一种应用园林垃圾制备生物炭的方法

本发明属于生物炭制备领域，具体涉及一种应用园林垃圾制备生物炭的方法。

背景技术：

1、随着人们生活水平的不断提高，对生活环境提出了更高的要求，城市、乡村绿化覆盖面积不断增大，由此产生的园林垃圾也随之增加。传统的园林垃圾处理方法主要包括填埋、焚烧和堆肥化处理，然而，填埋会占用大量土地面积、造成地下水污染，焚烧会向空气中释放大量有害气体，堆肥化周期长、效率低。因此，亟待提出更加高效、更加清洁的方法来处理园林垃圾。

2、生物炭是一种由有机物质经过热解或氧化处理而产生具有多孔性的炭质材料，由于其特殊的结构，使其在改良土壤、讲解有害物质、促进微生物生长等方面有十分重要的作用。当前，生物炭的供需产生了不平衡，市场需求量急剧增大，然而当前的生产工艺尚未完全成熟，主要以高温热解制备为主，生产成品质量不能得到完全保证。

技术实现思路

1、因此，应用园林垃圾制备生物炭能将二者问题充分结合，实现高效、清洁、“共赢”的结果。为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：

2、本发明提供一种应用园林垃圾制备生物炭的方法，包括如下步骤：

3、s1：将预处理后的园林垃圾进行干燥，破碎后过筛；

4、s2：将所述步骤s1中过筛后的园林垃圾送入热解炉(1)于惰性气氛下进行炭化；

5、s3：将所述步骤s2中炭化后的园林垃圾送入活化炉(3)进行活化；所述活化采用高温蒸汽活化；

6、所述步骤s2和s3中，炭化和活化后的可燃气和生物油分别通过第一燃烧室(2)和第二燃烧室(4)燃烧后对热解炉(1)和活化炉(3)进行供热。

7、优选的，所述园林垃圾选自树叶、树枝、花草、草坪修剪物或木屑。

8、优选的，所述步骤s1中，预处理的方法为将无机物质进行分离。

9、优选的，所述步骤s2中，干燥的方法为将所述过筛后的园林垃圾晾晒至含水量为40％以下。

10、优选的，所述步骤s2中，破碎的方法包括碾碎和研磨处理。

11、优选的，所述步骤s2中，过60目筛。

12、优选的，所述步骤s2中，炭化时的温度为200-550℃，时间不小于3h。

13、优选的，所述步骤s2中，炭化的温度分三个阶段进行，分别为200-300℃，300-500℃和500-550℃，整体炭化时间不小于3h，第一阶段所需时间为20-40min(不包括升温阶段)，第二阶段所需时间为1-2h，第三阶段所需时间为30-60min。

14、低温区：200-300℃，这个区间负责进一步脱水，含水率降低，开始分解有机物，该阶段能保留原料中的官能团；

15、中温区：300-500℃，这个区间负责脱除有机物和炭化；

16、高温区：500-550℃，这个区间主要对生物炭进行固化，生物炭表面的活性官能团基本上降解完全。

17、优选的，所述步骤s2中，惰性气氛为氮气，炭化时含氧量小于2％，粉尘浓度小于20g/m3，出料温度小于50℃。

18、优选的，所述步骤s3中，采用高温蒸汽活化的温度为600-900℃，时间为30-120min。

19、具体的，所述高温蒸汽的成分包括水蒸气，还包含其他气体或挥发性物质。

20、具体的，本发明提供一种应用园林垃圾制备生物炭的方法，包括以下步骤：

21、(1)收集原材料：收集园林垃圾，包括树叶、树枝、花草、草坪修剪物、木屑等。将明显混入其中的无机物质，如塑料袋、石块等分离出来。

22、(2)进行“干燥+破碎化”处理：待园林垃圾在自然条件下晾晒至含水量为40％以下，对其进行碾碎、研磨处理，破碎后过60目筛，增大比表面积。

23、(3)无氧热解炭化：进一步的，确保园林垃圾中无明显大块物质、含水量低于40％后，将其通过螺旋输送进入到炭化炉内。炭化炉的装置如图1所示。炭化炉内设置可以达到增加反应面积，提高反应速率的效果；能够保持良好的密封性，炉体内绝氧，氮气保护，密封性良好，防止气体外排；安全运行参数为含氧量＜2％，粉尘浓度＜20g/m3，出料温度＜50℃。能够保证裂解炭化反应的完整性和充分性。通过严格控制温度的条件下，在200-550℃之间设置三个温度梯度，达到每个温度梯度后保温预设时间，热解时间不少于3h，且随着温度的升高，保温时间延长，有利于其形成多孔结构，得到热解初产物。

