CN108753328A - 一种玉米秸秆的炭化加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业资源环境可持续发展利用产业领域，公开了一种玉米秸秆的炭化加工方法，首先对秸秆进行预处理，提高秸秆强度，降低灰分含量，然后采用阶梯式炭化升温方式，不仅能够使得炭化效果变好，还能够节省能源，最后进行活化处理，提高了气化反应和微孔形成速率，制备得到的生物质炭具有良好均匀的密度和空隙结构，比表面积大，可达1200平方米/克，吸附能力强，在室温下的吸附量可达140毫克/克，本发明提供了一种实现提高玉米秸秆加工成生物炭得率等综合性能的一种有效方式，过程操作简单，效率高，具有操作方便，安全可靠，节省能源等优点，是一种极为值得推广使用的技术方案。

Description

一种玉米秸秆的炭化加工方法
技术领域
本发明属于农业资源环境可持续发展利用产业技术领域，具体涉及一种玉米秸秆的炭化加工方法。
背景技术
农业资源是农业自然资源和农业经济资源的总称。农业自然资源含农业生产可以利用的自然环境要素，如土地资源、水资源、气候资源和生物资源等。中国农民对作物秸秆的利用有悠久的历史，只是由于从前农业生产水平低、产量低，秸秆数量少，秸秆除少量用于垫圈、喂养牲畜，部分用于堆沤肥外，大部分都作燃料烧掉了。随着农业生产的发展，中国自20世纪80年代以来，粮食产量大幅提高，秸秆数量也多，加之省柴节煤技术的推广，烧煤和使用液化气的普及，使农村中有大量富余秸秆。同时科学技术的进步，可以加工成各种需求的生物炭，生物秸秆的利用方式更加绿色环保。
玉米秸秆作为一种产量大的生物秸秆，现有的以玉米秸秆作为炭化加工原料制备生物炭，得率较低，资源利用价值不高，并且加工得到的生物炭空隙结构分布不均，其在加工成生物炭时，要研究其生物特性与热解温度的关系，才能够节省能源，生产出更优的产品。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种玉米秸秆的炭化加工方法，本发明采用的制备加工方法能够显著提高玉米秸秆加工成生物质炭的得率，资源得到极大化利用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种玉米秸秆的炭化加工方法，包括以下步骤：
（1）将收获得到的玉米秸秆清除污泥杂质，在质量浓度为0.7-0.9%的亚硫酸钠溶液中浸泡2-3小时，然后取出沥干水分，在110-115℃下干燥4-5小时，降温至30-35℃后粉碎至粒径大小在1-2毫米之间；
（2）将粉碎后的物料放入炭化炉中，以8-9℃/分钟的速度升温至380-400℃，保温炭化1.5-2.0小时，然后继续以6-7℃/分钟的速度升温至550-600℃，保温炭化30-40分钟，最后以10-12℃/分钟的速度降温至400-420℃，保温炭化20-30分钟，随炉自然冷却后取出，得到炭化物料；
（3）将炭化物料加入到管式炉中，通入氮气，升温至210-230℃，活化5-7小时，停止加热和通入氮气，冷却至室温，得到活化料，将活化料放入漂洗液中进行漂洗，最后在100-110℃下烘干即得所述玉米秸秆生物炭。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述玉米秸秆与亚硫酸钠溶液质量比为1:3-4，浸泡后的亚硫酸钠溶液可回收反复利用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气流量为8-10立方米/小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述管式炉升温速度为3-4℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述漂洗液为质量浓度为0.2-0.3%的次氯酸钠溶液，漂洗温度为35-40℃。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有对玉米秸秆的炭化处理方式不当的问题，本发明提供了一种玉米秸秆的炭化加工方法，首先对秸秆进行预处理，提高秸秆强度，降低灰分含量，然后采用阶梯式炭化升温方式，不仅能够使得炭化效果变好，还能够节省能源，最后进行活化处理，提高了气化反应和微孔形成速率，制备得到的生物质炭具有良好均匀的密度和空隙结构，比表面积大，可达1200平方米/克，吸附能力强，在室温下的吸附量可达140毫克/克，本发明采用的制备加工方法能够显著提高玉米秸秆加工成生物质炭的得率，资源得到极大化利用，本发明提供了一种实现提高玉米秸秆加工成生物炭得率等综合性能的一种有效方式，过程操作简单，效率高，具有操作方便，安全可靠，节省能源等优点，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种玉米秸秆的炭化加工方法，包括以下步骤：
（1）将收获得到的玉米秸秆清除污泥杂质，在质量浓度为0.7%的亚硫酸钠溶液中浸泡2小时，然后取出沥干水分，在110℃下干燥4小时，降温至30℃后粉碎至粒径大小在1-2毫米之间；
（2）将粉碎后的物料放入炭化炉中，以8℃/分钟的速度升温至380℃，保温炭化1.5小时，然后继续以6℃/分钟的速度升温至550℃，保温炭化30分钟，最后以10℃/分钟的速度降温至400℃，保温炭化20分钟，随炉自然冷却后取出，得到炭化物料；
（3）将炭化物料加入到管式炉中，通入氮气，升温至210℃，活化5小时，停止加热和通入氮气，冷却至室温，得到活化料，将活化料放入漂洗液中进行漂洗，最后在100℃下烘干即得所述玉米秸秆生物炭。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述玉米秸秆与亚硫酸钠溶液质量比为1:3，浸泡后的亚硫酸钠溶液可回收反复利用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气流量为8立方米/小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述管式炉升温速度为3℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述漂洗液为质量浓度为0.2%的次氯酸钠溶液，漂洗温度为35℃。
实施例2
一种玉米秸秆的炭化加工方法，包括以下步骤：
（1）将收获得到的玉米秸秆清除污泥杂质，在质量浓度为0.8%的亚硫酸钠溶液中浸泡2.5小时，然后取出沥干水分，在112℃下干燥4.5小时，降温至33℃后粉碎至粒径大小在1-2毫米之间；
（2）将粉碎后的物料放入炭化炉中，以8.5℃/分钟的速度升温至390℃，保温炭化1.8小时，然后继续以6.5℃/分钟的速度升温至580℃，保温炭化35分钟，最后以11℃/分钟的速度降温至410℃，保温炭化25分钟，随炉自然冷却后取出，得到炭化物料；
（3）将炭化物料加入到管式炉中，通入氮气，升温至220℃，活化6小时，停止加热和通入氮气，冷却至室温，得到活化料，将活化料放入漂洗液中进行漂洗，最后在105℃下烘干即得所述玉米秸秆生物炭。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述玉米秸秆与亚硫酸钠溶液质量比为1:3.5，浸泡后的亚硫酸钠溶液可回收反复利用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气流量为9立方米/小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述管式炉升温速度为3.5℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述漂洗液为质量浓度为0.25%的次氯酸钠溶液，漂洗温度为38℃。
实施例3
一种玉米秸秆的炭化加工方法，包括以下步骤：
（1）将收获得到的玉米秸秆清除污泥杂质，在质量浓度为0.9%的亚硫酸钠溶液中浸泡3小时，然后取出沥干水分，在115℃下干燥5小时，降温至35℃后粉碎至粒径大小在1-2毫米之间；
（2）将粉碎后的物料放入炭化炉中，以9℃/分钟的速度升温至400℃，保温炭化2.0小时，然后继续以7℃/分钟的速度升温至600℃，保温炭化40分钟，最后以12℃/分钟的速度降温至420℃，保温炭化30分钟，随炉自然冷却后取出，得到炭化物料；
（3）将炭化物料加入到管式炉中，通入氮气，升温至230℃，活化7小时，停止加热和通入氮气，冷却至室温，得到活化料，将活化料放入漂洗液中进行漂洗，最后在110℃下烘干即得所述玉米秸秆生物炭。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述玉米秸秆与亚硫酸钠溶液质量比为1:4，浸泡后的亚硫酸钠溶液可回收反复利用。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气流量为10立方米/小时。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述管式炉升温速度为4℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述漂洗液为质量浓度为0.3%的次氯酸钠溶液，漂洗温度为40℃。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略步骤（1）中对秸秆使用亚硫酸钠溶液浸泡处理，其余保持一致。

