一種生物質預增壓水熱炭化方法

一種生物質預增壓水熱炭化方法
【專利摘要】本發明提供了一種生物質預增壓水熱炭化方法，屬于復合物制造領域。本生物質預增壓水熱炭化方法，包括以下步驟：a、準備原料；b、進料；c、預增壓；d、加溫炭化；e、降溫；f、出料。本發明具有能夠將生物質碳化形成水熱碳，從而實現對秸稈的增值處理的優點。
【專利說明】
一種生物質預増壓水熱炭化方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于復合物制造領域，涉及一種生物質預增壓水熱炭化方法。
【背景技術】
[0002]水熱炭化法是一種簡單、高效、綠色的產炭途徑，屬液相化學法的范疇。目前，對該方法的研究主要集中在引入模板、加入表面活性劑或利用元素摻雜制備具有特殊性能的炭材料和炭復合材料，以及不斷延伸和擴大不同領域的應用方面。
[0003]水熱炭化采用的方法主要通過水熱反應釜，以炭水化合物或木質纖維素為原料，以水為反應媒介，在一定的溫度(130-250°C)及自產生的壓力下，原料經過一系列復雜反應而轉化成炭材料的過程。方法相對單一，升溫時間長，反應可控性差，能耗也較高。
[0004]生物質作為可再生資源，在農業生產中被大量廢棄，既浪費了資源，又污染了環境。開發新的生物質水熱炭化，縮短升溫時間，增強對反應條件的控制，對加大廢棄生物質的循環利用，開發新型炭材料和炭基復合材料，及擴大這些材料的應用領域方面具有重要意義。所以，對于本領域內的技術人員，還有待研發出一種能夠將秸桿快速炭化形成水熱炭，從而實現對秸桿的增值處理的水熱炭化方法。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種生物質預增壓水熱炭化方法，本生物質預增壓水熱炭化方法具有能夠將生物質快速炭化形成水熱炭，從而實現對秸桿的增值處理的優點。
[0006]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:
[0007]—種生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0008]a、準備原料:采用秸桿作為原料，利用清洗裝置將秸桿清洗干凈，并利用切割裝置將稻桿切割整齊，稻桿長度為3cm_5cm，放入5-10倍重量的純凈水充分浸泡；
[0009]b、進料:將步驟a中的秸桿按規定加料量加入水熱反應釜中；
[0010]C、預增壓:利用增壓栗給反應釜增壓，將特定氣體栗入釜內，使釜內的壓力達到5-1OMPa;
[0011]d、加溫炭化:通過溫度控制器控制加熱方式，通過加熱機構給反應釜程序升溫，升至指定溫度后，保溫炭化20-30min;
[0012]e、降溫:充分炭化后，關閉加熱電源停止加熱，反應釜靜置室溫冷卻或通風強制冷卻；
[0013]f、出料:待反應釜壓力降至OMPa，打開釜體上蓋，傾出反應液，回收水熱炭。
[0014]本生物質預增壓水熱炭化方法在程序增溫前，通過增壓栗將特定氣體栗入反應釜內，給反應釜預增壓，使后期升溫時間大為縮短，同時，反應氣或惰性氣體可通過預增壓加入，可在水熱炭化過程中實現元素摻雜和氣氛保護。
