CN217677380U - 生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统和耦合系统 - Google Patents

生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统和耦合系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统和耦合系统，属于水热碳化处理技术领域。所述水热碳化系统包括解聚装置和设置于所述解聚装置的下游的碳化装置。本实用新型的技术方案可以优异的效果实现对新一代的小型高效的CSP“Brayton Cycle助力发电”的“燃烧助力”模块的耦合，形成湿生物质HTC清洁助力耦合CSP微电网能源站，这对于湿生物质的处理、能源的利用和优化等无疑是突破性的综合技术革新，具有深远的社会价值。

Description

生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统和耦合系统
本实用新型要求享有2021年6月11日向中国国家知识产权局提交的申请号为202121317450.5，名称为“水热碳化系统”的中国实用新型专利在先申请、2021年3月31日向中国国家知识产权局提交的申请号为202110345364.3，名称为“绿色数据中心绿氨备份电源清洁微电网”的中国发明专利在先申请，以及2020年8月17日向中国国家知识产权局提交的申请号为202010827432.5，名称为“一种生物质全量资源化处理与再生利用系统及方法”的中国发明专利在先申请的优先权权益。上述在先申请的全文以引用的方式并入本文。
本申请是申请日为2021年8月17日，申请号为202121927577.9，发明名称为“水热碳化系统及其与能源装置的耦合系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本实用新型涉及一种生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统和耦合系统，属于水热碳化处理技术领域。
背景技术
生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物，以及植物、微生物和动物代谢和/或生产产生的废弃物。其中的湿生物质包括非食用农产品，如食品加工废物、工业有机废物或城市固体废物的所有有机部分。
一方面，由于湿生物质中含有大量的水，传统意义上对湿生物质进行处理时必须先蒸发除去其中的水分。例如通过三种常规的热化学反应过程(烘焙、热解或气化)，在大气压力以及必须在水沸点以上(>100℃)的环境中运行，使得在生物质能被加热到所需的反应温度之前，先蒸发除去其中的水分。典型例子是水处理厂的污泥残渣，在采用常规方法处理之前，首要对其进行干燥；另外，其他的一些湿生物质原料，如可以用作动物饲料的植物残渣，也必须依靠干燥来进行保存。然而水蒸发干燥的前置处理工序不但给工业带来了巨大的碳排放负荷，也浪费了大量的水资源；另一方面，对于大部分农产品或城市垃圾的残余水分高达75％、 80％或更高的湿生物质原料，蒸发干燥的前置过程还损失了生物质本身所含的能量。
与此同时，对生物质的常规热化学处理方式更适于低水分含量的生物质原料，例如木材类的纯生物质，且常规热化学处理方式也容易导致碳的流失，无法得到碳含量高的固碳产品。因而，对于高水分含量的生物质原料，从能耗角度应优选采用水热碳化(水热碳化)或发酵等非常规热化学处理方式。因为经过了发酵或水热碳化工艺处理后，碳产品更容易和更经济地与水分离，即可以使用较少的能量和/或加上较为经济的额外深度脱水的蒸发逸出水分。在发酵过程中，高的含水量和养分有利于细菌的生长，微生物的代谢会导致温室气体的耦合排放，其所产生的温室气体，如甲烷，对大气的危害甚至比二氧化碳排放更大。对于水热碳化工艺则存在水热碳化过程中会伴随水的产生，现有的水热碳化工艺过程所产生多余的介质水，需要经过处理才能外排，即损失了介质水所含有的热能和浪费了介质水中富含的营养物质，使得现有装置未能利用水热碳化处理工艺的特点，未能实现对生物质的全资源化处理和利用。
另一方面，作为新数字经济发展的基础设施，数据中心行业对气候行动的影响重大。随着5G场景的形成和时间的推移数据中心的算力需求将持续呈指数形式增长。在过去的2020 年，全球每小时已有超过百万台新设备上线。随着科技的发展，越来越多的计算将发生在云中。娱乐、家居、旅游、通信、交通等社会系统运行将依赖于大量的高速数据传输建立新的数字秩序。数字秩序建立的基础可靠性在很大程度上取决于可靠的连续电力的保障，因为数据中心的算力必须在任何情况下都不间断地提供。如果数据中心行业本身忽略了在新能源技术方面的创新，大规模的低效率数据中心则可能因为化石能源的过度使用而同样导致数字经济变为不可持续。目前按人均排放量衡量，就目前化石能源消耗对气候变化影响而言，化石能源碳排放伴随数字经济的同步增长的节奏仍将带来灾害性的气候影响。
