CN110499173A - 一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废弃生物质无害化处理技术领域，尤其涉及一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法。所述方法包括以下步骤：将废弃生物质依次进行热解处理和固气分离，得到生物炭和混合气体；将所述混合气体依次经过一级冷凝得到焦油，和二级冷凝得到木醋液；将所述木醋液和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。本发明提供的所述方法首先通过热解处理将废弃生物质中的致病菌杀死的同时，实现生物质的热解，实现了无害化的处理；通过生物炭强化对木醋液进行厌氧发酵处理，使整个过程没有废弃物的排放，基本实现碳资源的充分利用，缓解能源危机，减少大气污染，保护环境。

Description

一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法
技术领域
本发明涉及废弃生物质无害化处理技术领域，尤其涉及一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法。
背景技术
生物质热解是指在隔绝空气或供给少量空气的条件下，通过热化学转换，将生物质转变成为生物炭、液体和气体等低分子物质的过程。其中，木醋液是生物质热解工艺产生的主要副产物，其水分含量高达80％以上，主要成分为有机酸，还含有醇、酚、酮等多种有机物。尽管木醋液在各个领域中都有一定的应用，但现阶段木醋液还处于初级研究阶段，在农业上对木醋液的消纳量有限，实际大规模的用于生产中的情况还是很少。对于生物质热解产生的过剩木醋液的处理已然成为了热解炭化工艺的限制发展因素之一。因此，探索木醋液的高效处理技术特别是在资源化或能源化利用方面的技术尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法，本发明将废弃生物质热解产生的木醋液经过生物炭强化厌氧发酵技术转化成甲烷，实现了生物质无害化处理的同时，还能实现碳资源的充分利用，缓解能源危机，减少大气污染，保护环境。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法，包括以下步骤：
将废弃生物质依次进行热解处理和固气分离，得到生物炭和混合气体；
将所述混合气体依次经过一级冷凝得到焦油，和二级冷凝得到木醋液；
将所述木醋液和所述生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。
优选的，所述废弃生物质的来源包括木质纤维素生物质和/或粪便；
所述木质纤维素生物质为椰壳、花生壳、秸秆和木屑中的一种或几种。
优选的，所述热解处理的温度为400～700℃，所述热解处理的时间为0.5～3h。
优选的，升温至所述热解处理的温度的升温速率为10～1000℃/s。
优选的，所述一级冷凝的冷凝温度为100～110℃。
优选的，所述二级冷凝的冷凝温度为0～10℃。
优选的，所述木醋液和所述生物炭的质量比为1.5～2.5：1。
优选的，所述厌氧发酵的反应器是批式反应器或CSTR反应器，水力停留时间为2d～4d。
本发明提供了一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法，包括以下步骤：将废弃生物质依次进行热解处理和固气分离，得到生物炭和混合气体；将所述混合气体依次经过一级冷凝得到焦油，和二级冷凝得到木醋液；将所述木醋液和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。本发明提供的方法首先通过热解处理将废弃生物质中的致病菌杀死的同时，实现生物质的热解，实现了无害化的处理；通过生物炭强化对木醋液进行厌氧发酵处理，使整个过程没有废弃物的排放，基本实现碳资源的充分利用，缓解能源危机，减少大气污染，保护环境。
附图说明
图1为本发明所述废弃生物质联产生物炭和甲烷的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法，包括以下步骤：
将废弃生物质依次进行热解处理和固气分离，得到生物炭和混合气体；
将所述混合气体依次经过一级冷凝得到焦油，和二级冷凝得到木醋液；
将所述木醋液和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷(如图1所示)。
本发明将废弃生物质依次进行热解处理和固气分离，得到生物炭和混合气体；在本发明中，所述废弃生物质的来源优选包括秸秆、木屑和粪便中的一种或几种；在进行热解处理前，本发明优选对所述废弃生物质进行干燥；本发明对所述干燥没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行并保证使水分含量控制在10％以下即可。
在本发明中，所述热解处理的温度优选为400～700℃，更优选为450～650℃，最优选为500～600℃；所述热解处理的时间优选为0.5～3h，更优选为1.0～2.5h，最优选为1.5～2.0h。升温至所述热解处理的温度的升温速率优选为10～1000℃/s，更优选为10～100℃/s。
在本发明中，所述热解处理优选在常规热解装置中进行。
本发明对所述固气分离没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的实施例中，具体为利用热解产物的重力惯性进行自然的固气分离，并分别对生物炭和混合气体进行收集。
得到生物炭和混合气体后，本发明将所述混合气体依次经过一级冷凝得到焦油，和二级冷凝得到木醋液；在本发明中，所述一级冷凝优选采用水冷的方式进行，所述一级冷凝的温度优选为100～110℃；所述二级冷凝优选采用工业酒精作为冷却剂，所述二级冷凝的温度优选为0～10℃。在本发明中，所述一级冷凝后得到焦油，所述焦油优选作为上述热解处理的燃料，为所述热解处理提供能量。所述二级冷凝的对象为一级冷凝后未冷却的部分；所述二级冷凝后得到木醋液，所述木醋液作为下述厌氧发酵的底物。
得到木醋液后，本发明将所述木醋液和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。在本发明中，所述木醋液和所述生物炭的质量比优选为1.5～2.5：1，更优选为2.0:1；所述厌氧发酵的反应器是批式反应器或CSTR反应器；所述厌氧发酵的过程水力停留时间优选为2～4天，更优选为3天；在本发明中，所述厌氧发酵的接种物优选为将厌氧消化污泥经葡萄糖驯化培养，放置，耗尽所述厌氧消化污泥中的有机物后的产物；本发明对所述厌氧消化污泥的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可；在本发明的实施例中，所述厌氧消化污泥的来源具体选择为污水处理厂。在本发明中，所述葡萄糖的用量优选为2g/L(所述“g/L”理解为1升厌氧消化污泥需要2g葡萄糖)；在本发明中，所述驯化培养的时间优选为7天；本发明对所述驯化培养的其它条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述放置的时间优选为10～15天。在本发明中，所述厌氧发酵的水力停留时间优选为3～5天，更优选为4天，温度优选为30～55℃，更优选为35～45℃。在本发明中，所述厌氧发酵的出水循环次数优选为3～10次，更优选为5～6次。本发明对所述厌氧发酵的其它条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的厌氧发酵制备甲烷的发酵条件进行设置即可。
