CN104479702B

CN104479702B - 一种制备生物碳的方法

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Publication number: CN104479702B
Application number: CN201410614199.7A
Authority: CN
Inventors: 周萍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: CN104479702A

Abstract

本发明提供了一种低成本、操作简单、环保、高质量制作生物碳的方法，它包括如下步骤：(1)将碳铺设在一上部开口的容器底部，在该底部铺设的碳上铺设厨余垃圾，在该层厨余垃圾上再铺设碳，以此类推，最后层与容器口间隔留有空隙，将容器口密封；(2)将容器连同容器内的碳及厨余垃圾进行密闭厌氧烧制，烧制温度为400‑700℃，烧制时间为1h‑1.5h；(3)烧制完毕后，待容器内温度冷却至60℃以下打开容器，得到生物碳。本发明还提供了一种适用于本发明所述方法的容器，该容器用于将厨余垃圾及碳烧制成生物碳，结构简单、巧妙、成本低廉。由于采用了本发明的技术方案，本发明制作生物碳采用厨余垃圾，无需干燥即可制作，操作简便，制得的生物碳燃烧值高、灰分少，烧制生物碳的设备成本低廉，本方法环保价值巨大，对于解决厨余垃圾、清洁能源具有建设性社会意义。

Description

一种制备生物碳的方法

技术领域

本发明涉及一种生物碳的制备方法，特别涉及将厨余垃圾制备成为生物碳的方法。

背景技术

经济的快速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的提高的同时，生产、生活产生的生活垃圾也在急剧增加，但与此对应的城市建设对于垃圾的处理能力却未能紧跟经济发展步伐，造就现今各大城市“垃圾围城”的局面。

垃圾的处理方法多种多样，填埋、焚烧、回收利用，就垃圾填埋而言，占用土地较多，并会引起环境污染，特别是地表污染及空气污染，对人民群众的健康及生活影响较大，垃圾的焚烧也是如此。因此，垃圾的处理引起了越来越多的民众以及媒体的关注，国家也高度重视此类涉及民生的问题，因此，生活垃圾及工业垃圾的处理业已成为现代社会急需有效解决的问题。

人类生活垃圾数量巨大，其中，厨余垃圾约占一般垃圾的三成以上，同时，厨余垃圾腐败快，发酵后污染空气，细菌滋生快，对疾病传播、环境的影响较为严重。厨余垃圾的处理一般有填埋、制作肥料及其他分类处理等几种方式，但是厨余垃圾作为有机垃圾，对于现有的生物质制碳技术来说，厨余垃圾无疑是其以后作为制碳来源的重要发展方向，很多科学家将生物碳冠以“黑色黄金”的美誉，它是面向未来的、低成本、可持续性的环保能源，在环境保护、能源、气候等方面具有不可估量的作用，其带来的社会效应和对人类发展的作用非常巨大。但是，现有的生物质制碳技术主要存在两大瓶颈，一是步骤繁琐，原材料(新鲜生物质)需要一个干燥前处理，使得含水量达到10％左右才能进入制碳过程；二是成本过高，表现在人工收集成本、原料运输成本和烧制过程能耗成本上。

与本发明最接近的现有技术专利号为201110419809.4的名为生物质材料制备生物质碳的方法和碳化炉的专利，其采用的利用有机物制作生物碳方法，需要事先将有机物干燥，且烧制时间较长，设备复杂，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、操作简单、环保、高质量制作生物碳的方法，为此，本发明采用以下技术方案：它包括如下步骤：

(1)将碳铺设在一上部开口的容器底部，在该底部铺设的碳上铺设厨余垃圾，在该层厨余垃圾上再铺设碳，以此类推，最后层与容器口间隔留有空隙，将容器口密封；

(2)将容器连同容器内的碳及厨余垃圾进行密闭厌氧烧制，烧制温度为400-700℃，烧制时间为1h-1.5h；

(3)烧制完毕后，待容器内温度冷却至60℃以下打开容器，得到生物碳。

在采用以上技术方案的基础上，本发明还可以采用以下进一步的方案：

步骤(1)中，每层铺设的碳与每层铺设的厨余垃圾的质量比为1:1-4。

优选地，步骤(1)中，每层铺设的碳与每层铺设的厨余垃圾的质量比为1:3。

步骤(1)中，最后层与容器口的间隔高度为所述容器高度的三分之一。

步骤(2)中，所述容器在800℃及以下时不会融化或变形。

步骤(2)中，所述不锈钢容器包括容器主体及用于密封容器的容器盖，所述容器主体内在底部上方设置有不锈钢冲孔网板，并在该不锈钢冲孔网板中部设置有不锈钢冲孔网管，所述不锈钢冲孔网管顶部与容器口有间隔，所述容器盖上设置有若干透气孔，容器盖与容器主体连接处及若干透气孔上抹有黄泥。

