一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置及方法

本发明涉及生物质能源再利用，特别是涉及一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置及方法。

背景技术：

1、生物炭是一种作为土壤改良剂的木炭，是由生物质(例如农业残余物和林业废弃物等)在缺氧或微氧环境中经热裂解之后的产物，其主要成分是碳分子。它的主要作用包括帮助植物生长、净化水质、减少化学肥料的使用等。

2、在生物质热解转化过程中会产生热解气，热解气中包括二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)、氢气(h2)、水蒸气(h2o)、甲烷(ch4)、硫化氢(h2s)、氨气(nh3)等多种气体，各气体组分的生成量受原料类型、热解工艺及其它条件的影响。热解气如果直接排放到大气中，不仅会造成资源的浪费，也可能对空气质量造成影响。

3、有鉴于此，如何提供一种能够对热解气进行二次利用，降低对空气质量影响的设备，是本领域人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置及方法，以解决现有技术存在的问题，对热解气进行二次利用，降低热解气中的有害气体含量，使热解气符合废气排放标准，能够直接排放到大气中。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置，包括：

3、第一管式炉，所述第一管式炉内放置生物质原料，其具有第一进气口和第一出气口，所述第一进气口与第一氮气瓶的出气端连通；

4、脱气机构，所述第一管式炉的出气口与脱气机构的进气端连通，所述脱气机构能够吸收热解气中的水溶性气体；

5、第二管式炉，所述第二管式炉具有第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与所述脱气机构的出气端连通，所述第二管式炉内放置气相沉积催化剂，所述脱气机构能够将热解气中的非水溶性气体送入所述第二管式炉并在第二管式炉内气相沉积形成生物炭。

6、优选的，所述第一管式炉的温度为450-600℃，所述第二管式炉的温度为700-900℃。

7、进一步的，所述脱气机构包括：

8、第一脱气膜，所述第一脱气膜由中空纤维制成，其上端具有第一进水口，下端具有第一出水口，所述第一脱气膜的外表面设置有第一气体流道，所述第一气体流道的两端通过第一连接端头分别与第一出气口和第二进气口连通；

9、水箱，所述第一出水口与所述水箱连通；

10、第二脱气膜，所述第二脱气膜由中空纤维制成，其上端具有第一出水口，下端具有第一进水口，所述第二脱气膜的外表面设置有第二气体流道，所述第二气体流道与大气连通；所述第一进水口与第二出水口之间、所述水箱与所述第二进水口之间均通过连接管道连通，所述连接管道上设置有水泵。

11、进一步的，所述第二气体流道的两端通过第二连接端头分别与第二氮气瓶和真空泵连通。

12、本发明还提供一种生物质热解分级利用制备碳材料的方法，应用所述生物质热解分级利用制备碳材料的装置，包括以下步骤：

13、s1：热解准备；将生物质原料粉碎、干燥后置入第一管式炉中，将气相沉积催化剂置入第二管式炉中；

14、s2：预热；打开第一氮气瓶，设定第一管式炉和第二管式炉的温度；

15、s3：热解；生物质原料在第一管式炉中热解形成生物炭并产生热解气，同时启动水泵使水箱内的水在第一脱气膜、第二脱气膜和连接管道内循环流动形成循环水；

16、s4：气体重整；热解气从第一管式炉流入第一气体流道中，第一气体流道和第一脱气膜之间形成正向压差，热解气中的水溶性气体穿过中空纤维并溶入循环水中；循环水携带水溶性气体流入第二脱气膜中，第二脱气膜和第二气体流道之间形成反向压差，水溶性气体穿过中空纤维并进入第二气体流道中，沿第二气体流道排入大气；

17、s5：气相沉积；非水溶性气体流入第二管式炉中，在第二管式炉中通过气相沉积催化剂转化形成生物炭，气相沉积后的废气从第二出气口排入大气。

18、本发明公开了以下技术效果：

19、1.本申请能够对生物质热解产生的热解气进行二次利用，分离热解气中的非水溶性气体，在第二管式炉内将非水溶性气体进行气相沉积转化为生物炭，提高了热解气的利用率，降低了热解气中有害气体的含量，使得处理后的热解气能够直接排入大气，绿色环保无污染。

20、2.热解气二次利用还能够提高生物质原料的利用率，提高生物炭的产出率。

21、3.气体分离依靠气体流道与脱气膜之间的压差，除循环水循环所需要的水泵动能外，气体分离过程无其他能耗，可降低处理成本。

技术特征：

1.一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置，其特征在于，所述第一管式炉(3)的温度为450-600℃，所述第二管式炉(4)的温度为700-900℃。

3.根据权利要求1所述的一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置，其特征在于，所述脱气机构包括：

4.根据权利要求3所述的一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置，其特征在于，所述第二气体流道(13)的两端通过第二连接端头(801)分别与第二氮气瓶(11)和真空泵(10)连通。

5.一种生物质热解分级利用制备碳材料的方法，其特征在于，应用权利要求3或4所述的生物质热解分级利用制备碳材料的装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种生物质热解分级利用制备碳材料的装置及方法，涉及生物质能源再利用技术领域，包括：第一管式炉，第一进气口与第一氮气瓶的出气端连通，第一管式炉的出气口与脱气机构的进气端连通，脱气机构能够吸收热解气中的水溶性气体，第二管式炉具有第二进气口和第二出气口，第二进气口与脱气机构的出气端连通，脱气机构能够将热解气中的非水溶性气体送入第二管式炉气相沉积形成生物炭。能够对生物质热解产生的热解气进行二次利用，分离热解气中的非水溶性气体，在第二管式炉内将非水溶性气体进行气相沉积转化为生物炭，提高了热解气的利用率，降低了热解气中有害气体的含量，使得处理后的热解气能够直接排入大气，绿色环保无污染。技术研发人员：兰维娟,赵新新,卫一航,金鑫,王影娴,尹冬雪受保护的技术使用者：河南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10