CN106693837B - 一种水生植物水热液化水相再资源化的方法 - Google Patents

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    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor

Abstract

本发明属于高有机质含量废水再资源化技术领域，涉及一种水生植物水热液化水相再资源化的方法，其特征在于：称取30 g的水植物水热液化水相置于127 mL高温高压反应釜，然后将反应釜在600°C加热2 h，使水相中的有机质发生气化，最终得到含有H2、CO、CH4、CO2、C2H6、C3H8的气体混合物，相应产率为4.96‑54.33 mmol/g(TOC)、0.02‑12.86mmol/g(TOC)、5.32‑57.05mmol/g(TOC)、4.34‑46.80 mmol/g(TOC)、1.62‑17.70 mmol/g(TOC)、0.07‑0.35mmol/g(TOC)。气化后所得水相的总有机碳含量从4.14‑40.00mg/L降低到0.68‑12.38mg/L。本发明的技术优势：1）将水相中的有机物转化为高附加值气体；2）将水相中的总有机碳降低，减少环境污染。

Description

一种水生植物水热液化水相再资源化的方法
技术领域
本发明属于高有机质含量废水再资源化技术领域，涉及一种水生植物水热液化水相再资源化的方法。
背景技术
水热液化是水生植物理想的能源化利用方法。通过水生植物的水热液化可以转化为能量密度更高的生物油，但与此同时，亦有部分亲水性有机物与介质水形成水相。水生植物水热液化所得水相的组分随水生植物的种类和液化反应条件的不同存在一定差异。藻类水热液化水相中包含藻类原料所含有机碳的50%、氢的30%和初始原料能量的40%，这些水溶物如直接排放不但会造成严重的环境污染，而且也会造成大量能源浪费。因此，有必要着眼于水生植物水热液化水相本身的高效资源化利用，从而提高水生植物水热液化高值化利用过程的总体经济性。
目前非水生植物水热液化所得水相利用方法主要包括水相重整制氢和水相发酵制乙醇。目前，水生物植物水热液化水相的利用没有报导，只有循环回用作为藻类养殖培养液的报导。这几种方法存在如下不足，水相重整制氢只能利用水相中的氢资源，大量的有机碳不能得到有效利用；水相发酵制乙醇则效率较低，而且发酵所得乙醇与水相需要精馏才可以分离，二次能耗大；直接将水相视为低端产物返回作为藻类养殖的营养液，又造成资源浪费。此外，由于水相中有机物种类繁多，组成复杂，难以找到经济有效的方法将这些有机物从水相分离。鉴于此，本发明提出一种水生植物水热液化水相再资源的方法，该方法可以将水相的有机物转化为高附加值气体产物，可将水相中的碳和氢一同转化，实现水相的高值化利用，同时处理过的水相直接排放对环境会造成污染。
发明内容
因此，本发明的目的是一种水生植物水热液化水相再资源化的方法。为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案。
称取一定量的水生植物水热液化水相加入高温高压反应釜，密封反应釜，将反应釜内空气用一定压力的氦气替代，充入的氦气作为气体产物定量的内标；将反应釜用一定功率的加热套加热到反应温度，此时开始计时；待反应一定时间后，将反应釜放入冷水浴中冷却；待其冷却至室温，对反应所得气体混合物进行气相色谱分析。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于：所用水生植物水热液化水相主要来至200 mL水分别与60 g小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻于500mL高温高压反应釜在350 °C、60 min水热液化所得。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于：小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻水热液化所得水相的总有机碳（TOC）数值分别为：24.1、40.0、32.1、18.8、8.6、13.0、8.2、4.1g/L。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于：水相再资源化反应釜体积为127mL，加热套功率为3.0kW，水生植物水热液化水相加入量为30mL，反应温度为600°C，反应时间为2h。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于：小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻水热液化水相气化后所得水溶液总有机碳（TOC）含量分别为：3.8、12.4、2.9、1.2、4.0、1.2、7.1g/L。
在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于：水相气化所得气体混合物主要含有H2、CO、CH4、CO2、C2H6、C3H8，其具体相应产率如下：小球藻-12.97、4.55、17.46、7.14、4.71、0.14 mmol/g(TOC)、螺旋藻-4.94、0.04、5.32、4.34、1.62、0.07 mmol/g(TOC)、微绿藻-54.33、0.99、57.05、27.25、17.70、0.60 mmol/g(TOC)、裂殖壶藻-38.43、0.38、48.44、46.80、9.06、0.35 mmol/g(TOC)、条浒苔-24.33、0.02、31.07、24.51、6.26、0.22 mmol/g(TOC)、海带-20.28、4.28、19.00、16.80、3.92、0.15 mmol/g(TOC)、大叶藻-47.16、0.33、36.41、46.18、7.65、0.35mmol/g(TOC)以及南极冰藻-21.71、12.86、26.50、39.69、2.68、0.14 mmol/g(TOC)。
本发明的创造性技术优势：1)无需催化即可将水相转化为高附加值气体产物；2)资源化后最终所得气化水相可以达到排放标准。
具体实施方式
实施例1(水生植物水热液化水相的制取)
称取60 g水生植物（小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻）和200 mL水置于500mL高温高压反应釜，在350 °C反应60 min；将所得水相分离即可得到不同水热植物水热液化水相；8种水生植物如小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻水热液化所得水相的总有机碳（TOC）数值分别为：24.1、40.0、32.1、18.8、8.6、13.0、8.2、4.1g/L。
实施例2 (水相气化)
称取30mL的水生植物（小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻）水热液化水相加入127mL高温高压反应釜，密封反应釜，将反应釜内空气用0.01MPa的氦气替代，充入的氦气作为气体产物定量的内标物；将反应釜用3.0kW功率的加热套加热到600°C，此时开始计时；待反应2h后，将反应釜放入冷水浴中冷却；待其冷却至室，对反应所得气体混合物进行气相色谱分析。水相气化所得气体混合物主要含有H2、CO、CH4、CO2、C2H6、C3H8，其具体相应产率如下：小球藻-12.97、4.55、17.46、7.14、4.71、0.14mmol/g(TOC)、螺旋藻-4.94、0.04、5.32、4.34、1.62、0.07 mmol/g(TOC)、微绿藻-54.33、0.99、57.05、27.25、17.70、0.60 mmol/g(TOC)、裂殖壶藻-38.43、0.38、48.44、46.80、9.06、0.35mmol/g(TOC)、条浒苔-24.33、0.02、31.07、24.51、6.26、0.22 mmol/g(TOC)、海带-20.28、4.28、19.00、16.80、3.92、0.15 mmol/g(TOC)、大叶藻-47.16、0.33、36.41、46.18、7.65、0.35 mmol/g(TOC)以及南极冰藻-21.71、12.86、26.50、39.69、2.68、0.14 mmol/g(TOC)。小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻水热液化水相气化后所得水相总有机碳（TOC）含量分别为：3.8、12.4、2.9、1.2、4.0、1.2、7.1g/L。