所述不锈钢冲孔网管距离容器口高度为所述容器高度的三分之一。

本发明还要解决的一个技术问题是提供一种容器，该容器用于将厨余垃圾及碳烧制成生物碳，结构简单、巧妙、成本低廉。

所述容器为上部开口的不锈钢容器，它包括容器主体及用于密封容器的容器盖，所述容器主体在底部上方设置有不锈钢冲孔网板，并在该不锈钢冲孔网板中部设置有不锈钢冲孔网管，所述不锈钢冲孔网管顶部与容器口有间隔，所述容器盖上设置有若干透气孔，容器盖与容器主体连接处及若干透气孔上抹有黄泥。

所述不锈钢冲孔网板距离底板1厘米，不锈钢冲孔网管距离容器口高度为所述容器高度的三分之一。

由于采用了本发明的技术方案，本发明制作生物碳采用厨余垃圾，无需干燥即可制作，操作简便，制得的生物碳燃烧值高、灰分少，烧制生物碳的设备成本低廉，本方法环保价值巨大，对于解决厨余垃圾、清洁能源具有建设性社会意义。

附图说明

图1为本发明所述容器的示意图。

图2为本发明所述不锈钢冲孔网板的示意图。

图3为本发明所述厨余垃圾及碳的堆叠方式示意图。

具体实施方式

本发明所述的方法包括以下步骤：

(1)将碳10铺设在容器1底部2，本发明所述碳包括活性炭、生物碳、木碳、烧烤碳等一系列碳物质，以块状或颗粒状最佳，以生物碳、活性炭最佳；容器1为上部开口，在底部碳10上铺设厨余垃圾11，在该层厨余垃圾11上再铺设碳10，以此类推，最后与容器口保持所述容器1高度的三分之一的间隔距离，将容器口密封；

(2)本专利方法最重要的步骤为烧制，该烧制方法有几种：

1、碳及厨余垃圾混合后既可直接烧制，即将容器连同容器内的碳及厨余垃圾一同进行密封厌氧烧制，该容器一般为不锈钢容器。

2、容器也可以在放置7—15天后烧制，在该放置过程中，采用步骤(1)的放置方法可以使得厨余垃圾不会产生异味，通过实验证实，封锁臭味7-15天，最长可达29天。基本原理为物质中的各分子之间都存在着相互作用力(类似于宏观世界的万有引力)，在物质内部，每个分子都被其他分子包裹着，相互作用是平衡的(合力为零)，而在物质表面，分子与空气的作用力将小于内部分子间的作用，合力就指向物质内部，使物质表面具有了多余的表面能，可以吸附其他的分子，以降低自身能量，实现体系最稳定的基本形态。此铺设步骤从该理论上讲，鉴于碳的高含碳量及多孔特性，厨余垃圾产生的臭味能迅速的被碳吸附，达到封锁臭味的效果；同时，碳对于其他水分及养分等的吸附，使得厨余垃圾内的细菌滋生变慢，从另一方面也减缓了厨余垃圾腐败变坏的速度。

故，用厨余垃圾与碳交替堆叠的方式，可以用于厨余垃圾的防臭、防污染、减缓变质。

3、也可以将碳及厨余垃圾在不锈钢容器中混合后进行烧制。

不管以上任何一种烧制方式，在整个热解过程中，热量主要通过对流作用传递到物料中，能耗小。热传递机理为：热量从外界窑炉传导到密封容器内部，热量从厨余垃圾颗粒的表面向内部辐射和对流传送，热量通过碳内部的孔隙结构传送。

尽管在热解开始阶段一般都需要供入热量，而实际窑炉一旦达到预定温度区之后，碳和生物质就会发生放热反应，反应产生的热量能够满足热解过程的持续进行(自热平衡反应过程)。整个热解过程利用碳的吸附特性，在烧制前及烧制过程中发挥双重吸附作用，既克服了以往需要先干燥再烧制的缺点，同时在烧制过程中密封容器内的气体可以达到循环流动效果，缓解了密封容器内及整个装置的压力。

烧制过程中，有机物在缺氧环境中的热解碳化，密封容器内缺氧环境又可以避免有机物直接燃烧，减少了排放物，不产生环境污染。

烧制过程中的窑炉可以采用火焰窑，也可以采用电热窑。日常民用时甚至可以采用柴火及煤进行烧制。此外，液化气、天然气、煤气等都可以使用。

(5)待容器内温度冷却至60℃以下打开容器，得到生物碳。在冷却过程中，生物质在密封容器内的无氧环境内更好的碳化，当温度在60℃或以下时，将容器从窑炉内取出，打开后即可得到高纯度的生物碳。

