科技成果——玉米秸秆低温连续炭化制备生物质炭燃料
技术开发单位 河南博顿生物科技有限公司
适用范围 主要应用于工业生产及民用采暖
成果简介
采用自制的固定床连续低温炭化装置，低温热解在炉体底部得到所需生物质炭燃料。该生物质炭燃料具有以下特性：
（1）热值高，可达4200kcal/kg，相比生物质原料热值提高近一倍；
（2）能量寿命长，可保持十年不变质，而其它的生物质利用形式如秸秆压缩颗粒6个月左右就会发生霉变；
（3）疏水性提高，表面极性减弱；
（4）转化率高，1.30吨的秸秆原料可产出秸秆炭1吨，转化率约78%；
（5）能量利用率高，保留了原生生物质92%的能量。
技术效果
该产品是将废弃能源转化为生物质炭，替代了部分煤、石油等常规能源，缓解了目前能源紧张的局面。与煤相比，其单位产品SO2产生量是燃煤的1/5，且CO2零排放，而燃煤的单位产品CO2排放量为1.76t/t，减轻了矿物能源消耗对环境的污染。同时，能够有效避免秸秆随地焚烧所引起的空气质量恶化。
应用情况
该产品已成功应用于安徽格义循环经济产业园有限公司，该公司位于安徽省寿县新桥国际产业园创业大道，是一家以农林废弃物为原料，生产生化木素、纤维素浆粕、沼气电力和有机液肥等产品的高新技术企业。该公司从2015年11月至今燃用玉米秸秆生物质炭燃料，发热量达4300kcal/kg左右，满足其2台10t/h和1台15t/h锅炉的需要，月供蒸汽500-650t。应用期间锅炉运行平稳，和燃煤相比，清洁卫生，极大地改善了劳动环境；燃烧效率高；含硫量低，减少了脱硫费用；燃烧后灰渣极少，极大地减少堆放灰渣的场地，具有较好的社会和环境效益。
市场前景
目前该产品已实现批量生产和小范围应用。在生物质固定床连续低温热解炭化工艺方面具有创新性，整体技术达到国内领先水平。与煤相比，其单位产品SO2产生量是燃煤的1/5，且CO2零排放，而燃煤的单位产品CO2排放量为1.76t/t，减轻了矿物能源消耗对环境的污染。预计到2020年，可实现120个地区的项目建设，规模达到480万t/a。
．－——２７０－－—— 江苏农业科学２０１３年第４１卷第５期
１．３ 方法 １．３．１水热糖化分别称取３０ ｇ已粉碎至２Ｏ目的秸秆置
于反应釜中，按照不同的固液比向反应釜中加入一定量蒸馏
水，密闭反应釜后设定不同温度对反应釜加热，将反应釜内搅
拌速度设定为８０ ｒ／ｍｉｎ，当升到所需反应温度时即停止加热，
待冷却至室温时打开反应釜取出液化产物。
采用碘量法 测定反应液化产物中的还原糖含量。
还原糖浓度计算公式如下：
Ｃｃ。Ｈ ＝（２ＣＩ ＶＩ 一ＣＮ ｓ ｏ， ｓ ０，）×Ｍｃ Ｈ ０ ／２
式中：ｃｃ‘Ｈ以为还原糖浓度；Ｃ 为Ｉ 标准溶液浓度； 为Ｉ：标
准溶液体积； ’ｏ１为Ｎａ２Ｓ２Ｏ３浓度；ＣＮ ｓ，０ 为消耗Ｎａ２Ｓ Ｏ３的
体积。
１．３．２活性炭制备将不同种类的秸秆粉碎过２０目，将秸
秆糖化残渣在１０５ ｏＣ烘箱中放置６ ｈ。称取一定量残渣，按不
同固液比加入不同体积的２０％磷酸溶液，搅拌均匀，浸渍一
段时间后在烘箱中烘干，放入耐高温的坩埚中，送入管式炉
内，在氮气保护条件下进行炭化、活化，反应结束后取出，用
７０—８０℃热水反复洗涤，直至洗涤液的ｐＨ值达到６～７，烘
干，研细，过０．０７６ ｍｉｌｌ筛，备用“ 。
活性炭吸附性能的测定参照ＧＢ／Ｔ １２４９６．８一ｌ９９９《木质
颗粒活性炭试验方法——碘吸附值的测定》 纠和ＧＢ／Ｔ
１２４９６．１０－－１９９９（（木质活性炭试验方法亚甲基蓝吸附值的测 定》 】。
２结果与分析
２．Ｉ农作物秸秆水热糖化结果
２．１．１反应温度对农作物秸秆水热糖化的影响如图３所
示，在液固比为９：１的条件下，考察不同反应温度对水解液
中还原糖浓度的影响。从图３可以看出，随着反应温度的变
化，不同秸秆水解液中还原糖浓度的变化趋势较为一致。在
反应温度低于３２５ ｏＣ时，随着温度的上升，水解液中还原糖浓
度呈上升趋势，温度达到３２５ ｏＣ时还原糖浓度最高，之后随着
不与人争粮，不与粮争地
年处理10000吨农作物秸秆
项
目
建
议
书
2 一、项目背景
