一种废弃生物质多级利用方法与流程

1.本发明属于废弃生物质处理技术领域，具体涉及一种废弃生物质多级利用方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.随着社会的飞速发展，人类对资源的需求与日俱增，在一次能源可利用量在减少的同时，生物质资源因为其储量大、可再生等特点逐渐进入科学家的研究范畴，如作物秸秆、厨余垃圾、城市生活垃圾等。这些生物质资源大多被闲置、丢弃和浪费，比如厨余垃圾中的废弃生物质成分复杂，容易腐烂，产生病原体，污染空气和地下水，但是它有作为“能源作物”的潜力，通过热转化过程可以生产高附加值的化学品。针对废弃的生物质利用目前还没有系统的成型的方法。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本发明的一个目的是提供一种废弃生物质多级利用方法。
5.为了解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种废弃生物质多级利用方法，包括如下步骤：
7.将收集的废弃生物质螺旋压榨，含水量高的废弃生物质可以得到生物质汁和生物质渣，含水量低的可以得到小颗粒生物质渣，整体上实现渣汁分离；
8.将废生物质渣和废生物质汁进行超声、醇热萃取，将萃取后的液体混合，得提取液；
9.将萃取后的废生物质渣进行干燥、分段热解，得到生物质热解液和生物质热解炭，热解炭经活化处理后得到生物质活性炭；
10.生物质热解液经进一步提取后得到高附加值化学品；
11.提取液经进一步提取后得生物农药原料。
12.与现有技术相比，本发明的以上一个或多个实施例的有益效果为：
13.本发明的压榨过程采用螺旋分段处理，水分含量大的的废弃生物质可以有效提取出废生物质汁，水分含量少的废弃生物质可以直接得到废生物质渣，整体上实现渣汁分离；与传统生物质处理方式相比，有害气体经过初处理形成液态气体冷凝焦油，免去生产过程中污染空气的排放，具有极大的推广价值；固体产物可以用作生物堆肥、生物炭制作等，液体产物可以用作高附加值化学品的提取；可以推广到有机固体废弃物的处理，为生物质资源能源化提供新思路。
14.该工艺基于对废弃生物质的多级利用，可以有效利用废弃生物质，减少类似固体废弃物的污染；该工艺采用多级螺旋压榨，双面挤压，可以实现“一断，二揉，三压，四磨”，生
物质研磨更彻底，整体上高效实现渣汁分离，也可以适应多种种类的生物质；超声波萃取，可以提高提取率；生物质渣分段热解，活性成分提取效率更高；热解生物炭可以用来制作活性炭；热解液提取酚类物质，可以用作植物源农药，达到最大的经济效益和社会效益。
附图说明
15.图1是本发明中实施例中的活性炭吸附储氢图；
16.图2是本发明实施例的废弃生物质多级利用流程图；
17.图3是本发明实施例的螺旋压断器的结构示意图。
18.其中，1、第一段螺旋齿，2、第二段螺旋齿，3、第三段螺旋齿，4、第四段螺旋齿，5、旋转主轴。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明进行详细说明。
20.正如背景技术中论述的，现有技术很少有专门针对废弃生物质的处理。综合现有技术存在的问题，本发明公开一种废弃生物质多级利用的方法，创新性提出将萃取
‑
热解联用应用到废弃生物质的处理，处理更高效、操作更简单、生产更环保、成本更低。
21.一种废弃生物质多级利用方法，包括如下步骤：
22.将收集的废弃生物质螺旋压榨，含水量高的废弃生物质可以得到生物质汁和生物质渣，含水量低的可以得到小颗粒生物质渣，整体上实现渣汁分离；
23.将废生物质渣和废生物质汁进行超声、醇热萃取，将萃取后的液体混合，得提取液；
24.将萃取后的废生物质渣进行干燥、分段热解，得到生物质热解液和生物质热解炭，热解炭经活化处理后得到生物质活性炭；
25.生物质热解液经进一步提取后得到高附加值化学品；
26.提取液经进一步提取后得生物农药原料。
27.高附加值化学品为化工原料中间体，如酚类物质，可以用作农药精馏，吡啶类可以用作合成染料、药品、消毒剂的原料等。
28.先超声波处理，可以使植物细胞在外界能量输入的条件下完成空化，内部细胞液、化学成分等容易释放出来，再加以后期的醇热萃取，效果更好。再者，醇热反应需要在加热条件下进行，现实条件既要超声处理、又要加热设备更为复杂，成本更高。
29.在一些实施例中，所述废弃生物质为植物类生物质，如：废弃菜叶、秸秆等。
30.在一些实施例中，所述螺旋压榨分为四段压榨，分别为：
31.第一段：断开生物质，准备挤压；
32.第二段：揉取生物质，初步挤汁；
33.第三段：精研生物质，提取菜汁；
34.第四段：研磨生物质，挤出菜渣。
35.在一些实施例中，所述研磨为仿石磨双面挤压。出汁、出渣率更高，适用的废弃生物质种类更多，整体上更好地达到渣汁分离的目的。
36.在一些实施例中，压断器包括螺旋压断芯和外壳，螺旋压断芯同轴设置于外壳的
内部，所述螺旋压断芯包括旋转主轴以及设置于旋转主轴上的第一段螺旋齿、第二段螺旋齿、第三段螺旋齿和第四段螺旋齿；