Claims (4)

1.一种水生植物水热液化水相再资源化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
200 mL水分别与60 g小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻加如500mL高温高压反应釜，在350℃ 和1小时条件下反应得到水热液化水相，其相应的TOC数值分别为：24.1、40.0、32.1、18.8、8.6、13.0、8.2、4.1g/L；
称取一定量的水热液化水相加入高温高压反应釜，密封反应釜，将反应釜内空气用一定压力的氦气替代，充入的氦气作为气体产物定量的内标；将反应釜用一定功率的加热套加热到反应温度，此时开始计时；待反应一定时间后，将反应釜放入冷水浴中冷却；待其冷却至室温，对反应所得气体混合物进行气相色谱分析。
2.根据权利要求1所述的一种水生植物水热液化水相再资源化的方法，其特征在于，小球藻、螺旋藻、微绿藻、裂殖壶藻、条浒苔、海带、大叶藻以及南极冰藻水热液化反应后又经水相气化所得气化水相的TOC含量分别为：3.8、12.4、2.9、1.2、4.0、1.2、7.1g/L。
3.根据权利要求1所述的一种水生植物水热液化水相再资源化的方法，其特征在于，水热液化水相气化反应釜体积为127mL，加热套功率为3.0kW，水热液化水相加入量为30mL，反应温度为600℃ ，时间为2小时。
4.根据权利要求1所述的一种水生植物水热液化水相再资源化的方法，其特征在于，水热液化水相气化所得气体混合物主要含有H2、CO、CH4、CO2、C2H6、C3H8，其具体相应产率如下：小球藻-12.97、4.55、17.46、7.14、4.71、0.14 mmol/g(TOC)、螺旋藻-4.94、0.04、5.32、4.34、1.62、0.07 mmol/g(TOC)、微绿藻-54.33、0.99、57.05、27.25、17.70、0.60 mmol/g(TOC)、裂殖壶藻-38.43、0.38、48.44、46.80、9.06、0.35 mmol/g(TOC)、条浒苔-24.33、0.02、31.07、24.51、6.26、0.22 mmol/g(TOC)、海带-20.28、4.28、19.00、16.80、3.92、0.15 mmol/g(TOC)、大叶藻-47.16、0.33、36.41、46.18、7.65、0.35 mmol/g(TOC)以及南极冰藻-21.71、12.86、26.50、39.69、2.68、0.14 mmol/g(TOC)。
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