技术方案：

5、一种制备高热值低硫生物质炭的微波热解方法及装置，包括混合气瓶和微波热解组件，所述混合气瓶设置在微波热解组件的左侧，所述混合气瓶包括输气软管，所述输气软管的一端连接在生物质盛装瓶的底端，所述生物质盛装瓶安放在微波热解组件内部，所述微波热解组件包括热解腔、热解操作区和顶接孔，所述热解腔内部设置有热传感器，所述热解腔一侧正面设置有安全门，热解操作区的顶部设置有散热组件，所述生物质盛装瓶上端连接生物油收集管下端，所述左侧热解腔的顶部开设有贯通外壳的顶接孔，直径约5cm。生物油收集管上端对准插入设备顶接孔，并与外侧金属板保持水平齐平且与冷凝管下端嵌扣。所述冷凝管下端插接进顶接孔中并与生物油收集管上端嵌扣。所述顶接孔与冷凝组件插接处设置有金属密接套。

6、优选地，所述混合气瓶还包括盛气瓶、瓶管口、调整阀和开关阀，所述混合气瓶底部设置有盛气瓶，所述盛气瓶的顶部设置有瓶管口，所述瓶管口的管身设置有调整阀，所述调整阀同水平的管身设置有输气软管，所述输气软管一端连接生物质盛装瓶底部，所述瓶管口顶部设置有开关阀，所述。

7、优选地，所述微波热解组件还包括透波保温耐火砖和压感锁，所述微波热解组件外层由金属外壳组成，所述微波热解组件左侧内部开设有热解腔，所述热解腔的内壁铺设有透波保温耐火砖，所述热解腔的顶部开设有贯通外壳的顶接孔，顶接孔中插接有冷凝组件，所述微波热解组件右侧设置有热解操作区，所述热解腔的外侧正面中间贴近热解操作区处设置有压感锁。

8、优选地，右侧微波操作区下端腔体内，装置有功率为3kv的微波发射器，微波发射器的发射端正对左侧生物质盛装瓶中心，微波波导对内部生物质粉料进行热解。

9、优选地，所述热解操作区包括温度控制系统、计时器和开关按钮，所述热解操作区的顶部设置有散热组件，用于缓解设备因长时间使用导致的电机过热问题。所述热解操作区上方设置有计时器，所述计时器下方设置有温度控制系统，所述温度控制系统下方设置有多个开关按钮。

10、优选地，所述散热组件包括保护壳、驱动轴和扇叶，所述散热组件外层设置有保护壳，所述保护壳内部设置有驱动轴，所述驱动轴的轴身安装有扇叶，所述散热组件设置在微波热解组件顶部。

11、优选地，所述冷凝组件还包括冷凝管、冷凝水出口、气体管、出气管和冷凝水进口，所述冷凝组件的外层设置有冷凝管，所述冷凝管外壁连接有冷凝水出口和冷凝水进口，所述冷凝管内部设置有气体管，所述气体管的顶口连接着出气管，所述出气管连通收集组件，所述气体管的底部延伸端连接着生物油收集管。

12、优选地，所述收集组件包括软体气管、气阀和气袋，所述收集组件的一端连接着软体气管，所述软体气管的管身连接有气阀，所述软体气管的末端连接气袋，所述软体气管的另一端连接着出气管。

13、优选地，所述生物质盛装瓶，所述生物质盛装瓶还包括进气端和生物质盛放腔，所述生物质盛装瓶的内部设置有生物质盛放腔，所述生物质盛放腔顶部连接瓶口，所述生物质盛装瓶底部设置有进气端，所述进气端连接输气软管。

14、优选地，所述安全门包括门把手、可视玻璃窗和卡扣，所述安全门的中间设置有可视玻璃窗，所述安全门的外侧设置有门把手，所述安全门的内侧靠近外沿中心设置有卡扣，在关闭时所述卡扣配合锁接在微波热解组件上。

15、整体微波热解炉外层由金属外壳组成，具有阻挡微波传播的作用，从而保证了操作安全性，不会对人体造成伤害，并有助于工业化生产。

16、一种微波热解制备高热值低硫含量的生物质炭的方法及装置使用方法，包括以下步骤：

17、s1、将生物质原料100℃下干燥12h，并粉粹至粉末后放入生物质盛装瓶中，操作过程中，压感锁在与安全门上的卡扣闭合后，设备才进行工作，热传感器探头接触玻璃容器外壁，热传感器的探头水平穿过热解腔左侧透波保温耐火砖，传感器数据线连接右侧操作面板上的温度控制系统，设定微波热解温度为两百到四百五十℃，热解时间为二十五到九十分钟；在保证操作安全通入的混合气体，流量为100ml/min。在微波的热解作用下，加速了生物质粉料中硫元素元素的反应，使其转换为气体形式，被气袋储存，右侧微波热解组件的上端金属板盖设置有散热组件，缓解设备因长时间使用导致的电机过热问题，保障设备的操作安全性。

18、s2、整套设备左侧顶端开有直径约5cm的顶接孔，左侧热解腔中分别放置冷凝组件以及作为反应容器的生物质盛装瓶，生物油收集管下端插入生物质盛装瓶内，其上端与外侧金属板保持水平齐平且与冷凝管下端嵌扣，设备尺寸依据两个反应容器大小设计。

19、s3、冷凝组件竖直插入立于顶接孔中，暴露在炉腔外，接口处设置有金属密接套，起到防微波外泄及保温的作用，微波加热生物质后产生的气体向上通入冷凝组件内，其外壁下接口通过冷凝水进口连通一到五℃的冷凝水，自下而上环绕对高温蒸汽进行冷却，于气体管道内实现生物油的凝结，外壁上接口连通冷凝水出口将水排出，生物油依靠重力作用回落，收集至滴管内；冷凝组件的出气口由软体气管与气袋相连，其他不溶性气体被气袋收集，气袋上设置相应气阀控制，待反应完全，关闭连接阀门，将收集到的气体连带气袋取下，热解结束后，于室温放置，自然冷却得到生物炭样品。

20、(三)有益效果

21、与现有技术相比，本发明提供了一种制备高热值低硫生物质炭的微波热解方法及装置，具备以下有益效果：

22、1、该装置通过温度控制系统、计时器和开关按钮,可按需设定热解温度、时间,还可以设定保温时间对样品进行持续性恒温加热。

23、2、采用微波热解，不仅使反应更加高效，还减少了对设备和能源的需求。微波辐射能够促使有机硫分解为气态硫挥发出来，从而减少硫元素在生物质炭中的含量。同时，也能够提高生物质炭的热值，提升其能源价值，使得到的产品升级为高附加值产品，提高了生物质在工业领域的利用价值。

24、3、该装置解决了传统生物质转化方法的复杂性和高成本问题，将多步骤耦合至一个装置中，结构简单。便捷地、连续性地分离出热解后固液气三种产品，在热解过程中随时取用。

25、4、该一体化装置，降低了操作成本，并显著提高了处理能力。采用微波热解，不仅使反应更加高效，还减少了对设备和能源的需求。