生物质气化所产木炭蒸汽法制备活性炭分析

邢蕾

摘要：能源紧张是世界性的发展问题，我国虽然地大物博，但是可供利用的能源资源有限，随着现代化建设对于能源资源的快速消耗，能源紧缺已经成为阻碍社会经济发展的主要问题之一。生物质技术是目前解决我国能源问题的有效发展途径之一，利用生物质气化技术制备活性炭，能够实现更理想的能源效应。本文首先介绍了利用生物质气化技术进行活性炭制备的积极意义，分析生物质气化技术概述和原理，结合生物质气化所产木炭蒸汽法制备活性炭研究现状，探究利用蒸汽法制备活性炭的的发展前景，为缓解我国能源紧张问题，促进社会经济可持续发展提供思路参考。

Abstract： Energy shortage is a worldwide development problem. Although China has vast land and resources， the available energy resources are limited. With the rapid consumption of energy resources by modernization， energy shortage has become one of the major problems that hinder social and economic development. Biomass technology is currently one of the effective ways to solve China's energy problems. Using biomass gasification technology to prepare activated carbon can achieve a more ideal energy effect. This article firstly introduced the positive significance of using biomass gasification technology for the preparation of activated carbon， analyzed the general principles and principles of biomass gasification technology， combined the current research status of the preparation of activated carbon by using biomass gasification steam method， and explored the prospects， so as to alleviate the problem of energy shortage and provide ideas and references for the sustainable development of society and economy.

關键词：生物质；气化技术；蒸汽法；活性炭；制备

Key words： biomass；gasification technology；steam method；activated carbon；preparation

中图分类号：TQ424.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0112-02

0 引言

为了缓解我国日益紧张的能源状况，国家科研部门不断探索新能源，其中，生物质活性炭就是其中的新能源类型之一。利用蒸汽法进行生物质气化活性炭制备需要经过相当严格的制备工艺和一系列复杂环节，当前我国的生物质气化技术已经取得一定成效，只要做好生物质气化所产木炭蒸汽法制备活性炭的注意事项，严格执行活性炭气化制备标准和规范，就能实现有效的制备目标。

1 利用生物质气化技术进行活性炭制备的积极意义

生物质是一种典型的可再生能源，地球上每年通过植物光合作用固定的碳元素达2000亿吨。据估算，中国生物质资源生产潜力可达650亿吨/年，折合33亿吨标准煤，相当于每年化石资源消耗总量的3倍以上。国内大部分生物质资源（农作物秸秆等）被直接焚烧，造成资源的大量浪费，同时也造成环境的严重污染。

利用生物质气化技术进行活性炭制备，不仅能够有效缓解我国能源紧张问题。从环境效益上看，采用生物气化技术进行活性炭制备，开发新能源形式，对于减少因为能源消耗而造成的环境污染具有积极作用，能够减少城市二氧化碳污染，缓解温室效应，对于环境改善具有一定的效用。

2 生物质气化技术概述和原理

生物质，即植物或动物应该光合作用原理储存的有机物质，这些有机物质主要包含动植物的排泄物、有机废水、垃圾等。而真正适用于生物气化活性炭制备的生物质主要包括农业和林业中的废弃物，诸如农作物的秸秆、林木枝干、果壳、稻草等，都可以作为生物质气化活性炭的制备原料。生物质的气化处理需要用到气化炉，相关的活性炭制备原料在被粗略的进行破碎处理后，进入气化炉中，气化炉中一般呈现乏氧状态，在气化剂（气化炉中的气化剂包括二氧化碳气化剂、水蒸气或空气）的作用下，把组成生物质的碳水化合物转化成一氧化碳（CO）、氢气（H2）、甲烷（CH4）等无污染或是污染少的可燃气体，这一过程即为生物质技术。这种采用水蒸气活化法进行活性炭的制备，其活性炭制备的质量主要会受到炭化温度、活化时间、水蒸气用量、活化温度等影响，要想获取高质量的生物质气化活性炭，必须严格掌握时间和温度。文主要探究生物质蒸汽法制备活性炭工艺，生物质气化技术过程按照过程来划分，可以分为四个步骤，即从干燥——热解——氧化——还原的过程。

2.1 干燥

利用生物质技术进行活性炭的干燥处理是生物质气化处理的第一步，即将活性炭气化制备原料放入气化炉，与炉中的热量进行反应，实现原料中水分的蒸发。对于原料的干燥处理一般在气化炉顶部，干燥处理温度正常应控制在50至250℃。

2.2 热解

活性炭气化制备原料经过气化炉顶的干燥处理后，再进入热解区，热解区的热量对于原料持续加温，当原料的稳定等于或大于160℃的情况下，这时炉中的生物质产生热解反应，产生一些挥发物，这些挥发物主要包括水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、碳、焦油等等低分子烃类可燃气体。

