【地方标准】 秸秆碳化碳封存技术规范

DB23/T3535-2023 秸秆炭化碳封存技术规范

前言
本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件由黑龙江省农业农村厅提出。本文件起草单位：黑龙江八一农垦大学、沈阳农业大学、黑龙江科技大学、北京农林科学院植物营养与资源环境研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、东北农业大学、密山市森迪炭粉科技有限公司、大庆市金土地生物质材料制造有限公司、绥化市路森炭粉科技有限公司。
本文件主要起草人：殷大伟、曹殿云、金梁、盛涛、宋春来、邹国元、魏丹、王磊、刘遵奇、许永花、李文涛、邓杰、张伟明、李立欣、黄玉威、鄂洋、曹婷、张亦涛、刘宏斌、杜新忠、王丽君、张鸿琼、罗立娜、曲京博、杨翔宇、王伟、张森、孙明哲。

1 范围
本文件规定了秸秆炭化碳封存技术规范的术语和定义、基本要求、技术工艺、生物炭技术指标、生产安全、生物炭质量控制、碳封存等内容。
本文件适用于以秸秆为原料、以生物炭农用为目的的制备过程。

2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB3095 环境空气质量标准
GB/T4797.1 环境条件分类自然环境条件温度和湿度
GB15577 粉尘防爆安全规程
GB15605 粉尘爆炸泄压指南
GB15618 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）
GB18599 一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准
GB55036 消防设施通用规范
NY/T499 旋耕机作业质量
NY/T1701-2009 农作物秸秆资源调查与评价技术规范
NY/T3041 生物炭基肥料
NY/T3672 生物炭检测方法通则
NY/T4159 生物炭
NY/T4161-2022 生物质热裂解炭化
DB23/T470 生物质热裂解炭化工艺技术规程

3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 秸秆：农业生产过程中，收获了稻谷、小麦、玉米等农作物子粒以后，残的不能食用的茎、叶等农作物副产品，不包括农作物地下部分。[来源：NY/T1701—2009]
3.2 热裂解炭化：在绝氧或有限氧气供应条件下，生物质经过高温处理发生热分解，进而形成以生物炭为主产品的过程。[来源：NY/T4161—2022]
3.3 碳封存：指的是以捕获碳并安全存储的方式来取代直接向大气中排放CO2的技术。

4 基本要求
4.1 设备要求
宜用固定床热解炭化设备、移动床热解炭化设备。炭化设备密封和保温性能良好，炭化充分，原料适应性强，炭化设备能满足连续生产技术需要。设备运行管理应符合GB15577和NY/T4161—2022的要求。
4.2 环境要求
生产场所环境空气应符合GB3095的规定。尾气处理系统主要包括脱硫、脱硝和除尘装置。热解过程中应减少粉尘产生并采取减少粉尘散发的除尘装置。

5 技术工艺
5.1 工艺流程
秸秆炭化工艺流程包括原料预处理、热裂解炭化、生物炭的卸出与储存、主要副产物的利用与处理等工序。
5.2 原料预处理
生物炭制备原材料为农作物秸秆。原料中无金属、碎石、土块、塑料等杂质。原料自然含水量应小于25%。原料粉碎应在通风良好的厂房内进行，粉碎机本体应带有除尘装置。原料粉碎场所运行管理应符合GB15577和GB15605的规定。半碎后原料颗粒尺寸直径宜6mm~8mm、长度宜30mm~50mm，呈棒状生物质颗粒。
5.3 热裂解炭化
热裂解炭化过程应符合NY/T4161—2022规定。热解炭化设备不应使用化石能源供应。炭化炉热效率不应低于80%。预处理后的秸秆可采用带式输送机等适宜方式进行输送，输送能力不应小于热解炉额定原料耗量的120%。秸秆制备生物炭的产炭率应≥30%。炭输送系统的输送能力不宜小于热解炉额定负荷运行时产炭量的120%。热裂解炭化的反应温度应保持在400℃~700℃，热裂解炭化的气态副产物中的氧含量应小于1%（体积分数），机组正常工作下运行噪声应低于80dB(A)。
5.4 生物炭卸出与储存
生物炭卸出与储存应符合NY/T4161—2022规定。生物炭的卸出应在具有排风除尘装置的独立操作间内进行。出炭系统的设备应根据现场条件紧凑布置，降低输送高度落差。生物炭卸出后应及时冷却、防止自燃，自然堆放24h后，方可入库或包装，并做好测温记录。当温度≥60℃时，应拆垛散热，并做好灭火准备。生物炭储存应按照GB/T15577和GB/T15605的规定防止产生粉尘污染、防火和防爆。生物炭储存应有完备的消防系统，应符合GB55036规定。大气环境的湿度应符合GB/T4797.1规定。
5.5 主要副产物的收集与利用
液态副产物应全部收集，并按GB18599的I类场所规定做好渗漏措施，妥善储存。气态副产物不应该直接排放，应加以利用或无害化处理后排放，应符合NY/T4161—2022规定。

6 生物炭技术指标
生物炭技术指标应符合NY/T4159规定。

7 生产安全
生物炭的生产应符合NY/T4161—2022规定。工作场所应配备防尘、防爆和阻爆设施或者设备，运行管理应符合GB15577和GB/T15605的规定。热解炉应设置超温、超压报警、泄爆装置及一氧化碳检漏等装置，作业环境的一氧化碳最高允许浓度为30mg/m³。生物炭不应与易燃易爆或强氧化性物质混合装运及储存。热裂解炭化工厂内及围墙外50m内严禁烟火和燃放烟花爆竹，应在醒目位置设置“严禁烟火”标志。

8 生物炭质量控制
生物炭的检测方法应按照NY/T3672执行，制备的生物炭质量应符合NY/T4159规定。

9 碳封存
9.1 生物炭的存储方式
生物炭优先存储于土壤。将生物炭均匀抛撒于地表，然后采用机械翻转60°~120°，使平铺在田面上的生物炭进入0cm~35cm土层，机械作业应达到DB23/T470中深松作业质量要求。或将生物炭均匀铺撒在表土，随即旋耕，旋耕作业质量指标如旋耕层深度、耕后地表植被残留量、碎土率、地表平整度和耕后田面墒情等，应符合NY/T499要求。或制成生物炭基肥料施用于土壤，生物炭基肥料应符合NY/T3041要求。
9.2 产炭率
不同原料热裂解的反应温度、反应时间、升温速率、产炭率应按表1执行。同一原料在同一批次进行热裂解反应的温度波动应≤50℃。

表1 不同原料的热裂解参数与产炭率
原料 | 反应温度(℃) | 反应时间(min) | 升温速率(℃/min) | 产炭率(%)
玉米秸秆 | 400~500 | 20~30 | 5~10 | 35
稻壳 | 500~550 | 20~40 | 5~10 | 33
稻杆 | 400~500 | 30~40 | 10~15 | 33
麻杆 | 450~550 | 35~45 | 10~15 | 33
花生壳 | 400~500 | 30~40 | 10~15 | 35