CN105001888A - 一种生物质有效转化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质有效转化的方法，步骤如下：（1）将菠菜与生物质进行自然风干、破碎处理；（2）将菠菜与生物质按质量比1:1~1:10混合，送入反应釜；（3）将水加入装有菠菜与生物质混合物料的反应釜中进行加热炭化，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。将菠菜与生物质混合转化，利用菠菜中富含的草酸催化生物质炭化反应，使得菠菜成为生物质水热炭化有效、无需回收、低投入的催化剂；采用两段反应温度控制的水热炭化处理过程，使菠菜中的草酸溶解于水中，并部分以气相形态扩散进入生物质中，提高菠菜中草酸的催化效果。

Description

一种生物质有效转化的方法
技术领域
本发明属于生物质资源化转化领域，特别涉及一种生物质有效转化的方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，化石能源的过度开采与消耗带来了严重的环境污染，同时其储量的日趋减少给人类的发展也带来了极大的挑战，开发利用更清洁的可再生能源受到了越来越多的关注。生物质是自然界唯一可再生的碳源，具有广泛分布性和环境友好性。据估计，地球上每年生长的生物质能总量达950亿吨碳，相当于目前世界总能耗的10倍。我们国家是农业大国，生物质资源丰富，每年农作物秸秆产量约7.2亿多吨，林业剩余物资源也高达3亿多吨。因此，我国在《可再生能源中长期规划》中已将生物质能列为发展重点。生物质资源合理有效的开发利用对能源短缺和环境污染乃至经济的可持续发展都有着重要的意义。生物质水热炭化是当前生物质有效利用的途径之一，可以实现固碳和利用生物质能的目的。
菠菜作为容易种植的植物，草酸含量尤为丰富，是典型的富酸生物质。据测算，菠菜中草酸含量约有720mg/g，含量非常可观，可作为生物质水热反应有效的催化剂。催化炭化由于可显著提高炭化反应速率、缩短炭化反应时间、提高产品品质，是生物质水热炭化转化技术的重要发展方向。但催化剂的添加成本、分离回收以及副产物处理造成的二次污染和对设备的高要求等因素一直制约着生物质水热催化炭化技术的工业应用与发展。基于菠菜中草酸含量丰富的特点，将菠菜与生物质混合转化，不仅可以使生物质资源能够有效转化为燃料，同时减少污染物的排放，使得菠菜成为生物质炭化转化高效、无需回收的催化剂，是解决生物质资源化低成本转化的有效途径。利用菠菜催化生物质炭化反应的方法，目前尚未见公开文献报道。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种生物质有效转化的方法，该方法基于菠菜中富含草酸的特点，将菠菜与生物质混合后进行水热炭化，利用菠菜催化生物质水热炭化反应。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种生物质有效转化的方法，步骤如下：
（1）将菠菜与生物质进行自然风干、破碎处理；
（2）将步骤（1）处理后的菠菜与生物质按质量比1:1~1:10混合，送入反应釜；
（3）将水加入装有菠菜与生物质混合物料的反应釜中进行加热炭化，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。
所述生物质为玉米秸秆、小麦秸秆、木屑、树枝、花生壳或甘蔗渣中的至少一种。
所述步骤（1）中破碎处理使生物质的粒径小于10cm，破碎处理使菠菜的粒径小于10cm。
所述步骤（2）中的反应釜是高温高压密闭装置。
所述步骤（3）中加入水的质量与菠菜、生物质混合物料（干基）的质量比为1:1~10:1。
所述步骤（3）中的加热炭化温度分为两段，第一段炭化温度为150~180℃，反应时间为5~30分钟，第二段炭化温度为235~265℃，反应时间为2~4小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）将菠菜与生物质混合转化，利用菠菜中富含的草酸催化生物质炭化反应，使得菠菜成为生物质水热炭化有效、无需回收、低投入的催化剂；
（2）采用两段反应温度控制的水热炭化处理过程，使菠菜中的草酸溶解于水中，并部分以气相形态扩散进入生物质中，提高菠菜中草酸的催化效果；
（3）菠菜与生物质混合水热炭化产生的含有可溶性液相产物的过程水溶液还可以提取化学品的原料进行后续利用，提高生物质资源化利用率。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所提供的一种生物质有效转化的方法进行详细说明。
实施例1
本实施例的生物质有效转化的方法，步骤如下：（1）首先将收集的菠菜与玉米秸秆自然风干，分别破碎后使粒径小于10cm；（2）将预处理后的菠菜与玉米秸秆按照1:1混合送入高温高压密封反应釜；（3）向装有菠菜与玉米秸秆混合物的反应釜中加入一定质量的水，水与混合物料的质量比为1:1，第一段炭化反应温度为150℃，反应时间为30分钟，第二段反应温度为235℃，反应时间为4小时，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。
经检测分析可知，本实施例固体产物高位发热量为26.31MJ/kg。
实施例2
本实施例的生物质有效转化的方法，步骤如下：（1）首先将收集的菠菜与甘蔗渣自然风干，分别破碎为小于10cm；（2）将预处理后的菠菜与甘蔗渣按照1:10混合送入高温高压密封反应釜；（3）向装有菠菜与甘蔗渣混合物的反应釜中加入一定质量的水，水与混合物料的质量比为10:1，第一段炭化反应温度为180℃，反应时间为5分钟，第二段反应温度为265℃，反应时间为2小时，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。
经检测分析可知，本实施例固体产物高位发热量为28.28MJ/kg。
实施例3
本实施例的生物质有效转化的方法，步骤如下：（1）首先将收集的菠菜与小麦秸秆自然风干，分别破碎为粒径小于10cm；（2）将预处理后的菠菜与小麦秸秆按照1:5混合送入高温高压密封反应釜；（3）向装有菠菜与小麦秸秆混合物的反应釜中加入一定质量的水，水与混合物料的质量比为5:1，第一段炭化反应温度为160℃，反应时间为25分钟，第二段反应温度为240℃，反应时间为3.5小时，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。
经检测分析可知，本实施例固体产物高位发热量为27.62MJ/kg。
实施例4
本实施例的生物质有效转化的方法，步骤如下：（1）首先将收集的菠菜与木屑自然风干，分别破碎为粒径小于10cm；（2）将破碎后的菠菜与木屑按照1:8混合送入高温高压密封反应釜；（3）向装有菠菜与木屑混合物的反应釜中加入一定质量的水，水与混合物料的质量比为7:1，第一段炭化反应温度为170℃，反应时间为15分钟，第二段反应温度为250℃，反应时间为3小时，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。
经检测分析可知，本实施例固体产物高位发热量为27.54MJ/kg。
实施例5
本实施例的生物质有效转化的方法，步骤如下：（1）首先将收集的菠菜、树枝和花生壳自然风干，分别破碎为小于10cm；（2）将破碎后的菠菜10 g、树枝40 g、花生壳50 g混合后送入高温高压密封反应釜；（3）向装有菠菜、树枝和花生壳混合物料的反应釜中加入1000 g的水，进行加热炭化，第一段炭化反应温度为165℃，反应时间为10分钟，第二段反应温度为240℃，反应时间为3.5小时，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。
经检测分析可知，本实施例固体产物高位发热量为28.14MJ/kg。
实施例6
本实施例的生物质有效转化的方法，步骤如下：（1）首先将收集的菠菜与玉米秸秆、小麦秸秆自然风干，分别破碎为粒径小于10cm；（2）将破碎后的菠菜10g、玉米秸秆20g和小麦秸秆10g混合后送入高温高压密封反应釜；（3）向装有菠菜与玉米秸秆混合物的反应釜中加入160g的水，进行加热炭化，第一段炭化反应温度为155℃，反应时间为20分钟，第二段反应温度为255℃，反应时间为2.5小时，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物可作为燃料或热解原料。
经检测分析可知，本实施例固体产物高位发热量为27.91MJ/kg。

