本發(fā)明涉及生物質能源再利用，特別是涉及一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置及方法。

背景技術：

1、生物炭是一種作為土壤改良劑的木炭，是由生物質(例如農業(yè)殘余物和林業(yè)廢棄物等)在缺氧或微氧環(huán)境中經熱裂解之后的產物，其主要成分是碳分子。它的主要作用包括幫助植物生長、凈化水質、減少化學肥料的使用等。

2、在生物質熱解轉化過程中會產生熱解氣，熱解氣中包括二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)、氫氣(h2)、水蒸氣(h2o)、甲烷(ch4)、硫化氫(h2s)、氨氣(nh3)等多種氣體，各氣體組分的生成量受原料類型、熱解工藝及其它條件的影響。熱解氣如果直接排放到大氣中，不僅會造成資源的浪費，也可能對空氣質量造成影響。

3、有鑒于此，如何提供一種能夠對熱解氣進行二次利用，降低對空氣質量影響的設備，是本領域人員亟需解決的技術問題。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置及方法，以解決現有技術存在的問題，對熱解氣進行二次利用，降低熱解氣中的有害氣體含量，使熱解氣符合廢氣排放標準，能夠直接排放到大氣中。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置，包括：

3、第一管式爐，所述第一管式爐內放置生物質原料，其具有第一進氣口和第一出氣口，所述第一進氣口與第一氮氣瓶的出氣端連通；

4、脫氣機構，所述第一管式爐的出氣口與脫氣機構的進氣端連通，所述脫氣機構能夠吸收熱解氣中的水溶性氣體；

5、第二管式爐，所述第二管式爐具有第二進氣口和第二出氣口，所述第二進氣口與所述脫氣機構的出氣端連通，所述第二管式爐內放置氣相沉積催化劑，所述脫氣機構能夠將熱解氣中的非水溶性氣體送入所述第二管式爐并在第二管式爐內氣相沉積形成生物炭。

6、優(yōu)選的，所述第一管式爐的溫度為450-600℃，所述第二管式爐的溫度為700-900℃。

7、進一步的，所述脫氣機構包括：

8、第一脫氣膜，所述第一脫氣膜由中空纖維制成，其上端具有第一進水口，下端具有第一出水口，所述第一脫氣膜的外表面設置有第一氣體流道，所述第一氣體流道的兩端通過第一連接端頭分別與第一出氣口和第二進氣口連通；

9、水箱，所述第一出水口與所述水箱連通；

10、第二脫氣膜，所述第二脫氣膜由中空纖維制成，其上端具有第一出水口，下端具有第一進水口，所述第二脫氣膜的外表面設置有第二氣體流道，所述第二氣體流道與大氣連通；所述第一進水口與第二出水口之間、所述水箱與所述第二進水口之間均通過連接管道連通，所述連接管道上設置有水泵。

11、進一步的，所述第二氣體流道的兩端通過第二連接端頭分別與第二氮氣瓶和真空泵連通。

12、本發(fā)明還提供一種生物質熱解分級利用制備碳材料的方法，應用所述生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置，包括以下步驟：

13、s1：熱解準備；將生物質原料粉碎、干燥后置入第一管式爐中，將氣相沉積催化劑置入第二管式爐中；

14、s2：預熱；打開第一氮氣瓶，設定第一管式爐和第二管式爐的溫度；

15、s3：熱解；生物質原料在第一管式爐中熱解形成生物炭并產生熱解氣，同時啟動水泵使水箱內的水在第一脫氣膜、第二脫氣膜和連接管道內循環(huán)流動形成循環(huán)水；

16、s4：氣體重整；熱解氣從第一管式爐流入第一氣體流道中，第一氣體流道和第一脫氣膜之間形成正向壓差，熱解氣中的水溶性氣體穿過中空纖維并溶入循環(huán)水中；循環(huán)水攜帶水溶性氣體流入第二脫氣膜中，第二脫氣膜和第二氣體流道之間形成反向壓差，水溶性氣體穿過中空纖維并進入第二氣體流道中，沿第二氣體流道排入大氣；

17、s5：氣相沉積；非水溶性氣體流入第二管式爐中，在第二管式爐中通過氣相沉積催化劑轉化形成生物炭，氣相沉積后的廢氣從第二出氣口排入大氣。

18、本發(fā)明公開了以下技術效果：

19、1.本申請能夠對生物質熱解產生的熱解氣進行二次利用，分離熱解氣中的非水溶性氣體，在第二管式爐內將非水溶性氣體進行氣相沉積轉化為生物炭，提高了熱解氣的利用率，降低了熱解氣中有害氣體的含量，使得處理后的熱解氣能夠直接排入大氣，綠色環(huán)保無污染。

20、2.熱解氣二次利用還能夠提高生物質原料的利用率，提高生物炭的產出率。

21、3.氣體分離依靠氣體流道與脫氣膜之間的壓差，除循環(huán)水循環(huán)所需要的水泵動能外，氣體分離過程無其他能耗，可降低處理成本。

技術特征：

1.一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置，其特征在于，所述第一管式爐(3)的溫度為450-600℃，所述第二管式爐(4)的溫度為700-900℃。

3.根據權利要求1所述的一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置，其特征在于，所述脫氣機構包括：

4.根據權利要求3所述的一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置，其特征在于，所述第二氣體流道(13)的兩端通過第二連接端頭(801)分別與第二氮氣瓶(11)和真空泵(10)連通。

5.一種生物質熱解分級利用制備碳材料的方法，其特征在于，應用權利要求3或4所述的生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置，其特征在于，包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開一種生物質熱解分級利用制備碳材料的裝置及方法，涉及生物質能源再利用技術領域，包括：第一管式爐，第一進氣口與第一氮氣瓶的出氣端連通，第一管式爐的出氣口與脫氣機構的進氣端連通，脫氣機構能夠吸收熱解氣中的水溶性氣體，第二管式爐具有第二進氣口和第二出氣口，第二進氣口與脫氣機構的出氣端連通，脫氣機構能夠將熱解氣中的非水溶性氣體送入第二管式爐氣相沉積形成生物炭。能夠對生物質熱解產生的熱解氣進行二次利用，分離熱解氣中的非水溶性氣體，在第二管式爐內將非水溶性氣體進行氣相沉積轉化為生物炭，提高了熱解氣的利用率，降低了熱解氣中有害氣體的含量，使得處理后的熱解氣能夠直接排入大氣，綠色環(huán)保無污染。

技術研發(fā)人員：蘭維娟,趙新新,衛(wèi)一航,金鑫,王影嫻,尹冬雪
受保護的技術使用者：河南科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10