[發(fā)明專利]一種生物質(zhì)碳化工藝和設(shè)備

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310227613.4
• 申請(qǐng)日: 2013-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103351883A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李心清;程紅光;王兵;程建中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C10B53/02
• 分類號(hào): C10B53/02;C10B47/30;C10B47/46;C10G1/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物質(zhì)碳化工藝和設(shè)備，特別涉及一種適合以農(nóng)村自然村落或家庭為單位的生物質(zhì)碳化方法和設(shè)備。

背景技術(shù)

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，年產(chǎn)秸稈約5億噸，有效利用率低下，秸稈焚燒嚴(yán)重，既造成資源浪費(fèi)，又污染環(huán)境。如果能夠以一種可操作的方法將秸稈等生物質(zhì)碳化，然后以適當(dāng)方式施用于農(nóng)田（此即生物炭技術(shù)），則每年可以從大氣中回收并固定4.6億噸CO₂，增產(chǎn)糧食1.8億噸。目前國(guó)際碳市場(chǎng)價(jià)格為每噸CO₂約合130元人民幣。以此估算，則僅固碳和糧食增產(chǎn)兩項(xiàng)收益可使全國(guó)農(nóng)業(yè)每年新增經(jīng)濟(jì)收入4000億元人民幣。目前國(guó)際上要將生物炭技術(shù)納入聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約碳匯方法的呼聲日益高漲。一旦該愿望變成現(xiàn)實(shí)，將為我國(guó)農(nóng)業(yè)帶來(lái)概念性變革。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將不再是偏重于滿足人們對(duì)衣食的需求，而更是一種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。農(nóng)民因在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理中采用了生物炭技術(shù)而成為世界碳經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的股票持有人；土地的作用也因此而發(fā)生重大變革。由此而真正將農(nóng)民從傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)中解放出來(lái)。然而要實(shí)現(xiàn)上述愿景，目前還面臨一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，即在我國(guó)農(nóng)村和農(nóng)民層面上可操作同時(shí)又環(huán)境友好的生物質(zhì)碳化技術(shù)和方法。

國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)碳化方法在技術(shù)途徑的選擇上普遍采用干餾法，該技術(shù)途徑相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低、技術(shù)穩(wěn)定。1970年以來(lái)利用干餾法原理碳化生物質(zhì)的各種專利就有近170項(xiàng)之多。根據(jù)碳化方式可以分為如下兩種主要類別。第一種為流化床法，即利用燃燒器中產(chǎn)生的高溫載體（多為石英砂或灰塵）在熱解器中加熱生物質(zhì)使其發(fā)生裂解反應(yīng)。放熱后的熱載體可再次被送入燃燒室加熱，然后再被送入熱解器中碳化生物質(zhì)。如此循環(huán)即構(gòu)成循環(huán)流化床法。目前利用此方式碳化生物質(zhì)的技術(shù)專利有若干項(xiàng)，如中國(guó)專利CN101353596和CN200996005以及美國(guó)專利US3977947?和US4510021等。流化床法技術(shù)復(fù)雜，從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際放大應(yīng)用的技術(shù)難度大。第二種是管式或箱式窯法，即加熱管狀或箱狀窯使其中生物質(zhì)在缺氧條件下發(fā)生裂解，產(chǎn)生生物炭和裂解油氣。利用此法的專利較多，如中國(guó)專利CN201010524、CN201506767、CN101730733和CN101624185以及美國(guó)和歐洲專利US5725738、US4759300、US6790317、WO2010085430、US4583992和US7438785等。上述公開(kāi)專利多數(shù)具有實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)方式以工廠式為主，技術(shù)和設(shè)備的投資成本高。

中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)相對(duì)滿后，農(nóng)民受教育水平相對(duì)較低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以家庭為單位，種植田塊小而分散，生物質(zhì)的收集、存放和運(yùn)輸勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高。因此，以工廠式的生產(chǎn)方式進(jìn)行秸稈等生物質(zhì)的碳化不適合中國(guó)農(nóng)村和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀。實(shí)際上正是由于這一原因在很大程度上限制了秸稈作為造紙和發(fā)電等工業(yè)原料在中國(guó)的規(guī)模化應(yīng)用。由于中國(guó)農(nóng)村的收獲習(xí)慣是將作物秸稈等生物質(zhì)在村莊或房屋附近堆放，這一現(xiàn)狀適合以家庭或自然村落為單位進(jìn)行碳化處理。這種方式不僅可以解決秸稈的長(zhǎng)距離搬運(yùn)所造成的成本問(wèn)題，還可以將碳化設(shè)備的經(jīng)濟(jì)投入分?jǐn)偟阶匀淮宓母鱾€(gè)農(nóng)戶，從而降低每個(gè)農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，提高生物炭技術(shù)推廣的可行性。此外，以自然村落為單位進(jìn)行秸稈碳化的規(guī)模不至于太小，從而可以節(jié)省碳化能源。在中國(guó)實(shí)踐了數(shù)千年的土窯碳化方法就生產(chǎn)規(guī)模而言適合以家庭甚至自然村為單位的生物質(zhì)碳化，但碳化效率低，技術(shù)操作的經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，碳化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重大氣污染，其程度甚于秸稈的焚燒。理想的生物質(zhì)碳化技術(shù)應(yīng)該是農(nóng)民在經(jīng)濟(jì)投入和技術(shù)操作方面都能夠接受、環(huán)境友好、適合在農(nóng)村的推廣。對(duì)此國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有現(xiàn)成技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種適合以農(nóng)村自然村落或家庭為單位進(jìn)行秸稈等生物質(zhì)碳化的方法和設(shè)備。

本發(fā)明的技術(shù)路線是：待碳化生物質(zhì)的加熱和裂解分別利用碳化爐和干餾桶完成。碳化爐具有熱流循環(huán)功能，可以節(jié)省碳化所需能源；待碳化的生物質(zhì)被封裝于干餾桶內(nèi)，干餾桶在碳化爐內(nèi)從低溫一端向高溫一端平移并在固定位置產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其中生物質(zhì)被攪拌并逐漸受熱，裂解過(guò)程中所產(chǎn)生的生物油氣被輸送到干餾桶下方與碳化爐中高溫空氣混合而發(fā)生燃燒，既為碳化提供能源又防止碳化過(guò)程的大氣污染。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種生物質(zhì)碳化設(shè)備，包括碳化爐、干餾桶、導(dǎo)軌、導(dǎo)軌車和干餾桶進(jìn)出碳化爐所需手推車。其特征在于：所述的碳化爐爐身伸展方向與地平面之間構(gòu)成一個(gè)5-10度的坡度。干餾桶在重力作用下通過(guò)固定于碳化爐內(nèi)壁上的兩條導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)于導(dǎo)軌之上的導(dǎo)軌車在碳化爐內(nèi)移動(dòng)，干餾桶在導(dǎo)軌上的停留由平行于導(dǎo)軌的一條活動(dòng)檔桿控制，干餾桶的轉(zhuǎn)動(dòng)由穿過(guò)爐壁的傳動(dòng)桿實(shí)現(xiàn)。