CN103265962B - 一种利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法，该方法首先在空地上建一土壤热解池，将风干作物秸秆按一定尺寸规格堆放在热解池上，点火使作物秸秆在氧气充分的条件下进行短时间燃烧，然后迅速用土壤覆盖燃烧区域使燃烧完全熄灭。利用少部分生物质燃烧后产生的热量，在土壤覆盖引起的低氧和热阻条件下能将剩余的生物质能迅速热解生成高质量的生物炭。用本方法获得的生物炭产量较高，炭化均一，炭化程度高，而且产生的烟雾量很低。
Description
技术领域
本发明属于生物质能源领域，特别涉及一种利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法。
背景技术
根据International Biochar Initiative (IBI)的定义，生物炭（biochar）是是生物质在缺氧条件下高温裂解形成的物质，这些物质施用于土壤中并获得农业和环境方面的收益。近年来的大量研究表明，在土壤中施用生物炭，能有效封存大气中的CO2,并可从多方面(pH、CEC、养分利用率、水分利用率、重金属和有机污染物的生物有效性等)改善土壤质量，提高作物产量。据估计，全球农业土壤对生物炭的封藏量可高达4280亿吨。因此，将来全球对用于农业的生物炭具有巨大的市场需求。
虽然全球多家实验室研制了制造生物炭的多种小型热解系统，但大规模制造生物炭的工业技术还远没有成熟，目前还缺乏大规模制造生物炭的技术和设备系统。
用传统的生物质燃烧法也可获得生物炭，但其生物炭产量低，炭化不均匀，炭化程度一般不高，而且产生大量烟雾，严重污染大气环境。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法，该方法以废弃作物秸秆为原料，在大田现场经简单操作可获得较高产量的生物炭，且生物炭炭化均一，炭化程度高，产生的烟雾量低。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法，该方法包括如下步骤：
（1）建造土壤热解池；
（2）将风干秸秆整齐平铺于土壤热解池上；
（3）从四个侧面同时点火，引燃秸秆；
（4）待秸秆叶片在充分氧气条件下的燃烧时间小于5分钟，且燃烧完全后，迅速用土壤全面覆盖燃烧区域，使燃烧迅速熄灭；土壤覆盖至完全熄灭的时间须小于3分钟；
（5）土壤覆盖两小时后，挖开覆土，收获生物炭。
本发明的有益效果是，
1、投入低，生产成本低，是一项资源高值化技术：本方法无须固定的生产场地、设备及能源，只需秸秆、空地、简单工具和有限的人工，因此生产成本十分低廉。
2、生物炭生产效率高、工艺简便、生产迅速：采用本方法可在很短时间内（3小时以下）获得大量生物炭，因此生产效率高。其生物炭产量可高达19kg/100kg,而用现代小型热解系统的生物炭产量一般为26 kg/100kg, 因此本方法的产量十分可观。
3、污染低：本发明用土壤覆盖的方法控制生物质燃烧，使燃烧时间大幅度降低，从而从根本上降低了烟雾的排放量。
4、生物炭质量高：用土壤覆盖的方法可严格控制低氧条件，因此用本方法获得的生物炭炭化均一，炭化程度高，C/H比高，表面积大。
具体实施方式
本发明利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法，包括如下步骤：
1、建造土壤热解池：对于10公斤左右的风干秸秆（如玉米秸秆）的生物炭生产，在开放的空地（田）里先建一1.2m×1.0m×0.3m的土壤热解池。土壤热解池的尺寸可因秸秆的种类和规模而改变。
2、将风干秸秆按一定尺寸规格整齐平铺于土壤热解池上。如对于10公斤左右的风干玉米秸秆，其堆放尺寸为1.5m×1.0m×0.6m。
3、从四个侧面同时点火，引燃秸秆。
4、待秸秆叶片几乎燃烧完全后，迅速用土壤全面覆盖燃烧区域，使燃烧迅速熄灭。此过程须在3分钟内完成。
5、土壤覆盖两小时后，挖开覆土，收获生物炭。收获的生物炭可直接施用于土壤，也可经加工后用做活性炭。
本发明将具有明显燃烧速率差异的作物秸秆在氧气充分的条件下实行短时间燃烧，然后迅速用土壤覆盖致使燃烧熄灭。少部分生物质燃烧后产生热量，在土壤覆盖引起的低氧和热阻条件下能将剩余的生物质能迅速热解生成高质量的生物炭。用本方法燃烧所产生的烟雾是常规生物质燃烧法的10%以下。用本方法获得的生物炭的产量为常规生物质燃烧法的200%以上。
本发明提出的生产生物炭的方法，如以风干玉米秸秆为原料，100公斤秸秆可生产达19公斤生物炭，所产生的烟雾量为常规燃烧法的5%以下。
表1 用不同方法获得的生物炭产品的产量和质量指标（数据为三次重复的平均值）
| 生物炭制备方法 | 常规燃烧制炭 | 焚烧-土壤掩埋 | 马弗炉（300℃）热解 | 原料 |
| 碳产量 (%) | 9.9a | 27.4b | 34.2c | -- |
| pH | 9.41c | 9.41c | 8.00b | 5.78a |
| 碳含量(%) | 66.18bc | 68.56c | 59.87b | 44.30a |
| 氢含量(%) | 3.69b | 2.11a | 4.23c | 5.23d |
| BET表面积 (m2/g) | 32.06c | 63.64d | 8.92b | 4.68a |
由上表可见，应用本发明的方法制备的生物炭的产量及产量中的碳含量均明显好于常规燃烧制炭方法制备的炭。且生产的生物炭的BET表面积大。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明的方法、步骤或条件所做的修改或替换，均属于本发明范围，若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟悉的常规手段。
实施例1：用大象草秸秆为原料现场生产生物碳
土壤热解池大小为1.2m×1.0m×0.3m，风干大象草秸秆15公斤，堆放尺寸1.2m×2.0m×0.8m,在氧气充分条件下燃烧时间为2分钟，土壤覆盖时间为3分钟，生物质燃烧峰值温度为676℃。
生物炭产量为18.1±1.4kg/100kg（n=12）。
本方法的总烟雾释放量为1.17×107±7.28×106烟雾像元（n=3），而对照的总烟雾释放量为2.61×108± 4.67×107烟雾像元（n=3）。
所获得的生物炭炭化均一，炭化程度高。
所获得的生物炭C/H比高，表面积大，因此炭化程度高。
实施例2：用玉米草秸秆为原料现场生产生物碳
土壤热解池大小为1.2m×1.0m×0.3m，风干大象草秸秆10公斤，堆放尺寸1.2m×1.6m×0.6m,在氧气充分条件下燃烧时间为3分钟，土壤覆盖时间为3分钟，生物质燃烧峰值温度为645℃。
生物炭产量为19.0±1.8kg/100kg（n=12）。
所获得的生物炭炭化均一，炭化程度高。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）建造土壤热解池；
（2）将风干秸秆整齐平铺于土壤热解池上；
（3）从四个侧面同时点火，引燃秸秆；
（4）待秸秆叶片在充分氧气条件下的燃烧时间小于5分钟，且燃烧完全后，迅速用土壤全面覆盖燃烧区域，使燃烧迅速熄灭；土壤覆盖至完全熄灭的时间须小于3分钟；
（5）土壤覆盖两小时后，挖开覆土，收获生物炭。
2.根据权利要求1所述利用作物秸秆大规模现场生产生物炭的方法，其特征在于，所述秸秆为作物收获后被废弃的地上部分，即作物茎叶的总和。
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