在本发明中，所述厌氧发酵的过程中木醋液作为厌氧发酵的底物，生物炭作为木醋液厌氧发酵产甲烷的强化介质，由于生物炭具有较多的微孔结构，在厌氧发酵体系中可缓解酸抑制和氨抑制，加速发酵过程中的电子传递，对厌氧发酵的甲烷化过程起到促进作用，较大程度的提高了产气量。
下面结合实施例对本发明提供的废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将50g秸秆置于热解装置中，以10℃/s的升温速率升至400℃热解3h，固气分离，得到生物炭和混合气体；
将所述混合气体进行一级冷凝(冷却剂：水，温度为100℃)分离得到焦油，将未冷却的部分进行二级冷凝(冷却剂：工业酒精，温度为10℃)得到木醋液；
将500g木醋液和333g花生壳炭混合，进行厌氧发酵(水力停留时间为2d、批式反应器中进行，温度为30℃、出水循环次数为5次)，得到甲烷。花生壳炭强化底物为木醋液的厌氧发酵时，产气高峰提前为8d，30天累积产气量高达2884mL(不添加炭的对照组为2408mL)。
实施例2
将50g木屑置于热解装置中，以1000℃/s的升温速率升至700℃热解0.5h，固气分离，得到生物炭和混合气体；
将所述混合气体进行一级冷凝(冷却剂：水，温度为105℃)分离得到焦油，将未冷却的部分进行二级冷凝(冷却剂：工业酒精，温度为5℃)得到木醋液；
将500g木醋液和250g椰壳炭混合，进行厌氧发酵(水力停留时间为3d、批式反应器中进行，温度为30℃、出水循环次数为5次)，得到甲烷。椰壳炭强化底物为木醋液的厌氧发酵时，产气高峰提前为9d，30天累积产气量高达2976mL(不添加炭的对照组为2408mL)。
实施例3
将50g牛粪置于热解装置中，以100℃/s的升温速率升至500℃热解2h，固气分离，得到生物炭和混合气体；
将所述混合气体进行一级冷凝(冷却剂：水，温度为110℃)分离得到焦油，将未冷却的部分进行二级冷凝(冷却剂：工业酒精，温度为10℃)得到木醋液；
将500g木醋液和200g秸秆炭混合，进行厌氧发酵(水力停留时间为4d、批式反应器中进行，温度为30℃、出水循环次数为5次)，得到甲烷。秸秆炭强化底物为木醋液的厌氧发酵时，产气高峰提前为6d，30天累积产气量高达2839mL(不添加炭的对照组为2408mL)。
由以上实施例可知，本发明提供方法首先通过热解处理将废弃生物质中的致病菌杀死的同时，实现生物质的热解，实现了无害化的处理；通过生物炭强化对木醋液进行厌氧发酵处理，使整个过程没有废弃物的排放，基本实现碳资源的充分利用，缓解能源危机，减少大气污染，保护环境。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废弃生物质联产生物炭和甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将废弃生物质依次进行热解处理和固气分离，得到生物炭和混合气体；
将所述混合气体依次经过一级冷凝得到焦油，二级冷凝得到木醋液；
将所述木醋液和所述生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃生物质的来源包括木质纤维素生物质和/或粪便；
所述木质纤维素生物质为椰壳、花生壳、秸秆和木屑中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解处理的温度为400～700℃，所述热解处理的时间为0.5～3h。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，升温至所述热解处理的温度的升温速率为10～1000℃/s。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一级冷凝的冷凝温度为100～110℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二级冷凝的冷凝温度为0～10℃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木醋液和所述生物炭的质量比为1.5～2.5：1。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵的反应器是批式反应器或CSTR反应器，水力停留时间为2～4天。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111808624A (zh) * 2020-07-08 2020-10-23 南京工程学院 一种具备跨季节储能功能的生物质热解-水热甲烷化多联产工艺及其装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101724658A (zh) * 2009-11-09 2010-06-09 肖进彬 一种生物质综合加工方法
CN205710585U (zh) * 2016-05-05 2016-11-23 河北天善生物技术有限公司 一种生物质炭、燃气、木焦油和木醋液的联产系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101724658A (zh) * 2009-11-09 2010-06-09 肖进彬 一种生物质综合加工方法
CN205710585U (zh) * 2016-05-05 2016-11-23 河北天善生物技术有限公司 一种生物质炭、燃气、木焦油和木醋液的联产系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯晶: "生物炭强化有机废弃物厌氧发酵技术研究", 《农业工程学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111808624A (zh) * 2020-07-08 2020-10-23 南京工程学院 一种具备跨季节储能功能的生物质热解-水热甲烷化多联产工艺及其装置
CN111808624B (zh) * 2020-07-08 2022-02-01 南京工程学院 一种具备跨季节储能功能的生物质热解-水热甲烷化多联产工艺及其装置

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