[0015]在上述生物質預增壓水熱炭化方法中，所述步驟b中的反應釜包括釜體和加熱裝置，釜體包括內釜體、外釜體和釜體上蓋，外釜體固定在內釜體外，所述內釜體上部具有進口，外釜體上端面上均勻固定有若干根導向柱，釜體上蓋處開設有若干與導向柱相對應的導向孔，釜體上蓋下部開設有環形凹槽，環形凹槽的截面呈圓形，內釜體上部還固定有與環形凹槽相互匹配的且呈圓環狀的凸出環，凸出環能卡入環形凹槽中，所述凹槽的深度大于凸出環的高度，所述釜體上蓋呈圓柱狀，釜體上蓋外周面上開設有加壓通道，加壓通道外端與一加壓管相連接，加壓通道內端朝向環形凹槽延伸且與環形凹槽相連通，當凸出環能卡入環形凹槽中時，加壓通道處于凸出環上方，凸出環外側固定有橡膠層，加壓管上連接有單向閥和流量閥，導向柱上端具有外螺紋，所述的進口處密封連接有釜體上蓋，加熱裝置包括加熱筒，所述的外釜體能設置在加熱筒內，加熱筒內設置有能對外釜體進行加熱的加熱機構;所述的加熱機構包括升溫控制器、電加熱管和導熱油，所述的導熱油設置在加熱筒內，電加熱管安裝在加熱筒底部處。加熱筒底部處的電加熱管能夠對導熱油進行加熱，升溫控制器可以對升溫方式的速率進行程序上的控制，升溫控制器為市場可以買到的現有產品，不需要重新進行設計程序；同時，內釜體固定在外釜體上，且外釜體上端面固定的導向柱能夠穿設在釜體上蓋的導向孔內，導向柱上端具有外螺紋，從而通過螺母套能夠將釜體上蓋固定在釜體上;釜體上蓋環形凹槽與加壓通道相通，內釜體上的凸出環能卡入環形凹槽，且加壓通道處于凸出環上方，從而能夠與內爐進口相通，實現加壓。
[0016]在上述生物質預增壓水熱炭化方法中，所述步驟c中的氣體為空氣、含N、S活性元素的氣體或惰性氣體。加入空氣主要縮短水熱炭化的升溫時間；含N、S活性元素的氣體如NH3、H2S等，在縮短升溫時間的同時，可實現水熱炭化過程中N、S等元素摻雜，制備具備特定功能的N、S等元素摻雜炭材料;加入惰性氣體，使反應條件在可控的條件下展開。
[0017]在上述生物質預增壓水熱炭化方法中，所述的釜體上蓋處還固定有測溫管，測溫管下端穿過釜體上蓋，且測溫管與釜體上蓋保持密封，測溫管處于環形凹槽內，測溫管下端封閉住，測溫管上端具有開口，測溫管內設置有溫度傳感器。溫度傳感器設置在測溫管內，且測溫管下端封閉住從而能夠對溫度傳感器起到一定的保護作用。
[0018]在上述生物質預增壓水熱炭化方法中，所述的加壓管通過增壓栗連接一氮氣罐。增壓栗為現有產品，從而實現對內釜體預增壓。
[0019]在上述生物質預增壓水熱炭化方法中，所述步驟a中的清洗裝置包括第一清洗機構和第二清洗機構，第一清洗機構包括機架和輸送帶，輸送帶設置在機架上，輸送帶通過轉動電機驅動，輸送帶上設置有擋板一和擋板二，擋板一和擋板二之間形成用于放置秸桿的輸送通道，在機架上設置有噴槍，噴槍的出水口朝向輸送帶，噴槍的進水口通過水管一和水栗一與供水箱一相連接，第二清洗機構包括清洗筒，清洗筒上部具有進入口，進入口臨近輸送帶，且進入口處于輸送帶下方，清洗筒中部設置有隔網，清洗筒底部處固定有防水電機，防水電機的輸出軸向上設置，且防水電機的輸出軸穿過隔網與一葉片相固定，清洗筒下部處開設有排水孔，清洗筒的內壁處還設置有若干根清洗管，清洗管下部密封，清洗管上部通過水管二和水栗二與供水箱二相連接。轉動電機能夠帶動輸送帶傳送，從而實現對秸桿的輸送，出水口朝向輸送帶的噴槍能夠對秸桿進行預清洗，然后，秸桿進入到清洗筒，通過防水電機能夠帶動葉片轉動，清洗后的水能夠從排水孔排出，且清洗筒中部設置有隔網能夠將秸桿進行分離，從而便于對清洗后的秸桿進行收集。
[0020]與現有技術相比，本生物質預增壓水熱炭化方法具有以下優點:
[0021]1、本發明采用預增壓的方法，使反應釜內在升溫之初就保持5-10MPa的壓力，可使釜內溫度迅速升溫至200°C左右，然后再在水蒸汽自產生壓力狀態下升溫。該方法克服目前100°C以后靠水自產生壓力升溫，升溫速度緩慢的局限，縮短了反應時間1/2以上，節約了能源1/2以上。
