气候变化问题成为人类社会可持续发展所面临的重大挑战，如何适应并应对日益严峻的生态环境问题成为人类共同关注的话题。温室气体排放量日益成为影响和制约国家社会经济和可持续发展的重要因素，给我国在国际谈判中带来越来越大的压力。生物炭技术被认为是根本的二氧化碳减排增汇途径之一，同时生物炭在改良土壤与肥料增效，土壤修复与水污染控制等方面作为环境功能材料得到良好应用。我国是一个农业大国，秸秆年产量大，有效利用率低下，为生物炭技术的推广应用提供了广阔前景。然而目前已有的生物质碳化技术存在炭化温度波动大，碳化时间和温度控制不精确，生产效率低等问题，亟待寻求新的生物质碳化技术途径，解决秸秆生物炭技术利用途径的瓶茎问题。针对这一问题，本论文研发了一种生物炭的生产技术，获得了如下进展和认识:　　1.在资料调研基础，结合目前已形成的生物质热解的机理模型，确立生物炭生产过程中需要关注的影响因素有:物料因素、热解参数（温度、升温速率、停留时间、气相组分），催化剂等。立足生物质分布广的我国国情，小型生物质碳化设备具有推广前景，因此开发一种小型生物质碳化设备值得关注。　　2.设计了一套小型生物质碳化炉，生物炭产量在20 kg/h，达到半工业化规模，生物质进料量为60 kg/h。设计目标温度范围为室温至1000℃，温度高低可调节，反应简体材料选用2520不锈钢，规格为Φ273*600 mm;温控精度为±10℃，PID（比例-积分-微分）电路控制其温度变化，加热功率2.5 KW/10KW可切换;采用耐高温陶瓷纤维毯保温，保温层厚度15 cm;通过电机传动，带动搅拌使反应能够均匀进行，可人工控制物料停留时间;预留催化剂输入输出口;整个反应需要在缺氧或无氧条件进行，各部件结合部通过添加石棉垫密封;高温孰料，由反应通体出来后，通过套管换热式螺旋输送机将其快速冷却降温，至出口可收集温度。　　3.以蘑菇培养基为原料测试分析该设备的性能。测试分析了进料电机转速与进料量关系，进料速度0～1.5 kg/min可控;炉子空烧在低于700℃下，基本呈线性升温，加热速率K=1.66℃/min;蘑菇培养基炭化产率随温度的升高而降低，产率在30.4％～46.5％之间，停留时间对生物炭的产率的影响没有明显的趋势;当控温在350～700℃之间的碳化温度条件时，达到设定的目标温度所用的时间在14～20 min之间。设定的目标温度500℃、550℃、600℃的反应条件达到目标温度的时间较短。650℃条件下，生物质反应过程中的平均升温速率最大。进料过程中会对设定目标温度形成冲击，降低炉温，达到目标温度后会有一定的升温冲击，而使实际温度高于设定的目标温度。目标反应温度越高物料引起温度波动越小。温度降低程度与进料速度有关，由于实验操作时设定的平均进料1 kg/min，实际进料时的速度并不均匀。温度波动较大，最大温差120℃。使用ANSYS有限元软件模拟炉膛的温度分布情况，显示炉膛内温度分布并不均匀，需要同过增加停留时间和搅拌来实现反应的均一性。通过气体产量模拟出，进出料口会有大量的烟气溢出，需要通过物料或熟料的填充来绝氧和阻止烟气外溢。　　4.不同的裂解温度下新疆棉秆生物质碳化结果显示，随着裂解温度的升高，生物炭的产率、阳离子交换量、O/C和H/C值降低，pH、电导和持水性能提高，Na+、K+趋势不明显，Cl-和SO42-等盐碱化离子以及Ca2+、Mg2+营养元素含量随温度的升高降低;C、N、S、C/N和灰分等含量均提高，NH4+-N在550℃碳化条件下含量最高。　　本文总结一种生物质碳化设备制作的技术方案，并以蘑菇培养基为原料测试该设备的基本性能。结果表明，该设备有效控制反应温度和停留时间，并能够序批式生产生物炭。用该设备以新疆棉秆为原料生产生物炭，研究了裂解温度对棉秆生物炭物理化学性质的影响，为设备和生物炭推广应用提供技术方案和工程经验。