[发明专利]三段式加热装置与生物炭制备系统及制备方法

说明书

本发明公开了一种三段式加热装置与生物炭制备系统及制备方法，三段式加热装置包括加热炉和位于炉中的变径反应器；生物炭制备系统包括三段式加热装置，该加热装置进料端连接供气装置，出料端依次相连分离器和尾气处理装置；制备方法包括向三段式加热装置中加入反应物料，通过供气装置为其供给气体，进行热解反应生成生物炭、生物油和气体，其中，生物油和气体经分离器分离，生物油被收集获得，气体经尾气处理装置净化处理后排出。本发明的显著优点为：首先，该三段式加热装置能够提高传热速度和气流速率；其次，生物炭制备系统能够精确地制备出在吸附性能上具有更优吸附效果的生物炭，环保无污染；同时，制备方法简单，易于操作，能耗低。

技术领域

本发明属于生物炭的制备领域，尤其涉及一种三段式加热装置与生物炭制备系统及制备方法。

背景技术

近年来，水体、土壤重金属污染问题已经非常严重。水体中的Cd污染主要由人为原因起的，包括电镀、有色金属冶炼、合金制造、颜料、Cd-Ni电池等工业含Cd废水的排放。由于Cd对环境和人体的危害巨大，土壤、沉积物、地表水及地下水的Cd污染也越来越受到关注。目前，解决水土中重金属问题是当前研究的热点。据统计，每年产生各类农作物秸秆8亿吨，其中大宗农作物(水稻、小麦、玉米)大约6亿吨。因此，未利用的农作物秸秆堆积在农田，不仅占用大量土地，浪费资源，造成环境严重污染，甚至以前直接焚烧造成严重的空气环境污染。

热解技术是固体废弃物减量化、无害化和资源化的主要途径，也是近些年来研究开发的一种固体废弃物处理新技术。生物质热解不仅能获得可再生能源和联产化学品(油和气)，也可产生大量的生物炭。农作物秸秆资源的有效利用，不仅能节约大量的矿物燃料，能有效减少温室气体的排放，且将得到的生物炭应用于目前严重的水土重金属污染是一条有效途径。秸秆制备的生物炭具有大量的微孔结构和巨大的比表面积，对金属吸附能力较强，可以影响重金属在环境中的迁移、转化以及影响作物的生物量等。生物炭能吸附重金属并将其固定在其表面甚至空隙内，显著降低大多数重金属的生物有效性，同时能改善土壤物理、化学和生物性质，提高土壤肥力和作物产量。对水体重金属污染的吸附去除具有极强的效果。因此，优化生物质制备装置及系统得到大量优质生物炭材料至关重要。

但由于热解在工艺技术和操作控制方面要求严格，而且设备和处理成本较高，20世纪80年代初才对农业废弃物进行热解研究。近年来，由于全球性的能源危机，国内外对热解技术的研究更加深入，其中就包括利用热解技术制备炭质材料。但是，传统的生物炭制备装置及制备技术相对落后，具有能耗大和高污染的缺点，不能得到大规模的工业化应用。最开始的制备装置是回转窑，装置气密性差，炭品质较差，并且需要消耗大量热能而逐渐被淘汰。随着装置的进一步发展，出现了连续性进料装置以及固定床装置，但是装置并没有有效解决程序加热与温度控制问题，实际温差较大，不利于精细的研究与生产。因此倘若能够改善制备装置并很好地应用生物炭制备技术，不仅能够制备出经济、低廉、易再生且性能优良的生物炭，用于水土重金属污染治理之中，还能促进碳储存的应用进程，解决农林废弃物资源化利用问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种温度层稳定、传热快且气流速率高的三段式加热装置；

本发明的第二目的是提供采用该三段式加热装置制备生物炭的系统，该系统不仅能够更加精确地制备出高性能的生物炭，且环保无污染；

本发明的第三目的是提供采用上述系统制备生物炭的方法，该方法省略了繁琐工艺，易于操作且能耗低，制备出的生物炭均匀、品质高。

技术方案：本发明的三段式加热装置，包括加热炉和位于炉中的变径反应器，其中，加热炉自上而下包括三个加热段，变径反应器包括上受热段、下受热段和位于中间的物料反应段，且加热炉的三个加热段分别为上受热段、下受热段和物料反应段提供热源；所述上受热段的直径大于下受热段的直径，物料反应段连接在上受热段和下受热段之间形成变径段。