[0022]2、本發明通過預增壓加入含N、S等活性元素的氣體，在縮短升溫時間的同時，可實現水熱炭化過程中N、S等元素摻雜，制備具備特定功能的N、S等元素摻雜炭材料。
[0023]3、本發明通過預增壓加入惰性氣體，可使反應條件在特定的氣氛條件下展開，有利于反應條件的控制，使制備的水熱炭材料質量更加穩定。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的方法流程框圖；
[0025]圖2是本發明中釜體的立體結構示意圖；
[0026]圖3是本發明中釜體的剖視結構示意圖；
[0027]圖4是本發明中清洗裝置的結構示意圖。
[0028]圖中，1、內釜體;2、外釜體;3、釜體上蓋;4、導向柱;5、環形凹槽;6、加壓管;7、供水箱二; 8、凸出環;9、加熱筒；10、電加熱管；11、測溫管；12、氮氣罐；13、機架；14、輸送帶；15、擋板一；16、擋板二； 17、噴槍；18、水管一；19、供水箱一;20、清洗筒;21、防水電機;22、轉動電機;23、過隔網；24、清洗管;25、水管二。
【具體實施方式】
[0029]以下是本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。
[0030]如圖1所示，一種生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0031]a、準備原料:采用秸桿作為原料，利用清洗裝置將秸桿清洗干凈，并利用切割裝置將稻桿切割整齊，稻桿長度為3cm_5cm，放入5-10倍重量的純凈水充分浸泡；
[0032]b、進料:將步驟a中的秸桿按規定加料量加入水熱反應釜中；
[0033]C、預增壓:利用增壓栗給反應釜增壓，將氣體栗入釜內，使釜內的壓力達到5-1OMPa;
[0034]d、加溫炭化:通過溫度控制器控制加熱方式，通過加熱機構給反應釜程序升溫，升至指定溫度后，保溫炭化20-30min;
[0035]e、降溫:充分炭化后，關閉加熱電源停止加熱，反應釜靜置室溫冷卻或通風強制冷卻；
[0036]f、出料:待反應釜壓力降至OMPa，打開釜體上蓋3，傾出反應液，回收水熱炭。
[0037]本生物質預增壓水熱炭化方法在程序增溫前，通過增壓栗將特定氣體栗入反應釜內，給反應釜預增壓，使后期升溫時間大為縮短，同時，反應氣或惰性氣體可通過預增壓加入，可在水熱炭化過程中實現元素摻雜和氣氛保護。
[0038]如圖2和圖3所示，步驟b中的反應釜包括釜體和加熱裝置，釜體包括內釜體1、外釜體2和釜體上蓋3，外釜體2固定在內釜體I外，所述內釜體I上部具有進口，外釜體2上端面上均勻固定有若干根導向柱4，釜體上蓋3處開設有與導向柱4相對應的導向孔，釜體上蓋3下部開設有環形凹槽5，環形凹槽5的截面呈圓形，內釜體I上部還固定有與環形凹槽5相互匹配的且呈圓環狀的凸出環8，凸出環8能卡入環形凹槽5中，凹槽的深度大于凸出環8的高度，釜體上蓋3呈圓柱狀，釜體上蓋3外周面上開設有加壓通道，加壓通道外端與一環形加壓管6相連接，加壓通道內端朝向環形凹槽5延伸且與環形凹槽5相連通，當凸出環8能卡入環形凹槽5中時，加壓通道處于凸出環8上方，凸出環8外側固定有橡膠層，環形加壓管6上連接有單向閥和流量閥，導向柱4上端具有外螺紋，進口處密封連接有釜體上蓋3，加熱裝置包括加熱筒9，所外釜體2能設置在加熱筒9內，加熱筒9內設置有能對外釜體2進行加熱的加熱機構，加熱機構包括升溫控制器、電加熱管10和導熱油，導熱油設置在加熱筒9內，電加熱管10安裝在加熱筒9底部處。