2.3 氧化

经过热解处理的原料产生的一系列可燃气体在炉中经过气化剂的作用，温度持续上升，到这些气体温度达到热解气体的最低着火点，即≥250℃时，气体会被点燃，发生燃烧，使得高温下的炭原料也发生燃烧效应，炭原料在燃烧过程中会产生水蒸气、一氧化碳、二氧化碳等气体，并伴随着大量的热量产生，这些热量就是气化炉中为干燥和热解阶段热量的主要来源。此时炉内氧化区的温度不断上升，将会高达600至1200℃。

2.4 还原

经过一系列的加热升温处理后，原料到打还原区时已经没有了氧气，而氧化反应中产生的高温水蒸气和二氧化碳等气体与炉内的炭原理会发生还原反应，产生氢气和一氧化碳。经过还原反应后，炉中的高温逐渐被吸收降低到400至600℃。

3 生物质气化所产木炭蒸汽法制备活性炭研究现状和发展前景

3.1 生物质气化所产木炭蒸汽法制备活性炭研究现状

以往我国的活性炭制备原料多是采用木材，但是随着国家对于森林保护政策的不断加强，也是为了实现经济的可持续发展，将木材作为主要的生物质气化活性炭制备原料的发展受到越来越多的限制，成本也在呈现上升趋势。因此，我国开始探究更多的活性炭制备原料来源，这也是现阶段我国相关学者和专家们正在研究的生物质气化制备活性炭的重点方向。

学者们探究了利用桑木枝、食物果壳（包括稻壳、花生壳、核桃壳等）作为原料进行生物质气化制炭技术，这些果壳制作的活性炭功用比较多，例如，采用优质椰壳（果壳）为原料，以先进的工艺设备精制而成，其外观为黑色不定型颗粒，具有比表面积大、间隙结构发达、吸附能力强、机械强度高、易再生等优点，广泛应用于饮用水的提纯净化，及工业废水、污水、江河水质的除臭净化，深度改良，去除有害物质。净化室内空气，吸附有害气体及防毒面具，滤毒器材的充填。此外，相关学者和专家也在积极探索更广泛的生物质活性炭可使用的原料素材，以循环发展、绿色经济理念等开发新工艺，例如，研究在传统污泥处理技术的基础上，开发出新型的污泥热解绿色处理技术，并开发与之相关的其他技术共同形成循环经济商业模式。该项目技术成本低廉、零污染排放，在热解污泥的同时能够产生大量性能优越的生物活性炭。生物活性炭可进一步用于废水、废气等高排放工业企业，有效吸附废水废气中的有害物质。

通过为客户处理污泥、提供生物活性炭、并将失活的生物活性炭再生使其可重复利用，项目能够以技术服务的形式、有竞争力的价格，与客户建立长期的合作关系。未来，生物质气化在制备活性炭方面将取得更大的进展，更多的生物质原料可以通过技术研究成为新的活性炭制备原料。

3.2 生物质气化所产木炭蒸汽法制备活性炭发展前景展望

立足北方果壳活性炭产业集群生产和拥有丰富的果壳生物质资源现状，针对国内果壳活性炭存在消耗大、得率低、劳动强度大、环境污染严重及企业效益低等一系列突出问题，进行活性炭生物质气化发电、炭电联产是活性炭产业实现清洁生产的必然需求。

目前，一些地区已经开始成功进行了稻壳发电，建设生物质气化发电站，对果壳生物质气化联产炭电热肥项目进行了深入的研究。经过近年来的研究与试验，2014年9月18日1MW承德华净活性炭有限公司的杏壳气化发电中试项目投入运营，杏壳气化产生的可燃气用于发电，还能产生热能供暖、生产活性炭及炭有机肥四种产品。预计明年公司将建成“5MW杏壳气化发电联产活性炭关键技术集成与示范”项目，实现年发电3600万度并网，同时得到杏壳炭化料1.70万吨，活性炭0.9万吨，实现产值1.08亿元。

该项技术具有世界领先水平，为世界首家大型活性炭发电項目，项目的实施除了得到绿色能源外，还能实现生物质发电与活性炭清洁生产的高效结合，对提高活性炭的品质，减少环境污染，减少温室气体与PM2.5的排放具有良好的效果，将促进果壳活性炭特色产业尽早形成一个清洁生产、节能降耗、资源循环利用的高新技术产业，将极大地促进活性炭产业升级和技术进步。

4 结论

随着我国工业的继续发展，未来使用活性炭的方面会越来越多，实验证明，生物质气化制备的活性炭工艺具有一定的可行性，能够满足我国经济发展对于活性炭的需求，还能变废为宝，节约资源，实现循环经济、绿色经济发展目标。生物质气化技术的发展对于缓解我国能源紧张问题、改善生态环境具有积极作用，利用这一技术工艺进行蒸汽法活性炭制备能够带来客观的经济效益、社会效益和生态效益，是一项惠及多方的可持续发展路径。

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