[發明專利]一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置及方法

在審

• 申請號: 202310067360.2
• 申請日: 2023-02-06
• 公開（公告）號: CN116554904A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 孫洋;張曉梅;楊天華;李潤東
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

1.一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：包括螺旋進料器一、螺旋進料器二、進料管、熱解室、旋風除塵器、冷凝器、傳送帶、燃燒室、出氣口、熱解氣輸送管道；所述螺旋進料器一連接螺旋進料器二并與進料管相連接，進料管內設置螺旋裝置，并與熱解室相連，生物質在螺旋裝置的作用下在熱解室發生熱解反應；生成的固體初生生物炭產物在熱解室內螺旋裝置的作用下輸送到下方炭活化室的傳送帶，氣液混合物經旋風除塵器進入冷凝器中，液體經冷凝后回收，熱解氣經熱解氣輸送管道,進入設備底部燃燒裝置燃燒后生成富含水蒸氣和二氧化碳的高溫氣體，該氣體與活化室輸送帶上的初生生物炭發生活化反應，生成活性生物炭，反應后的氣體再與熱解室進一步充分換熱使熱解室的生物質熱解，換熱后的廢氣從設備的出氣口排出。

2.根據權利要求1所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述螺旋進料器一與螺旋進料器二在整個裝置左側上下放置，螺旋進料器一上方設置驅動電機一，側方連接N₂進氣口，下方連接進料管；所述進料管側方設置驅動電機二。

3.根據權利要求1所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述熱解室內設有與進料管同心的螺旋裝置，用于翻轉生物質使其充分熱解，同時可使生成的初生生物炭輸送到下方活化室的傳送帶上，熱解產生的氣液混合物經旋風除塵器后進入冷凝器中；所述熱解室設置為有棱角的外殼，增大換熱效率；熱解室內的螺旋裝置設置為空心盤片，可將生物質充分攪拌且不堵塞設備。

4.根據權利要1所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述旋風除塵器設置在熱解室后方并與其相連，冷凝器設置于旋風除塵器后方并與其相連；旋風除塵器將生物質熱解得到的氣液混合物從管道輸入冷凝器中，可冷凝的液體順裝置內壁滑落流入下方接口，不可冷凝的氣體則從熱解氣輸送管道輸送至裝置下端的燃燒器中供燃燒。

5.根據權利要求1所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述傳送帶設置在熱解室下方，包括隔板和電機三；所述電機三帶動傳送帶運行，傳送帶承接上方熱解室熱解后產生的初生生物炭，傳送帶中間設置有大小相同的隔板隨電機三運行；所述傳送帶采用不銹鋼網材質，可透過水蒸氣、CO₂氣體，在運行過程中使傳送帶上方物質呈現鼓泡狀態，受熱均勻，生物炭活化更加充分。

6.根據權利要求1所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述燃燒器設置在傳送帶下方，燃燒器左右兩側連接擋流板；所述燃燒器與熱解氣輸送管道相連接，一方面熱解氣燃燒后生成H₂O和CO₂可作為氣體活化劑將傳送帶上方生物炭改性，另一方面燃燒過程的燃燒熱可以供給熱解室。

7.根據權利要求3所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述整個裝置外側設置保溫材料，包圍在整個裝置外部；在熱解室左上方設置一個出氣口，下方熱解氣燃燒產生的H₂O和CO₂氣體經活化生物炭和與熱解室換熱后從上方出氣口排出。

8.根據權利要求1所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述熱解室的熱解反應溫度控制在450～600℃。

9.根據權利要求5所述的一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置，其特征在于：所述傳送帶上方的活化過程中，活化溫度控制在700～750℃。

10.另外，一種生物質自加熱制備活性生物炭方法，通過上述一種生物質自加熱制備活性生物炭裝置來實現，其方法包括如下步驟：

步驟一，燃料預熱生物質炭化：設備運行前，向生物質自加熱制備活性生物炭裝置中通入N_2，排盡裝置內空氣，實現密封；經螺旋進料器加入生物質送入熱解室，外加燃料在燃燒器上燃燒向熱解室內供熱，熱解室內發生生物質熱解炭化，產生熱解產物，經后續冷凝設備將熱解產物液體收集，生物炭落入下方傳送帶；其中熱解室的熱解反應溫度控制在450～600℃；

步驟二，熱解氣燃燒供熱活化生物炭:熱解室內產生的不可冷凝的熱解氣經輸送管道進入燃燒器，切換為熱解氣燃燒向熱解室供熱，取消外接燃料熱源；燃燒產生的H₂O和CO₂可作為活化劑通過鋼網材質傳送帶，使傳送帶上方物質呈現鼓泡狀態，將上方初生生物炭改性；其中，活化溫度控制在700～750℃。