Claims (5)

1.一种玉米秸秆的炭化加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将收获得到的玉米秸秆清除污泥杂质，在质量浓度为0.7-0.9%的亚硫酸钠溶液中浸泡2-3小时，然后取出沥干水分，在110-115℃下干燥4-5小时，降温至30-35℃后粉碎至粒径大小在1-2毫米之间；
（2）将粉碎后的物料放入炭化炉中，以8-9℃/分钟的速度升温至380-400℃，保温炭化1.5-2.0小时，然后继续以6-7℃/分钟的速度升温至550-600℃，保温炭化30-40分钟，最后以10-12℃/分钟的速度降温至400-420℃，保温炭化20-30分钟，随炉自然冷却后取出，得到炭化物料；
（3）将炭化物料加入到管式炉中，通入氮气，升温至210-230℃，活化5-7小时，停止加热和通入氮气，冷却至室温，得到活化料，将活化料放入漂洗液中进行漂洗，最后在100-110℃下烘干即得所述玉米秸秆生物炭。
2.如权利要求1所述一种玉米秸秆的炭化加工方法，其特征在于，步骤（1）所述玉米秸秆与亚硫酸钠溶液质量比为1:3-4，浸泡后的亚硫酸钠溶液可回收反复利用。
3.如权利要求1所述一种玉米秸秆的炭化加工方法，其特征在于，步骤（3）所述氮气流量为8-10立方米/小时。
4.如权利要求1所述一种玉米秸秆的炭化加工方法，其特征在于，步骤（3）所述管式炉升温速度为3-4℃/分钟。
5.如权利要求1所述一种玉米秸秆的炭化加工方法，其特征在于，步骤（3）所述漂洗液为质量浓度为0.2-0.3%的次氯酸钠溶液，漂洗温度为35-40℃。
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