[0039]加熱筒9底部處的電加熱管10能夠對導熱油進行加熱，升溫控制器可以對升溫方式的速率進行程序上的控制，升溫控制器為市場可以買到的現有產品，不需要重新進行設計程序；同時，內釜體I固定在外釜體2上，且外釜體2上端面固定的導向柱4能夠穿設在釜體上蓋3的導向孔內，導向柱4上端具有外螺紋，從而通過螺母套能夠將釜體上蓋3固定在釜體上;釜體上蓋3環形凹槽5與加壓通道相通，內釜體I上的凸出環8能卡入環形凹槽5，且加壓通道處于凸出環8上方，從而能夠與內爐進口相通，實現加壓。
[0040]步驟c中的氣體為空氣、含N、S活性元素的氣體或惰性氣體。加入空氣主要縮短水熱炭化的升溫時間；含N、S活性元素的氣體如NH3、H2S等，在縮短升溫時間的同時，可實現水熱炭化過程中N、S等元素摻雜，制備具備特定功能的N、S等元素摻雜炭材料;加入惰性氣體，使反應條件在可控的條件下展開。
[0041]釜體上蓋3處還固定有測溫管11，測溫管11下端穿過釜體上蓋3，且測溫管11與釜體上蓋3保持密封，測溫管11處于環形凹槽5內，測溫管11下端封閉住，測溫管11上端具有開口，測溫管11內設置有溫度傳感器。溫度傳感器設置在測溫管11內，且測溫管11下端封閉住從而能夠對溫度傳感器起到一定的保護作用。環形加壓管6通過增壓栗與氮氣罐12相連，增壓栗為現有產品，從而實現對內釜體I預增壓。
[0042]如圖4所示，步驟a中的清洗裝置包括第一清洗機構和第二清洗機構，第一清洗機構包括機架13和輸送帶14，輸送帶14設置在機架13上，輸送帶14通過轉動電機22驅動，輸送帶14上設置有擋板一 15和擋板二 16，擋板一 15和擋板二 16之間形成用于放置秸桿的輸送通道，在機架13上設置有噴槍17，噴槍17的出水口朝向輸送帶14，噴槍17的進水口通過水管一18和水栗一與供水箱一 19相連接，第二清洗機構包括清洗筒20，清洗筒20上部具有進入口，進入口臨近輸送帶14，且進入口處于輸送帶14下方，清洗筒20中部設置有隔網，清洗筒20底部處固定有防水電機21，防水電機21的輸出軸向上設置，且防水電機21的輸出軸穿過隔網23與一葉片相固定，清洗筒20下部處開設有排水孔，清洗筒20的內壁處還設置有若干根清洗管24，清洗管24下部密封，清洗管24上部通過水管二 25和水栗二與供水箱二 7相連接。轉動電機22能夠帶動輸送帶14傳送，從而實現對秸桿的輸送，出水口朝向輸送帶14的噴槍17能夠對秸桿進行預清洗，然后，秸桿進入到清洗筒20，通過防水電機21能夠帶動葉片轉動，清洗后的水能夠從排水孔排出，且清洗筒20中部設置有隔網能夠將秸桿進行分離，從而便于對清洗后的秸桿進行收集。
[0043]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0044]盡管本文較多地使用了 1、內釜體;2、外釜體;3、釜體上蓋;4、導向柱;5、環形凹槽；
6、加壓管；7、供水箱二;8、凸出環;9、加熱筒；10、電加熱管；11、測溫管；12、氮氣罐；13、機架；14、輸送帶；15、擋板一；16、擋板二； 17、噴槍；18、水管一；19、供水箱一;20、清洗筒;21、防水電機;22、轉動電機;23、過隔網；24、清洗管;25、水管二等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質;把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
【主權項】
