CN114958400A - 一种生物质综合利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质综合利用方法，属于生态农业和综合能源领域，尤其适用于偏远农场的供能及生物质综合利用。本发明具有以下特点：1、农场结合风、光发电和槽式集热器实现生物质综合资源化利用和余热梯级利用，为农场提供电力、采暖负荷和生活用水负荷实现清洁供能。2、水热碳化技术集合槽式集热器用于农场生产水热炭和水热碳化液，实现农场生物质资源综合利用，改善土壤生态，捕捉环境中二氧化碳，增加土壤肥力，减少化肥施用。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质综合利用方法，属于生态农业和综合能源领域，尤其适用于偏远农场的供能及生物质综合利用。
背景技术
据统计，农业每年排放约80亿吨温室气体到大气中，农业及相关领域的碳排放占比达到18.4%，为仅次于能源行业的第二大领域。由于化肥施用，作物秸秆降解及田间焚烧形成的温室气体排放更是占据农业总排放相当大的比重，因此，发展低碳农业、减少化肥施用、改良中低产地是新形势下转变农业发展方式、实现农业可持续发展的必然选择。
生物质水热碳化是将生物质与水按一定比例混合后放入密闭反应釜中，在一定的反应温度(180～250℃)、压力(1.4～27.6MPa)和反应时间(60min以上)条件下使生物质与水发生溶解和碳化的过程，其实质是生物质脱水脱羧的过程，该反应过程具有操作简单，反应条件温和等特点，水热炭可以作为土壤改良剂，改善土壤特性，水热碳化液是很好的液体肥料，可以增加土壤肥力，减少农场化肥施用。太阳能槽式集热器可以充分利用太阳能资源，相对于平板式集热器，聚光比更高，最高聚热温度可达300～400℃，该温度区间可以很好匹配生物质水热碳化过程，是可再生能源与农场生物质综合利用相结合的有效利用方式。
现有农场生物质利用形式单一，作物秸秆自然降解及田间焚烧还普遍存在，造成了生物质资源浪费，农业生产过程温室气体排放形势严峻，同时，土壤的不合理耕作、施肥、施药，也导致了土壤肥力下降和土地污染等问题。虽然我国发展了生物质发电技术，但生物质电厂普遍盈利能力较差，未改善生物质利用产生碳排放的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种生物质综合利用方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种生物质综合利用方法，其特征是，系统包括可再生模块、生物质及余热梯级利用模块和负荷模块，其中，可再生模块包括槽式集热器，生物质及余热梯级利用模块包括水热碳化装置和油-水换热器，风、光发电产生电力，槽式集热器产生300～400℃热源，通过槽式集热器加热导热油给水热碳化装置提供热源，作物秸秆在水热碳化装置中产生水热炭和水热碳化液，其中，水热炭可以固定作物秸秆中的碳成分，同时捕捉和储存大气二氧化碳，作为土壤的改良剂，改善土壤有机质含量；水热碳化液作为液体肥料可以增加土壤的肥力，减少化肥施用。有研究指出，水热炭和水热碳化液的联合施用对土壤肥力的改善效果强于单独施用。槽式集热器产生的高温热源经过水热碳化装置后仍具有较高温度，经过油-水换热器可实现热能的梯级利用，为农场采暖负荷和生活热水负荷提供热能；风、光发电为系统辅助设备及农场电负荷提供安全稳定的电能。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：以可再生能源产生电力及300～400℃热源，为水热碳化装置及配套系统提供能源，使用农场作物秸秆生产水热碳化液和水热炭，通过两种产物的联合施用达到改善土壤生态环境、提高有机质含量、降低温室气体排放、减少化肥施用等作用，通过对槽式集热器产生热源的梯级利用，满足了农场采暖负荷和生活热水负荷需求。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图2，本实施例中，一种生物质综合利用方法，系统包括可再生模块、生物质及余热梯级利用模块和负荷模块，其中，可再生模块包括槽式集热器，生物质及余热梯级利用模块包括水热碳化装置和油-水换热器，风、光发电产生电力，槽式集热器产生300～400℃热源，通过槽式集热器加热导热油给水热碳化装置提供热源，作物秸秆在水热碳化装置中产生水热炭和水热碳化液，其中，水热炭可以固定作物秸秆中的碳成分，同时捕捉和储存大气二氧化碳，作为土壤的改良剂，改善土壤有机质含量；水热碳化液作为液体肥料可以增加土壤的肥力，减少化肥施用。有研究指出，水热炭和水热碳化液的联合施用对土壤肥力的改善效果强于单独施用。槽式集热器产生的高温热源经过水热碳化装置后仍具有较高温度，经过油-水换热器可实现热能的梯级利用，为农场采暖负荷和生活热水负荷提供热能；风、光发电为系统辅助设备及农场电负荷提供安全稳定的电能。
具体方法步骤如下：
步骤S1：可再生模块中的风、光发电产生电力，槽式集热器产生300～400℃的热源，为水热碳化装置及配套系统提供能源；
步骤S2：作物秸秆在水热碳化装置中发生反应；
步骤S3分为S31和S32：
步骤S31：导热油为水热碳化装置提供热源后，进入油-水换热器，实现热源余热的梯级利用；
步骤S32：作物秸秆经水热碳化过程后产生水热碳化液和水热炭；
步骤S4分为S41、S42和S43：
步骤S41：导热油经油-水换热器后重新回到槽式集热器加热至300～400℃，并开始下一个循环；
步骤S42：水在油-水换热器被加热后为农场提供农场采暖负荷和生活热水负荷；
步骤S43：通过水热碳化液和水热炭联合施用并改善土壤肥力，减少农场温室气体排放；
步骤S5：开始新一轮土地耕种，产生作物秸秆后开始下一个循环。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种生物质综合利用方法，其特征是，系统包括可再生模块、生物质及余热梯级利用模块和负荷模块，其中，可再生模块包括槽式集热器，生物质及余热梯级利用模块包括水热碳化装置和油-水换热器，风、光发电产生电力，槽式集热器产生热源，通过槽式集热器加热导热油给水热碳化装置提供热源，作物秸秆在水热碳化装置中产生水热炭和水热碳化液，其中，水热炭固定作物秸秆中的碳成分，同时捕捉和储存大气二氧化碳，作为土壤的改良剂，改善土壤有机质含量；水热碳化液作为液体肥料增加土壤的肥力，减少化肥施用；槽式集热器产生的高温热源经过水热碳化装置后仍具有较高温度，经过油-水换热器实现热能的梯级利用，为农场采暖负荷和生活热水负荷提供热能；风、光发电为系统辅助设备及农场电负荷提供安全稳定的电能。
2.根据权利要求1所述的生物质综合利用方法，其特征是，步骤如下：
步骤S1：可再生模块中的风、光发电产生电力，槽式集热器产生300～400℃的热源，为水热碳化装置及配套系统提供能源；
步骤S2：作物秸秆在水热碳化装置中发生反应；
步骤S3分为S31和S32：
步骤S31：导热油为水热碳化装置提供热源后，进入油-水换热器，实现热源余热的梯级利用；
步骤S32：作物秸秆经水热碳化过程后产生水热碳化液和水热炭；
步骤S4分为S41、S42和S43：
步骤S41：导热油经油-水换热器后重新回到槽式集热器加热至300～400℃，并开始下一个循环；
步骤S42：水在油-水换热器被加热后为农场提供农场采暖负荷和生活热水负荷；
步骤S43：通过水热碳化液和水热炭联合施用并改善土壤肥力，减少农场温室气体排放；
步骤S5：开始新一轮土地耕种，产生作物秸秆后开始下一个循环。
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