而数据中心行业仅依赖于公用电网设施系统的冗余的储备和现场笨重的备份系统(如柴油发电机+柴油储备)，包括不间断电源系统(UPS))等已无法保证系统和服务的可靠性。如何实现数据中心备份系统的微型化、清洁化、可持续化、高可靠性、以及实现数据中心算力下沉成为亟待解决的技术问题。
实用新型内容
为改善上述技术问题，本实用新型提供一种水热碳化系统，其特征在于，所述系统包括解聚装置和设置于所述解聚装置的下游的碳化装置。
根据本实用新型的实施方案，将所述碳化装置设置于所述解聚装置的下游，以使物料在经过解聚装置处理后，再经过碳化装置处理。
本领域技术人员应当理解，本文所述的将所述碳化装置设置于所述解聚装置下游，不仅可以包括将所述解聚装置产出的物料直接经过所述碳化装置处理的方式，也可以包括所述解聚装置产出的物料先经过其他装置处理，然后再经过所述碳化装置处理的方式。上述不同的方式均应被理解为“所述碳化装置设置于所述解聚装置下游”所涵盖的可选方式。因此，根据本实用新型的实施方案，所述解聚装置与所述碳化装置可以直接连接或不直接连接。
根据本实用新型的实施方案，所述解聚装置与其下游的碳化装置之间可以设置有缓冲分离装置和/或其他装置。例如，当所述解聚装置与所述碳化装置不直接连接时，所述解聚装置产出的物料可以先经过缓冲分离装置或其他装置处理，再经过碳化装置处理。
根据本实用新型的实施方案，所述缓冲分离装置可以为气液缓冲分离器，例如本领域技术人员已知的气液缓冲分离器。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化系统还可以包括进料装置，从而为所述解聚装置提供反应底物。例如，所述进料装置为固液混合物料的进料装置。
根据本实用新型的实施方案，所述固液混合物料包含有机碳。例如，所述固液混合物选自生活垃圾、餐厨垃圾、污水处理污泥、水体底泥、垃圾渗透液、木质废渣、农作物秸秆等包含有机碳的物料中的一种或两种以上的混合物。
根据本实用新型的实施方案，所述解聚装置可以设置至少一个进料口，从而使进料装置提供的物料进入解聚装置。
根据本实用新型的实施方案，所述进料装置中的物料可以直接进入解聚装置。或者作为另一种选择，在所述进料装置与解聚装置之间设置有原料混合器、预热混合器和/或混合储液罐，以使所述进料装置中的物料经过原料混合器、预热混合器和/或混合储液罐后，再进入解聚装置。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化系统还可以包括蒸汽发生装置，从而为所述解聚装置提供解聚反应所需的蒸汽。
根据本实用新型的实施方案，所述蒸汽发生装置还可以为碳化装置提供碳化反应所需的蒸汽。
根据本实用新型的实施方案，所述解聚装置可以设置至少一个进气口，从而使蒸汽发生装置中的蒸汽进入解聚装置。
根据本实用新型的实施方案，所述解聚装置还可以设置至少一个添加剂进料口，从而使解聚反应所需的添加剂进入解聚装置。
根据本实用新型的实施方案，所述添加剂可以为使所述进料装置中的物料进行解聚反应所需的额外添加剂，例如pH调节剂、催化剂等中的一种或多种。
或者作为另一种选择，所述添加剂也可以通过固液混合物料的进料口进入所述解聚装置，只要其能够参与解聚反应即可。
根据本实用新型的实施方案，所述解聚装置还可以设置至少一个解聚气相物料出口和至少一个解聚非气相物料出口。
优选地，所述解聚气相物料包含解聚反应产生的尾气，所述解聚非气相物料包含经过解聚装置处理后，需要进一步在缓冲分离装置和/或碳化装置中继续处理的固相物料和液相物料的混合物。
根据本实用新型的实施方案，所述解聚装置的解聚气相物料出口与解聚气相处理装置的进口连接。所述解聚气相处理装置可以包括气第一相冷却装置和/或第一气相净化装置，优选包括第一相冷却装置和第一气相净化装置。
根据本实用新型的实施方案，解聚气相物料经冷却获得的冷凝液可以与进料装置提供的物料混合，例如可以在原料混合器中与进料装置提供的物料混合。
根据本实用新型的实施方案，所述解聚气相处理装置可以与排放装置连接，以使经过解聚气相处理装置处理后获得的气体，进入排放装置排放。
