技术领域
[0001] 本
发明涉及可再生资源
能源化高效利用领域，具体为一种生物质热解制备高密度碳的方法。
背景技术
[0002]
煤、石油、
天然气至今仍是人类能源消费的主要构成，人类对它们的大量不合理利用使这三大资源濒临枯竭的同时带来严重的环境污染。因此，
可再生能源的开发利用技术迫在眉睫。生物质能能源当量是位于石油、煤、天然气之后的第四大能源，在未来多种能源并存的能源体系中极有可能成为主要能源之一，对其研究开发利用具有重要意义。生物质热解是高效利用生物质能源的重要技术，可得到固体碳、热解油以及可燃气，不同的工艺条件下三者的生成比例不同。
[0003] 传统的生物质热解方法为先将木屑、秸秆等生物质
破碎，然后进行压制得到生物质成型
燃料，最后将制得的成型燃料进行热解以获得固体碳、热解油以及可燃气。然而，对生物质的破碎、压制能耗较大；热解
温度一般为450～600℃，生成的固体碳中可裂解成分较多，密度不高，O/C比偏高，不利于需要获得高
质量、高密度的固体碳的工艺。
发明内容
[0004] 针对
现有技术存在的上述问题，为了通过生物质热解技术获得高质量、高密度的固体碳，且降低生物质热解过程的能耗，本发明提供一种生物质热解制备高密度碳的方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006] 步骤1：将生物质原料通过太阳晒干、自然
风干等方式进行干燥，去除外
水分；
[0007] 步骤2：将步骤1得到的干燥的生物质原料送入1#热解室，将1#热解室的原料进出口关闭密封，通入流通的氮气对热解室进行吹扫；
[0008] 步骤3：1#热解室的
氧气被氮气吹扫出去后，利用外部热源将1#热解室加热，使1#热解室的温度上升至400～600℃并保持数小时，同时保持氮气的流通，得到半焦碳、热解油和热解气；
[0009] 步骤4：将步骤3热解得到的半焦碳进行破碎并压制成碳棒，利用步骤2和下述步骤6得到的热解油作为
粘合剂将破碎的半焦碳进行粘合压制；
[0010] 步骤5：将步骤4得到的碳棒送入2#热解室，将2#热解室的原料进出口关闭密封，通入流通的氮气对2#热解室进行吹扫；
[0011] 步骤6：2#热解室的氧气被氮气吹扫出去后通过外部热源将2#热解室加热，使2#热解室的温度上升至1000～1200℃并保持数小时，同时保持氮气的流通，得到高温高密度碳、热解油、热解气；
[0012] 步骤7：利用常温的氮气将步骤6得到的高温高密度碳进行直接冷却，得到高密度碳和高温氮气，直接冷却是指将流通的常温氮气对高温高密度碳进行直接吹扫。
[0013] 所述步骤3和步骤6得到的热解油一部分送往步骤4作为粘合剂制作碳棒，另一部分送往步骤3和步骤6作为加热燃料；
[0014] 所述步骤3和步骤6得到的热解气全部作为燃料送往步骤3和步骤6。
[0015] 步骤7得到的高温氮气送往步骤2、步骤3、步骤5和步骤6用于吹扫1#热解室和2#热解室
[0016] 作为上述技术方案的进一步改进：
[0017] 优选地，利用天然气或燃油作为补充燃料。
[0018] 利用液压装置对1#热解室和2#热解室的原料进出口进行关闭密封，只留有供氮气进出的口。防止原料进出口导致的1#热解室和2#热解室中热解气的外漏和外界空气的渗入。
[0019] 所用的生物质原料可为农业生物质如
农作物秸秆、果壳等，或林业生物质如树木的枝、根、叶等林业废弃物或木制品废弃物等。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的产品质量高，为性能稳定、热值高的高密度碳；节省能源消耗，所用主要燃料为原料本身热解生成的热解油或热解气；氮气携带热量循环，节能且使工艺流程更紧凑；采用液压装置进行密封热解室，密封效果更好，保证产品热解质量同时减少
热损失；两步热解制备法能实现大规模生产。
附图说明
[0021] 图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0022] 下面结合
实施例对本发明提供的生物质热解制备高密度碳作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023] 如图1所示，本生物质热解制备高密度碳的方法步骤如下：
