CN109628499B - 一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法，该方法包括以下步骤：在反应器中，次序加入水和氯化胆碱，混合制得反应液，之后加入园林废弃物原料或/与其他木质纤维素生物质混合料作为底物，在160‑220℃下反应1‑2h得到固液混合物；固液混合物直接接入厌氧发酵菌种进行生物燃气发酵得到生物燃气。本发明在保留纤维素和半纤维素等可发酵糖的情况下，最大程度脱除木质素，且不需要脱毒等后续处理，显著提高其生物燃气的发酵效率，进而实现园林废弃物的高效能源转化，解决了现有技术生物质生化转化效率不高、后续处理要脱毒的问题。相比其他预处理手段，本方法可持续性更好、应用潜力更大。

Description

一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法
技术领域：
本发明涉及生物质转化技术领域，具体涉及一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法。
背景技术：
园林废弃物指由于人工修剪、自然作用如四季变化、台风等产生的树枝、树叶等绿化垃圾。随着我国城镇化和城市绿化建设的不断推进，园林绿化废弃物逐渐增加，据统计仅广东省每年产生数量达1.2千万吨。常用处理及再利用方法包括制成土壤改良基质(CN102585836A、CN106365824A)、堆肥(CN102295478A、CN105820011A)、纤维板(CN107323059A)、生物炭(CN107555414A)等。园林废弃物具有典型的木质纤维素生物质结构，主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，故可以用作生物能源(生物燃气、生物乙醇等)的原料。
植物长期进化使其免于外界侵扰，生物能源转化过程需要首先破坏其紧密的半纤维—纤维素—木质素结构，以易于酶及微生物的消化利用。常用的预处理方法包括化学法、物理法和生物法。化学法需要使用酸碱及有机溶剂，化学试剂的回收及水解产物的脱毒是难点所在；物理法需要使用各种物理设备如球磨机、冷冻及放射设备，能耗高、不利于工业放大；生物法需要使用白腐菌等木质素降解菌，目前效率不高；而蒸汽爆破、高温液态水等物理化学结合方法由于使用化学少或不使用化学试剂，而逐渐受到人们的青睐。上述两种方法主要作用于原料半纤维素，而对木质素组分破坏较少，在提高生物质生化转化效率方面，仍不够理想。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法，在保留纤维素和半纤维素等可发酵糖的情况下，最大程度脱除木质素，且不需要脱毒等后续处理，显著提高其生物燃气的发酵效率，进而实现园林废弃物的高效能源转化，解决了现有技术生物质生化转化效率不高、后续处理要脱毒的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法，该方法包括以下步骤：
1)在反应器中，次序加入水和氯化胆碱，混合制得反应液，之后加入园林废弃物原料或/与其他木质纤维素生物质混合料作为底物，在160-220℃下反应1-2h得到固液混合物；
2)步骤1)得到的固液混合物直接接入厌氧发酵菌种进行生物燃气发酵得到生物燃气。
步骤1)次序加入水和氯化胆碱指先以水为反应介质A反应，之后加入氯化胆碱得到介质B，再进行反应；或先在水与氯化胆碱混合的介质C中反应，之后再在反应介质A中反应；介质A主要作用于半纤维素，介质B和C主要作用于木质素。
步骤1)水和氯化胆碱的质量比为4：1-1：1，底物质量浓度为5％-20％。
本发明的的特点和技术优势在于：
1)以园林废弃物为主要原料进行生物燃气炼制，产生新能源，同时实现废物有效再利用；
2)本发明高温水热体系，对木质素脱除选择性高，利于原料后续生化转化；
3)本发明高温水热体系，水和氯化胆碱的生物兼容性均较好，无需后续脱毒处理。
总之，本发明在保留纤维素和半纤维素等可发酵糖的情况下，最大程度脱除木质素，且不需要脱毒等后续处理，显著提高其生物燃气的发酵效率，进而实现园林废弃物的高效能源转化，解决了现有技术生物质生化转化效率不高、后续处理要脱毒的问题。相比其他预处理手段，本方法可持续性更好、应用潜力更大。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
1)以水为反应介质，在高压反应釜中加入红花羊蹄甲树枝叶作为底物，使其底物质量浓度为5％，在180℃下反应30min，之后按照与水质量比2:1加入氯化胆碱，制得新反应液，继续在180℃下反应40min得到固液混合物，其中底物原料的木质素脱除率为70％，纤维素保留率为95％，半纤维素衍生糖收率为85％。
2)步骤1)得到的固液混合物中，按照文献(Bioresour.Technol.2018,55,205-212)报道方法直接接入厌氧发酵菌种，发酵30天，得到生物燃气。相对于未处理的原料，其生物燃气总产量提高约380％；
实施例2：
1)以水为反应介质，在高压反应釜中加入小毛竹与台湾草混合园林废弃物作为底物，使其底物质量浓度为10％，在180℃下反应60min，之后按照与水质量比1:1加入氯化胆碱，制得新反应液，继续在160℃下反应60min得到固液混合物，其中底物原料的木质素脱除率为65％，纤维素保留率为90％，半纤维素衍生糖收率为80％。
2)步骤1)得到的的固液混合物中，按照文献(Bioresour.Technol.2018,55,205-212)报道方法直接接入厌氧发酵菌种，发酵30天，得到生物燃气。相对于未处理原料，其生物燃气总产量提高约400％。
实施例3：
1)将水和氯化胆碱按照质量比4:1混合制得反应液，在高压反应釜中加入散尾葵叶、桉木树枝、红花羊蹄甲树枝等混合园林废弃物作为底物，原料使其底物质量浓度为20％，在220℃下反应30min，倒掉液体，加入等量纯水，继续在200℃下反应30min得到固液混合物，其中底物原料的木质素脱除率为80％，纤维素保留率为80％，半纤维素衍生糖收率为75％。
2)步骤1)得到的固液混合物中，按照文献(Bioresour.Technol.2018,55,205-212)报道方法直接接入厌氧发酵菌种，发酵30天，得到生物燃气。相对于未处理原料，其生物燃气总产量提高约450％。
以上实施例证明，利用以上所述高温水热方法，可以有效脱除园林废弃物中的木质素组分，并保留纤维素和半纤维素多糖组分；相关产物生物兼容性均较好，无需后续脱毒处理，可以显著提高其生物燃气的发酵效率，进而实现园林废弃物的高效能源转化。

Claims (1)

1.一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）以水为反应介质，在高压反应釜中加入红花羊蹄甲树枝叶作为底物，使其底物质量浓度为5%，在180℃下反应30 min，之后按照与水质量比2:1加入氯化胆碱，制得新反应液，继续在180℃下反应40 min得到固液混合物；
或，以水为反应介质，在高压反应釜中加入小毛竹与台湾草混合园林废弃物作为底物，使其底物质量浓度为10%，在180℃下反应60 min，之后按照与水质量比1:1加入氯化胆碱，制得新反应液，继续在160℃下反应60 min得到固液混合物；
或，将水和氯化胆碱按照质量比4:1混合制得反应液，在高压反应釜中加入散尾葵叶、桉木树枝、红花羊蹄甲树枝等混合园林废弃物作为底物，原料使其底物质量浓度为20%，在220℃下反应30 min，倒掉液体，加入等量纯水，继续在200℃下反应30 min得到固液混合物；
2）步骤1）得到的固液混合物直接接入厌氧发酵菌种进行生物燃气发酵得到生物燃气。
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