所述碳化装置设置至少一个进气口，从而使蒸汽发生装置中的蒸汽进入碳化装置。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化装置的下游还设置有碳化产物分离装置，以将碳化装置产生的物料中的气相物料与非气相物料分离开来。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化产物分离装置的下游还设置有碳化气相处理装置。所述碳化气相处理装置可以包括第二气相冷却装置和/或第二气相净化装置，优选包括第二相冷却装置和第二气相净化装置。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化装置也可以设置有至少一个碳化气相物料出口和至少一个碳化固液气混合物料出口。优选地，碳化装置的碳化气相物料的出口与碳化气相处理装置的第二气相冷却装置和/或第二气相净化装置的进口连接，以使碳化气相物料冷却和/或净化。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化装置的碳化固液气混合物料出口与碳化产物分离装置的进口相连。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化产物分离装置设置有至少一个碳化气相物料出口和至少一个碳化固液气混合物料出口。优选地，碳化气相物料的出口与第二气相冷却装置和/ 或第二气相净化装置的进口连接，以使碳化气相物料冷却和/或净化。
根据本实用新型的实施方案，碳化气相物料经冷却获得的冷凝液可以与进料装置提供的物料混合，例如可以在原料混合器中与进料装置提供的物料混合。因此，所述碳化气相处理装置可以通过液相输送管道与原料混合器连接。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化气相处理装置可以通过气相输送管道与排放装置连接，以使经过碳化气相处理装置处理后获得的气体，进入排放装置排放。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化固液气混合物料包含固体物料、液体物料和气体物料的混合物。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化产物分离装置的下游还设置有固液分离装置，例如离心机。优选地，所述碳化固液气混合物料的出口与固液分离装置的进口连接，以使所述碳化固液气混合物料中的碳化固相物料和碳化液相物料分离开来。
根据本实用新型的实施方案，所述固液分离装置设置有至少一个碳化固相物料出口，以提供碳化固相产品。
根据本实用新型的实施方案，所述固液分离装置设置有至少一个碳化液相物料出口，以提供碳化液相产品。
根据本实用新型的实施方案，所述固液分离装置的下游设置有重金属分离装置。优选地，所述重金属分离装置可以通过本领域技术人员已知的物理方法(如吸附法)和/或化学方法，对碳化液相产品中的重金属进行分离。因此，所述重金属分离装置可以为重金属物理分离装置和/或重金属化学分离装置。
作为实例，所述重金属分离装置中设置有吸附剂或过滤材料，例如离子交换树脂或过滤膜，以实现对重金属的分离。
根据本实用新型优选的实施方案，经过所述缓冲分离装置进入碳化装置的物料的温度低于进入所述缓冲分离装置之前的物料温度。
根据本实用新型优选的实施方案，所述水热碳化系统还设置有热量回收装置，以将系统释放的热量用于预热进料装置提供的物料。例如，所述预热可以通过额外设置的回收预热器实现。作为实例，所述解聚装置和/或碳化装置可以设置有热量回收装置。所述热量回收装置可以是本领域已知的热量回收器或余热回收器。
根据本实用新型优选的实施方案，水热碳化系统还包括一个以上的输送装置，以将上文所述的气相物料、固相物料、气相物料中的一种、两种或三种输送至所述水热碳化系统中的相应装置进行处理。优选地，在每两个装置之间可以设置这样的输送装置。本领域技术人员应当理解，这样的输送装置是本领域中已知的，为此本实用新型对输送装置的具体结构没有特别限定，只要其能够有效地将物料输送至期望的装置即可。
根据本实用新型优选的实施方案，当需要对物料进行冷却时，可以选择使用循环水进行冷却。为此，本实用新型的冷却装置还可以设置有用于循环冷却水的管路。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化系统还包含热解装置，以将碳化固相物料(如水焦产品)热解或气化为需要的燃料。例如，所述气体燃料可以为合成燃气。或者，还可以通过热解装置将碳化固相物料(如水焦产品)热解为生物炭碳基材料。
根据本实用新型的实施方案，所述热解装置优选为流化床热解装置、微波热解装置、等离子体热解装置中的至少一种。
本实用新型还提供一种水热碳化液相工作介质的再利用系统，包括水热碳化反应器和流体处理回路，所述流体处理回路与水热碳化反应器连接，流体处理回路用于将水热碳化反应器采出的液相工作介质返回水热碳化反应器进行浓缩循环处理。