Claims (6)

1.一种生物质有效转化的方法，其特征在于步骤如下：
（1）将菠菜、生物质进行自然风干、破碎处理；
（2）将步骤（1）处理后的菠菜与生物质按质量比1:1~1:10混合，送入反应釜；
（3）将水加入装有菠菜与生物质混合物料的反应釜中进行加热炭化，反应结束后，冷却、收集、过滤分离得到固体产物。
2.根据权利要求1所述的生物质有效转化的方法，其特征在于：所述生物质为玉米秸秆、小麦秸秆、木屑、树枝、花生壳或甘蔗渣中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生物质有效转化的方法，其特征在于：所述步骤（1）中破碎处理使生物质的粒径小于10cm，破碎处理使菠菜的粒径小于10cm。
4.根据权利要求1所述的生物质有效转化的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的反应釜是高温高压密闭装置。
5.根据权利要求1所述的生物质有效转化的方法，其特征在于：所述步骤（3）中加入水的质量与菠菜、生物质混合物料的质量比为1:1~10:1。
6.根据权利要求1所述的生物质有效转化的方法，其特征在于：所述步骤（3）中的加热炭化温度分为两段，第一段炭化温度为150~180℃，反应时间为5~30分钟，第二段炭化温度为235~265℃，反应时间为2~4小时。
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