37.所述旋转主轴包括恒径段和膨大段，膨大段为自中部向两侧逐渐缩径的结构，恒径段与膨大段的最小径端连接；
38.第一段螺旋齿和第二段螺旋齿沿轴向依次设置于恒径段上，其螺旋升角为20
‑
24
°
；第三段螺旋齿和第四段螺旋齿沿轴向依次设置于膨大段上，其螺旋升角为28
‑
32
°
，且第三段螺旋齿跨越膨大段的最大径处。
39.进一步的，第二段螺旋齿的螺径小于第一段螺旋齿的螺径。
40.进一步的，第三段螺旋齿的螺距大于第四段螺旋齿的螺距大于第二段螺旋齿的螺距。
41.压断器工作原理：压榨螺旋齿固定在旋转主轴上，螺旋齿升角产生向前推力，与外部压断壳形成挤压空间，从而螺旋挤压物料与物料接触面小，摩擦力小，无堵塞，无缠绕，可以提高挤压效率。
42.压榨螺旋分为四段：第一段螺旋齿和第二段螺旋齿对废弃生物质进行螺旋式粗处理，螺旋升角为22
°
。第一段螺旋齿的螺径大于第二段螺旋齿的螺径，物料的接触面比较大，可以实现“断”，第二段螺旋齿的螺距相比于第一段螺旋齿小，“断”后的物料进入更小的空间进行“揉”。第三段螺旋齿和第四段螺旋齿是精处理，螺旋升角更大，为30
°
。螺距也更小，挤压空间更小，相当于完成常规压断器的“压”“磨”两步。
43.在一些实施例中，醇热萃取的萃取剂为无水乙醇。相较于其他有机溶剂无水乙醇后处理更容易，可以用螺旋蒸发进行二次回收，对环境污染程度较小。
44.进一步的，醇热萃取时，无水乙醇与菜渣的质量比为1:0.8
‑
1。
45.进一步的，醇热萃取的温度为75
‑
80℃。在该温度条件下，乙醇处于沸腾状态，液态乙醇可以对固体进行完全浸泡片，气态乙醇使系统形成加压状态，进而有利于提高萃取效率。
46.进一步的，醇热萃取的时间为2.5
‑
3.5h。
47.在一些实施例中，超声处理的功率为40
‑
60w，超声处理的时间为20
‑
40min。
48.在一些实施例中，对废生物质渣进行分段热解的热解条件为：氮气氛围，流量为200
‑
210ml/min；热解升温速率为8
‑
12℃/min，热解终温为700℃，保持时间为20min。
49.在一些实施例中，热解炭的活化剂为koh，活化温度为650
‑
750℃，活化时间为0.8
‑
1.2h。
50.在一些实施例中，生物质热解液的萃取溶剂为乙酸乙酯。热解液中的有效成分是生物油，其中含有水分，所以选取不溶于水的萃取剂进行萃取。
51.用乙酸乙酯作萃取剂，实现有机物的初富集；随后置于旋转蒸发仪中进行溶剂蒸发，设定蒸发条件为：蒸发温度为80℃，蒸发压强为0.01mpa，得到精细有机化合物，可以提取出高附加值化学品。
52.在一些实施例中，所述高附加值化学品为酚类有机化合物，可用于制作有机农药。
53.在一些实施例中，所述废弃生物质可以为植物类生物质，如玉米秸秆、废弃菜叶、落叶等。
54.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
55.实施例1
56.为方便实际操作，选取某菜市场丢弃菜叶。
57.进行如下实验操作：
58.如图2所示，废弃生物质多级利用的方法，其方法步骤如下：选取废弃白菜生物质进行螺旋四段压榨，“一断，二揉，三压，四磨”，进行渣汁分离；“一段”，断开生物质，准备挤压；“二段”，揉取生物质，初步挤汁；“三段”，精研生物质，提取菜汁；“四段”，研磨生物质，挤出菜渣；
59.选取无水乙醇为萃取液，对废生物质渣和废生物质汁进行30min超声处理，超声波发生器功率为50w，萃取液与被萃取物的质量比为1:1，超声处理后放入反应釜中进行醇热反应，反应温度为75℃，反应时间为3h。将萃取后的液体混合，得到提取液；
60.之后将萃取后的废生物质渣进行真空干燥，干燥时间为24h，得到干燥后的废生物质渣；
61.将干燥后的生物质渣进行分段热解，得到生物质热解液和生物质热解炭，热解条件如下：氮气氛围，流量为205ml/min；设置热解速率为10℃/min，热解初温为60℃，保持10分钟，热解终温为500℃，保持时间为20min；
62.生物质热解液可以进行高附加值化学品提取；将热解炭在koh为活化剂、活化温度为700℃进行活化处理，得到生物质活性炭。
63.之后，对活性炭进行氢气吸附实验：吸附压力为0
‑
80bar，吸附温度为室温，吸附气体为纯h2(99.999％)，吸附时间为12h。
64.之后对样品废生物质汁和废生物质热解液进行gc/ms分析，如表1，表2，多活性炭进行吸附实验，如图1所示。
65.表1废生物质萃取液gc/ms分析(含酚类部分)
[0066][0067]
表2废生物质热解液gc/ms分析(含酚类部分)
[0068][0069]
其中，在生物质萃取液中，棕榈酸占到14％左右，硬脂酸占到7.5％左右，这些都是有用作农药潜力的化学中间体；在废生物质热解液中，可用作农药的酚类物质可以达到40％以上，说明白菜热解液作为植物源农药有很大的潜力；在对活化后的活性炭进行吸附测试，在实验室条件下吸附值可以达到40cm3/g stp。
[0070]
可以说明，该工艺可以达到对废弃生物质的分级利用。
[0071]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。