全球每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，其蕴含的能量约相当于全世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1%。我国拥有丰富的生物质能资源，每年我国理论有生物质能资源50亿吨左右，其中农作物残留物占一半多，相当于13亿吨煤炭。随着改革开放的深入和拉动内需经济政策，能源消费将大量增长，能源问题将成为我国经济增长的一个瓶颈。煤炭和电力的短缺将在一定时期内长期存在。开发新能源、减少浪费和保护环境已成为我们当前经济建设的当务之急。
以前农作物秸秆除了农民生活自用以外，其余的主要做饲料、造纸、积肥等，但现在农民生活自用的秸秆量越来越少，饲料利用的秸秆量更小，秸秆造纸也逐渐淡出市场。这样，大量废弃的秸秆不得不被农民在田间烧掉，严重污染环境，还造成空中交通、陆路交通、火灾等一系列问题。利用秸秆炭化技术，可以有效地解决这些问题。
“秸秆炭化”是可再生的生物质能源，取之不尽，用之不竭，循环再生。生物质能属国家鼓励发展的可再生能源，未来将成为能源系统的重要组成部分，在这一背景下，企业根据国家产业政策规定和节能减排、循环经济、清洁生产发展要求，经过充分调查研究论证，决定建成年产3400吨清洁烧烤炭生产线。
二、项目建设的必要性
2008年7月29日，国务院印发《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》（国办发[2008]105号）。《意见》指出：我国农村一些地区焚烧农作物秸秆现象比较严重，不仅污染环境、严重威胁交通运输安全，还浪费资源。《意见》明确要求：力争到2015年，
3 基本建立秸秆收集体系，形成布局合理、多元利用的秸秆综合利用产业化格局，秸秆综合利用率超过80%。
“农作物秸秆炭化项目”，利用当地农作物秸秆等生物质废弃物进行生产，资源丰富，原料充足，成本低廉，综合效益显著。对开发农村新能源和可再生清洁能源，改善农村生态环境，节约不可再生能源，提高农民生活质量，缩小城乡差别，促进农村经济发展，推进社会主义新农村建设，破解秸秆焚烧难题，都具有重要的社会意义。
I / 35 摘要
生物炭有发达的孔隙结构，具有较大的比表面积和较高的表面能，化学和热稳定性，因而生物炭在减少温室气体排放土壤改良等方面应用潜力巨大。但是，关于生物炭对重金属吸附行为的研究还比较少，生物炭对重金属污染物的环境效应问题亟待解决。
本文以武威市周边小麦秸秆为原料，采用限氧升温法，控制温度在200、300、400、500、600℃下，将单一粒径小麦秸秆颗粒（0.154mm）制备生物炭，并进行灰分测定。记录为W200、W300、W400、W500、W600（其中W为小麦秸秆，后面的数字为炭化温度），同时研究了五种生物炭对重金属Cd2+的吸附动力学、吸附热力学，并进一步引进，吸附动力学、吸附等温线深入探讨重金属Cd2+在秸秆生物炭上的吸附动力学和热力学特点。其次研究了不同浓度、不同温度以及pH因素对吸附重金属Cd2+吸附特征影响。论文取得了以下研究成果：
（1）随着热解温度的升高，生物炭的产率逐渐降低，灰分含量逐渐升高。在200-600℃生物炭的炭化产率从67.2%（200℃）下降到24.8%(600℃)，200-300℃之间损失最大产率从67.2%下降到38.9%，灰分含量从5.3%上升到15.5%，P300-P400有较大的上升幅度P300-P600上升较平缓。生物炭的颜色呈现古铜色-浅黑色-黑色-深黑色变化。
（2）随着时间的延长，生物炭对Cd2+的吸附先快速吸附后趋于平衡。吸附达到平衡的时间为12小时左右。在pH（3-10），生物炭吸附重金属Cd2+随着pH的升高而增加。W200、W500其最佳pH为9。温度（15~35℃）对生物炭吸附重金属Cd2+的影响不显著。
（3）利用Langmuir和Freundlich方程拟合吸附等温线，通过相关系数R2表明，生物炭对重金属Cd2+的吸附等温线更符合Freundlich 模型。
关键词： 小麦秸秆 生物炭 重金属 吸附 Cd2+