1.一種生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: a、準備原料:采用秸桿作為原料，利用清洗裝置將秸桿清洗干凈，并利用切割裝置將秸桿切割整齊，稻桿長度為3cm_5cm，放入5-10倍重量的純凈水充分浸泡； b、進料:將步驟a中的秸桿按規定加料量加入水熱反應釜中； C、預增壓:利用增壓栗給反應釜增壓，將氣體栗入釜內，使釜內的壓力達到5-10MPa; d、加溫炭化:通過溫度控制器控制加熱方式，通過加熱機構給反應釜程序升溫，升至指定溫度后，保溫炭化20-30min; e、降溫:充分炭化后，關閉加熱電源停止加熱，反應釜靜置室溫冷卻或通風強制冷卻； f、出料:待反應釜壓力降至OMPa，打開釜體上蓋，傾出反應液，回收水熱炭。2.根據權利要求1所述的生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，所述步驟b中的反應釜包括釜體和加熱裝置，釜體包括內釜體、外釜體和釜體上蓋，外釜體固定在內釜體外，所述內釜體上部具有進口，外釜體上端面上均勻固定有若干根導向柱，釜體上蓋處開設有若干與導向柱相對應的導向孔，釜體上蓋下部開設有環形凹槽，環形凹槽的截面呈圓形，內釜體上部還固定有與環形凹槽相互匹配的且呈圓環狀的凸出環，凸出環能卡入環形凹槽中，所述凹槽的深度大于凸出環的高度，所述釜體上蓋呈圓柱狀，釜體上蓋外周面上開設有加壓通道，加壓通道外端與一加壓管相連接，加壓通道內端朝向環形凹槽延伸且與環形凹槽相連通，當凸出環能卡入環形凹槽中時，加壓通道處于凸出環上方，凸出環外側固定有橡膠層，加壓管上連接有單向閥和流量閥，導向柱上端具有外螺紋，所述的進口處密封連接有釜體上蓋，加熱裝置包括加熱筒，所述的外釜體能設置在加熱筒內，加熱筒內設置有能對外釜體進行加熱的加熱機構;所述的加熱機構包括升溫控制器、電加熱管和導熱油，所述的導熱油設置在加熱筒內，電加熱管安裝在加熱筒底部處。3.根據權利要求1所述的生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，所述步驟c中的氣體為空氣、含N、S活性元素的氣體或惰性氣體。4.根據權利要求2所述的生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，所述的釜體上蓋處還固定有測溫管，測溫管下端穿過釜體上蓋，且測溫管與釜體上蓋保持密封，測溫管處于環形凹槽內，測溫管下端封閉住，測溫管上端具有開口，測溫管內設置有溫度傳感器。5.根據權利要求3所述的生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，所述的加壓管通過增壓栗連接一氮氣罐。6.根據權利要求1所述的生物質預增壓水熱炭化方法，其特征在于，所述步驟a中的清洗裝置包括第一清洗機構和第二清洗機構，第一清洗機構包括機架和輸送帶，輸送帶設置在機架上，輸送帶通過轉動電機驅動，輸送帶上設置有擋板一和擋板二，擋板一和擋板二之間形成用于放置秸桿的輸送通道，在機架上設置有噴槍，噴槍的出水口朝向輸送帶，噴槍的進水口通過水管一和水栗一與供水箱一相連接，第二清洗機構包括清洗筒，清洗筒上部具有進入口，進入口臨近輸送帶，且進入口處于輸送帶下方，清洗筒中部設置有隔網，清洗筒底部處固定有防水電機，防水電機的輸出軸向上設置，且防水電機的輸出軸穿過隔網與一葉片相固定，清洗筒下部處開設有排水孔，清洗筒的內壁處還設置有若干根清洗管，清洗管下部密封，清洗管上部通過水管二和水栗二與供水箱二相連接。
【文檔編號】C10B53/02GK105861003SQ201610191764
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】向天勇, 單勝道, 張正紅
【申請人】嘉興職業技術學院