24、在无氧热解炭化过程中，含氧量应当尽量接近于0，炭化反应是在无氧环境中进行的，倘若设备中存在氧气，会使有机物燃烧而非炭化。安全运行参数是根据园林垃圾的炭化特性而设定的。并非指运行过程中的实际参数，而是超过这个安全值，可能会导致有机物燃烧。

25、完全真空的条件非常困难和昂贵，理论上需要达到真空以隔绝氧气，但是实际生活中可能达不到完全的真空条件。

26、(4)初产物活化：将上述已经热解炭化后得到的产物以高温蒸汽的方式再进行活化。

27、(5)热能再利用：将热解、活化过程中所产生的可燃气和生物油通过燃烧室，在其中进行充分燃烧，并将燃烧产生的热烟气通过热转换器和热量回用系统进行回用，对前端的炭化、活化进行供热，可大大减少本项目的能耗成本，形成一个整体的能量再生利用的生物炭制备系统。

28、cn113171750a公开了一种利用底泥和园林垃圾制备生物炭的方法及其应用。首先清理、烘干底泥和园林垃圾，粉碎备用，按质量比1：0.25～4取底泥和园林垃圾，加水混合均匀，干燥得到混合物a，将混合物a在300℃～700℃下热解1～5h得到混合物b，再以naoh或fecl3作为改性剂，与混合物b加水混合均匀，干燥得到所述生物炭。

29、该文件采用的是化学改良剂法，而本发明是用高温热解物理方法，所使用无氧热解炭化方法相较于现有技术，热解温度更低，热解时间所短，且使用热量循环系统，能够有效将前一步产生的热量应用于下一步，实现热量的循环使用，更加节能环保和高效。前处理过程更加简便：对于前处理过程的要求主要体现在原料的脱水和过筛上，工艺操作要求更加简洁，便于操作。创造性地设置温度梯度，能够得到性能更好更稳定的生物炭。

30、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

31、本发明提供了一种应用园林垃圾制备生物炭的方法，该方法能够将难以处理的园林垃圾转化为生物炭，达到变废为宝的目的，节约了园林垃圾处理成本和生物炭生产原料不足的难题。并且通过整体系统，实现能源循环使用，减少了能源消耗。

技术特征：

1.一种应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述园林垃圾选自树叶、树枝、花草、草坪修剪物或木屑。

3.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s1中，预处理的方法为将无机物质进行分离。

4.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s2中，干燥的方法为将所述过筛后的园林垃圾晾晒至含水量为40％以下。

5.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s2中，破碎的方法包括碾碎和研磨处理。

6.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s2中，过60目筛。

7.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s2中，炭化时的温度为200-550℃，时间不小于3h。

8.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s2中，炭化的温度分三个阶段进行，分别为200-300℃加热20-30min，300-500℃加热1-2h和500-550℃加热30-60min。

9.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s2中，惰性气氛为氮气，炭化时含氧量小于2％，粉尘浓度小于20g/m3，出料温度小于50℃。

10.如权利要求1所述的应用园林垃圾制备生物炭的方法，其特征在于，所述步骤s3中，采用高温蒸汽活化的温度为600-900℃，时间为30-120min。

技术总结
本发明属于生物炭制备领域，具体涉及一种应用园林垃圾制备生物炭的方法。本发明实例提供了一种应用园林垃圾制备生物炭的方法，该方法能够将难以处理的园林垃圾转化为生物炭，达到变废为宝的目的，节约了园林垃圾处理成本和生物炭生产原料不足的难题。并且通过整体系统，实现能源循环使用，减少了能源消耗。

技术研发人员：张晨兮,陈小妮,黄晓蕾,臧雨涵,王韵,张程
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/2