一种提高生物质水热处理中固相转化率的方法与流程

本发明涉及生物质能源化利用，尤其涉及一种提高生物质水热处理中固相转化率的方法。

背景技术：

1、生物质包括植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物，具有体积大、密度轻，储运成本高的特点。

2、目前，采用水热处理技术可将生物质废弃物转化为高热值低盐分的优质燃料。

3、cn103386411a公开了一种生物质废物的水热处理方法及其系统，该方法包括：物料依次经过浆化预热处理、高压蒸汽水热处理和闪蒸处理，所述水热处理使用的蒸汽包括原蒸汽和二次蒸汽。该二次蒸汽是利用水热反应装置之间的蒸汽压力差，完成两个水热反应装置的蒸汽的均压均温。通过水热反应器之间的多级均压，提高了换热效率，降低了原蒸汽消耗量。

4、cn101805629a公开了一种生物质液化制燃料油的方法。其特征在于将生物质原料与溶剂水(或加上催化剂水溶液)充分混合成浆液。催化剂与原料质量比为1∶10至1∶50，原料与水质量比范围为1∶2至1∶8，在还原性气氛下于浆态床反应器进行反应，液化反应温度控制在300-450℃，反应压力5-30mpa，反应时间为5-40min。反应结束后对产品进行分离可得到燃料油、固态残渣、水和气体等。所述生物质转化完全、油品产率高，所得油品热值与标准油相当，可缓解对化石能源的依赖，利于环境保护，生产成本低，具有良好的社会及经济效益。

5、cn113265286a公开了一种农林生物质清洁燃料的制备方法及制备系统。所述方法包括：将预处理的厨余垃圾进行厌氧发酵得到包括发酵残渣和混合有机酸的发酵浆料；将预处理的农林生物质进行酸洗处理以去除农林生物质中的碱金属；将发酵残渣、与农林生物质反应后的酸液及经酸洗处理后的农林生物质混合得到的混合浆料进行水热处理得到生物质焦，生物质焦经固液分离、挤压成型得到生物质清洁燃料。提供的方法利用厨余垃圾发酵生成的混合有机酸温和去除农林生物质中的碱金属，并将去除碱金属的农林生物质和厨余垃圾的发酵残渣共同制备得到生物质燃料，具有高效、安全、经济等优点。

6、但是，上述水热处理方法及系统工艺对于如何提高水热处理中固相转化率，进而提高生物质燃料质量及能量转化率并没有给出解决方案。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种提高生物质水热处理中固相转化率的方法，通过严格控制水热反应的各项条件参数，可大幅度固相转化率，进而提高生物质燃料的质量；所述方法操作简单，便于调控，能耗较低，适合在生物质燃料制备中广泛应用。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种提高生物质水热处理中固相转化率的方法，其特征在于，所述方法包括：生物质在水中溶解氧的含量为10～100μg/l、不可溶有机物的浓度为2～20g/l和可溶性有机物的浓度为0.5～8g/l，且液固比为(2.5～8):1的条件下，进行水热处理。

4、本发明所述的提高生物质水热处理中固相转化率的方法通过控制生物质水热处理时水中溶解氧的含量、不可溶有机物的浓度和可溶性有机物的浓度，可有效提高水热处理产物的固相转化率，降低产物液相转化率，其主要反应机理是高氧浓度加速水热反应，高有机物浓度可阻碍水热液化和气化的发生，从而提高了生物质燃料质量及能量转化率，降低了生产成本，而且得到的生物质燃料的低位发热值较高。

5、本发明水中溶解氧的含量为10～100μg/l，例如可以是10μg/l、30μg/l、50μg/l、80μg/l、90μg/l或100μg/l等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；

6、水中不可溶有机物的浓度为2～20g/l，例如可以是2g/l、4g/l、5g/l、10g/l、13g/l或20g/l等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；

7、水中可溶性有机物的浓度为0.5～8g/l，例如可以是0.5g/l、1g/l、3g/l、5g/l、7g/l或8g/l等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；

8、液固比为(2.5～8):1，例如可以是2.5:1、3:1、4:1、5:1、6:1或8:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

9、优选地，所述生物质包括玉米秸秆。

10、优选地，所述生物质的含水率为0～70wt％，例如可以是0wt％、10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％或70wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

11、优选地，所述水热处理之前进行破碎处理。

12、优选地，所述水热处理的压力为0.5～3.9mpag，例如可以是0.5mpag、0.8mpag、1mpag、1.5mpag、2mpag或3.9mpag等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

13、优选地，所述水热处理的温度为159～250℃，例如可以是159℃、180℃、200℃、220℃、240℃或250℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

14、优选地，所述水热处理的液固比为(3～5):1，例如可以是3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

15、优选地，所述水热处理时，水中溶解氧的含量为10～50μg/l，例如可以是10μg/l、20μg/l、30μg/l、40μg/l、45μg/l或50μg/l等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

16、优选地，所述水热处理时，水中不可溶有机物的浓度为5～15g/l，例如可以是5g/l、8g/l、10g/l、12g/l、13g/l或15g/l等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

17、优选地，所述水热处理时，水中可溶性有机物的浓度为1～5g/l，例如可以是1g/l、2g/l、3g/l、3.5g/l、4g/l或5g/l等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

18、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

19、本发明提供的提高生物质水热处理中固相转化率的方法操作简单，通过控制水热反应时的各项条件参数，提高了生物质燃料的质量，能量转化率可达90％以上，生物质燃料制备成本低，适合大规模推广应用。

技术特征：

1.一种提高生物质水热处理中固相转化率的方法，其特征在于，所述方法包括：生物质在水中溶解氧的含量为10～100μg/l、不可溶有机物的浓度为2～20g/l和可溶性有机物的浓度为0.5～8g/l，且液固比为(2.5～8):1的条件下，进行水热处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质包括玉米秸秆。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物质的含水率为0～70wt％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述水热处理之前进行破碎处理。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述水热处理的压力为0.5～3.9mpag。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述水热处理的温度为159～250℃。

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述水热处理的液固比为(3～5):1。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述水热处理时，水中溶解氧的含量为10～50μg/l。

9.根据权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，所述水热处理时，水中不可溶有机物的浓度为5～15g/l。

10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，所述水热处理时，水中可溶性有机物的浓度为1～5g/l。

技术总结
本发明提供一种提高生物质水热处理中固相转化率的方法，所述方法包括：生物质在水中溶解氧的含量为10～100μg/L、不可溶有机物的浓度为2～20g/L和可溶性有机物的浓度为0.5～8g/L，且液固比为(2.5～8):1的条件下，进行水热处理。本发明所述方法操作简单，便于调控，有效提高了生物质水热处理中的固相转化率，生物质燃料制备能耗较低，适合大规模推广应用。

技术研发人员：黎福斌,孙健,万鹏,李亚洲,张国坤,周林,李健,黄辉武,陈伟
受保护的技术使用者：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12