[0024] 步骤1：将生物质原料通过太阳晒干、自然风干等方式进行烘干，去除外水分。所用的生物质原料可为农业生物质如农作物秸秆、果壳等，或林业生物质如树木的枝、根、叶等林业废弃物或木制品废弃物等。生物质本身水分较高，在运输过程中或自然堆放过程中也会因为下雨等因素吸收水分，因此在使用前应进行去除外水分的处理，外水分通过干燥天气的自然风干或太阳晒干即可去除，干燥有效且无须干燥成本。
[0025] 步骤2：将步骤1得到的干燥的生物质原料送入1#热解室，将1#热解室的原料进出口关闭密封，通入流通的氮气对1#热解室进行吹扫。可利用液压装置对1#热解室的原料进出口进行密封，液压装置承载能
力大，可使密封严密、稳定、可靠，有效防止原料进出口导致的1#热解室中热解气的外漏和外界空气的渗入。利用氮气对1#热解室进行吹扫，在热解反应进行前将1#热解室残余的空气吹扫干净以确保热解的必要条件──缺氧环境。
[0026] 步骤3：利用外部热源将1#热解室加热，使1#热解室的温度上升至400～600℃并保持数小时。在热解进行的整个过程中都要保持氮气的缓慢流通，以带走热解生成的气体产物，同时维持缺氧环境。此时，1#热解室中的原料发生热解，主要经过脱水干燥、预热阶段、挥发分析出阶段三个主要阶段。其中，脱水干燥是指内部结晶水的去除，外部液态水分已在原料进入1#热解室前进行干燥，此过程会使热解原料质量稍有下降；随后热解过程进入短暂的预热阶段，此过程热解原料质量基本保持不变，原料被不断加热，原料分子的活性结构数量不断增加；预热过后，生物质原料进入挥发分析出阶段，轻质
烃类化合物不断裂解、析出，生成CO、CH4、H2等气体，剩余的固定碳比例逐渐增加。结晶水、生成的挥发分气体以及大部分焦油
蒸汽被氮气带出1#热解室，随后挥发分气体和焦油蒸汽通
过冷凝分离。最终得到热解碳、热解油和热解气，此过程生成的热解碳实质是半焦碳，进一步加热下的可裂解成分仍较多，其
稳定性不强，密度不大。
[0027] 步骤4：将步骤3热解得到的半焦碳进行破碎并压制成碳棒。此半焦的成分主要为固定碳，机械强度低，较生物质原料而言，更易破碎，破碎消耗的
能量少。将半焦碳进行破碎主要是为了后续最终产品的重塑和热解。破碎过后，使用步骤2和下述步骤6得到的热解油作为粘合剂，将破碎的半焦碳粉进行粘合压制，得到成型的碳棒。使用热解油做粘合剂可以使碳粉较易粘合，
压制成型后不易发生松散的情形，同时热解油为原料本身热解产物，不需利用额外的材料，降低了粘合成本。
[0028] 步骤5：将步骤4得到的碳棒送入2#热解室，将2#热解室的原料进出口关闭密封，通入流通的氮气对2#热解室进行吹扫。同步骤2类似，可利用液压装置对2#热解室的原料进出口进行密封。
[0029] 步骤6：通过外部热源将2#热解室加热，使2#热解室的温度上升至1000～1200℃并保持数小时。此高温条件下，碳棒中的成分进一步发生裂解，碳的质量比和密度进一步升高，形成更稳定的
木炭。最后得到高温高密度碳和热解油以及热解气。
[0030] 步骤7：利用常温的氮气将步骤6得到的高温高密度的碳进行直接冷却。直接冷却是指将流通的常温氮气对高温高密度碳进行直接吹扫。因为步骤6出来的热解碳温度较高，如直接与空气
接触会发生氧化反应，而自然冷却耗时较长，同时需要较多的封闭盛装设备。通过常温氮气直接冷却则可以快速降温，避免了与空气直接接触，并且氮气被加热，送往步骤2、步骤3、步骤5和步骤6，氮气携带的热量得到
回收利用，节约了能源。
[0031] 需要说明的是，步骤3和步骤6得到的热解油和热解气也进行了循环利用，热解油一部分送往步骤4作为粘合剂制作碳棒，另一部分送往步骤3和步骤6作为加热燃料，热解气全部作为燃料送往步骤3和步骤6。因此，本工艺本身产物可作为燃料，只需利用天然气或燃油作为补充燃料。
[0032] 本热解制备高密度碳的方法有以下优点：步骤3的第一次热解形成的半焦碳可为后续的高温热解制备高密度碳工艺提供原料，实现高密度碳的批量化的大规模生产；同时将半焦碳破碎后再通
过热解油粘合压制成型，一方面破碎可以增加
焦炭的
比表面积，利于高温热解过程的热量传递，另一方面通过热解油粘合压制成型可以较低成本实现最终产品的定型。
[0033] 最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