优选地，在步骤(1)中，每层铺设的碳10与每层铺设的厨余垃圾11的质量比为1:1-4。

更优选地，步骤(1)中，每层铺设的碳10与每层铺设的厨余垃圾11的质量比为1:3，此时，烧制出的生物碳纯度、灰分、热值等最好。

步骤(2)中，所述容器在800℃及以下时不会融化或变形。

步骤(2)中，所述不锈钢容器1包括容器主体5及用于密封容器1的容器盖3，所述容器主体5内设置在底部2上方设置有不锈钢冲孔网板20，底部2距离不锈钢冲孔网板20距离1-5厘米，不锈钢冲孔网板20中部设置有不锈钢冲孔网管21，所述不锈钢冲孔网管21顶部与容器口间隔，该间隔高度为所述容器高度的三分之一，厨余垃圾11及碳10层叠铺设在不锈钢冲孔网板20和不锈钢网管顶部21所在平面之间，当热量从外界窑炉传导到密封容器内部，热量通过不锈钢冲孔网板和不锈钢冲孔网管向内部辐射和对流传送。所述容器盖3上设置有若干透气孔31，容器盖3与容器主体5连接处及若干透气孔31上抹有黄泥，起进一步的密封作用。

以下，列举数种厨余垃圾按照本发明所记载的方法进行烧制，其测定的生物碳结果如下表所示：

计算公式：

1.含水率：将一定量的生物碳置于铝盒中，在105℃下烘干至恒重时所失去的水分质量与烘干生物碳质量的比值。

2.高位热值：指燃料完全燃烧所释放出的总能量,包括水蒸汽所含的潜热，单位：MJ/kg(兆焦耳/千克)。实验前生物碳在70度下烘干48小时。本次获得生物碳高位热值高低依次为：编号3>编号2>编号4>编号1，生物碳的高位热值接近标准煤的高位热值为29.26MJ/kg。

另外，再进行灰分测定：

3.灰分测定：称取过100目的原生物碳1.0±0.02g，平铺于陶瓷坩埚底部，敞口置于马弗炉内，于750℃下灰化6h，冷却至室温后取出称重。灰分计算公式如下：

式中：M₂(g)为灰分和坩埚质量；M₁(g)为坩埚质量；M(g)为生物碳质量。

一般规律：同一材料制备的生物碳，制备生物碳的温度越高，灰分含量越多；高温阶段停留时间越长，灰分含量越多。

在烧制过程中，通过实验所得，步骤(1)中，每层铺设的碳与每层铺设的厨余垃圾的质量比为1:1-4，该质量比为1:3时，得到的生物碳质量最好，其热值高、灰分少。

步骤(2)中，所述不锈钢容器的尺寸不宜过大，其内部导热较差，烧制出的生物碳质量不足。

烧制过程中，由于热解作用，会释放出气体和水分(水汽)，当气体从不锈钢容器内逸出至外炉时，黄泥既起到吸附作用，同时，又防止空气流入。

以上实施例不是对本发明的限制，本领域技术人员通过权利要求与说明书所述记载，结合本领域的公知常识，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种制备生物碳的方法，其特征在于它包括如下步骤：

（1）将碳铺设在一上部开口的容器底部，在该底部铺设的碳上铺设厨余垃圾，在该层厨余垃圾上再铺设碳，以此类推，最后层与容器口间隔留有空隙，将容器口密封；

（2）将容器连同容器内的碳及厨余垃圾进行密闭厌氧烧制，烧制温度为400-700℃，烧制时间为1h-1.5h；

（3）烧制完毕后，待容器内温度冷却至60℃以下打开容器，得到生物碳。

2.根据权利要求1所述的一种制备生物碳的方法，其特征在于步骤（1）中，每层铺设的碳与每层铺设的厨余垃圾的质量比为1:1-4。

3.根据权利要求2所述的一种制备生物碳的方法，其特征在于每层铺设的碳与每层铺设的厨余垃圾的质量比为1:3。

4.根据权利要求1所述的一种制备生物碳的方法，其特征在于步骤（1）中，最后层与容器口的间隔高度为所述容器高度的三分之一。

5.根据权利要求1所述的一种制备生物碳的方法，其特征在于步骤（2）中，所述容器在800℃及以下时不会融化或变形。

6.根据权利要求1所述的一种制备生物碳的方法，其特征在于步骤（2）中，所述容器包括容器主体及用于密封容器的容器盖，所述容器主体内在底部上方设置有不锈钢冲孔网板，并在该不锈钢冲孔网板中部设置有不锈钢冲孔网管，所述不锈钢冲孔网管顶部与容器口有间隔，所述容器盖上设置有若干透气孔，容器盖与容器主体连接处及若干透气孔上抹有黄泥。

7.根据权利要求6所述的一种制备生物碳的方法，其特征在于所述不锈钢冲孔网管距离容器口高度为所述容器高度的三分之一。