本发明属于生物质焙烧炭制备领域，具体涉及一种基于载气调节的节能省时的生物质焙烧炭制备方法。
背景技术：
：生物质焙烧是在常压隔氧、200～300℃温度条件下进行的一种生物质温和热解反应技术，在此过程中生物质表面特性发生改变，最终其产物以固体焙烧炭为主，通常称为生物质焙烧炭或生物质煤，还有较少量的气体和液体。生物质通过焙烧处理能显著提高其能量密度、可研磨性及疏水性，由此可大大减少运输和储存成本。焙烧炭产品具有类似煤的理化性质，且氮、硫含量明显低于煤，与煤混合共燃并可以起到有效降低温室气体的作用，是一种高效的清洁能源，可部分替代化石燃料，缓解人类面临的能源和环境危机，具有广阔的发展前景。生物质培烧炭在国外的研究较多，主要在北美和欧洲等发达国家和地区，目前国内关于生物质焙烧技术的研究起步较晚，近几年才有部分科研机构开始从事生物质焙烧炭的研究。随着全球环保意识的增强、各国相关法律和法规的相继出台，生物质焙烧技术作为一种切实可行的生物质预处理技术开始得到世界范围的广泛重视。截至目前，生物质焙烧技术主要停留在以高纯氮气为载气进行隔氧焙烧阶段，其特点是生物质原料在焙烧处理过程中无氧化现象发生，生物炭产物的固体产率较高，但对操作条件要求较高，且比较耗费时间，难以大规模生产。技术实现要素：本发明主要目的在于提供一种在尽可能减少固体产率损失和能量产率损失的前提下缩短焙烧处理过程的时间消耗和能量消耗的生物炭燃料的制备方法，以此解决现有焙烧技术能量输入较多、焙烧时间较长的问题。为解决上述技术问题，本发明基于载气调节的节能省时的生物质焙烧炭制备方法是通过下述步骤完成的：步骤一、生物质原料烘干后粉碎，过筛；步骤二、然后置于陶瓷坩埚内，放入管式炉，通入高纯氮气以吹脱管式炉中原有的空气；步骤三、再通入氮气或者氮氧混合气并保持气体流量，进行焙烧；步骤四、尔后停止加热后继续保持载气流量，直至微波炉温度降至室温；即得到生物炭燃料。进一步地限定：步骤一所述生物质原料为秸秆、核桃壳、文冠果壳或稻壳。进一步地限定：步骤一中烘干至生物质原料的含水率小于4％(质量)。进一步地限定：步骤一中过40～60目筛。进一步地限定：步骤三所述氮氧混合气的总流量为200～400ml/min。进一步地限定：步骤三所述氮氧混合气中氧气体积含量大于0％且小于等于20％。进一步地限定：步骤三焙烧温度为250～300℃，焙烧时间为10min～30min。本发明在不损失能量产率而能够缩短生物质固体燃料制备时间。本发明焙烧过程中，以氮气为主体的载气中混合一定比例的氧气，以实现生物质原料中有机物的初步氧化，整体上缩短焙烧过程的时间和能量输入；在250℃到300℃范围内的温度下对生物质原料进行焙烧处理，从而实现生物质水分脱除、小分子有机物的挥发及大分子有机物的初步解聚，得到能量致密化的生物质固体燃料。本发明通过控制载气中氧气的含量以及焙烧温度和焙烧时间，得到不同固体产率、能量产率和热值的生物质燃料，以实现产物特性的多样化。本发明的加热温度在250～300℃之间，氮氧比例在1：0到4：1之间，固体产率、能量产率与纯氮气条件下所得产物相同的条件下(如固体产率60％，能量产率80％时)，反应时间能缩短30％以上，极大地提高了生物质固体燃料的制备效率，由此实现生物质固体燃料的快速制备和规模化生产，逐步实现替代煤等化石燃料的可能性，发挥其优越的燃料特性。本发明实现废弃生物质的资源化利用，变废为宝，同时节约能源，降低成本。与以往的生物质焙烧技术相比，本发明具有节能省时、载气条件要求低、便于规模化生产等特点。随着社会进程的发展，化石能源价格不断攀升，煤炭、石油、天然气等不可再生能源的消耗和生物质废弃物的产量逐年增加。因此，生物质废弃物的资源化利用显得尤为重要。本发明是生物质资源化利用的一大突破进展，不仅可以实现生物质资源的有效利用，缓解农村生物质产能过剩难以消化、避免秸秆焚烧现象的发生和大气环境污染问题的出现。此外，本发明的推广使用能够进一步增加对农村劳动力的需求，拉动农村经济发展，有利于农村产业结构的调整，加速农业现代化建设的步伐。因此本发明的研究开发具有广阔的应用前景。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式中基于载气调节的节能省时的生物质焙烧炭制备方法是通过下述步骤完成的：步骤一、生物质原料在105℃条件下烘干至生物质原料的含水率小于4％(质量)，粉碎，过40目筛；步骤二、然后置于陶瓷坩埚内，放入管式炉，通入高纯氮气(体积纯度为99.99％)以吹脱管式炉中原有的空气；步骤三、调节气体流量计旋钮，通入总流量为300ml/min的氮氧混合气并保持气体流量，氮气与氧气体积比为17：3，打开电加热装置，设定焙烧温度和焙烧时间并开始加热，焙烧温度为300℃，焙烧时间为30min；步骤四、尔后停止加热后继续保持载气流量，直至微波炉温度降至室温；即得到生物炭燃料(黑色粉末状)。不同生物质原料采用具体实施方式一方法获得生物质焙烧炭产品性能参数如下表所示。具体实施方式二：本实施方式中基于载气调节的节能省时的生物质焙烧炭制备方法是通过下述步骤完成的：步骤一、生物质原料在105℃条件下烘干至生物质原料的含水率小于4％(质量)，粉碎，过40目筛；步骤二、然后置于陶瓷坩埚内，放入管式炉，通入高纯氮气(体积纯度为99.99％)以吹脱管式炉中原有的空气；步骤三、调节气体流量计旋钮，通入总流量为300ml/min的氮氧混合气并保持气体流量，氮气与氧气体积比为4：1，打开电加热装置，设定焙烧温度和焙烧时间并开始加热，焙烧温度为300℃，焙烧时间为30min；步骤四、尔后停止加热后继续保持载气流量，直至微波炉温度降至室温；即得到生物炭燃料(黑色粉末状)。具体实施方式三：本实施方式中基于载气调节的节能省时的生物质焙烧炭制备方法是通过下述步骤完成的：步骤一、生物质原料(秸秆)在105℃条件下烘干至生物质原料的含水率小于4％(质量，粉碎，过40目筛；步骤二、然后置于陶瓷坩埚内，放入管式炉，通入高纯氮气(体积纯度为99.99％)以吹脱管式炉中原有的空气；步骤三、调节气体流量计旋钮，通入总流量为300ml/min的氮氧混合气并保持气体流量，氮气与氧气体积比为19：1，打开电加热装置，设定焙烧温度和焙烧时间并开始加热，焙烧温度为300℃，焙烧时间为30min；步骤四、尔后停止加热后继续保持载气流量，直至微波炉温度降至室温；即得到生物炭燃料(黑色粉末状)。表1：生物质焙烧炭产品性能参数表生物质原料灰分(％)热值(mj/kg)含水率(％)实施例13.1724.690.77实施例22.4523.500.63实施例31.8924.441.00表1可知产物灰分、含水率均比较低，而热值水平较高，已接近原煤，可实际应用。当前第1页12