根据本实用新型的实施方案，所述系统包括进料器。
根据本实用新型的实施方案，所述进料器与水热碳化反应器的进料口直接连接或间接连接。
根据本实用新型的实施方案，所述系统还包括压滤装置。优选地，所述压滤装置设置在水热碳化反应器的下游，用于分离水热碳化反应器采出浆料中的固体和液相工作介质。优选地，压滤装置的固体出口与固体产品储罐直接或间接连接。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化反应器包括浆料出口、液相工作介质入口。优选地，所述浆料出口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的进料口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的液相出口、流体处理回路和液相工作介质入口顺次连接。
根据本实用新型的实施方案，所述系统还包括HTL反应器。在一种实施方式中，所述HTL 反应器与流体处理回路串联。
根据本实用新型的实施方案，所述流体处理回路上设置液相产品采出支路。优选地，所述采出支路上还可以设置阀门、流量控制器和/或检测器。
本实用新型还提供上述水热碳化液相工作介质的处理装置，包括在上述水热碳化液相工作介质的再利用系统中，在水热碳化反应器上设置添加剂入口，用于向反应器中加入pH调节剂、催化剂等添加剂；和/或在流体处理回路上设置至少一条干扰回路。
本实用新型提供一种生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，至少包括水热碳化反应器和流体处理回路，所述流体处理回路与水热碳化反应器连接，流体处理回路用于将水热碳化反应器采出的液相工作介质返回水热碳化反应器进行浓缩循环处理。
根据本实用新型的实施方案，所述系统包括进料器。
根据本实用新型的实施方案，所述系统还包括水热腐殖化反应器。优选地，所述水热腐殖化反应器与水热碳化反应器串联。优选地，在二者的串联管路上，还可以设置热交换器。
根据本实用新型的实施方案，所述进料器与水热腐殖化反应器或者与水热碳化反应器的进料口连接。优选地，所述水热腐殖化反应器的液相出口与进料器连接，实现水热腐殖化采出液相的连续循环进料。
根据本实用新型的实施方案，所述水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器的气相物出口与气相采出管路连接。优选地，所述采出管路上还可以设置冷凝器。
根据本实用新型的实施方案，所述系统还包括压滤装置。优选地，所述压滤装置设置在水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器的下游，用于分离水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器采出浆料中的固体和液相工作介质。优选地，压滤装置的固体出口与固体储罐直接或间接连接。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化反应器包括浆料出口、液相工作介质入口。优选地，所述浆料出口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的进料口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的液相出口、流体处理回路和液相工作介质入口顺次连接。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化反应器和/或水热腐殖化反应器还可以包括添加剂入口，用于向反应器中加入pH调节剂、催化介质等添加剂。
根据本实用新型的实施方案，所述系统还包括水热液化反应器。在一种实施方式中，所述水热液化反应器与流体处理回路串联。在另一种实施方式中，所述水热液化反应器与水热腐殖化反应器串联。在再一种实施方式中，所述水热液化反应器与水热腐殖化反应器、以及位于水热腐殖化反应器下游的压滤装置串联。
根据本实用新型的实施方案，所述流体处理回路上设置液相产品采出支路。优选地，所述采出支路上还可以设置阀门、流量控制器和/或检测器。
根据本实用新型的实施方案，所述流体处理回路上设置至少一条干扰回路。
根据本实用新型的实施方案，所述系统还包括燃烧器(优选为高温燃烧器)，作为水热液化反应器的热源。
本实用新型还提供一种处理含有机碳物料的方法，包括使用所述水热碳化系统处理含有机碳的物料。
例如，所述含有机碳的物料选自生活垃圾、餐厨垃圾、污水处理污泥、水体底泥、垃圾渗透液、木质废渣、农作物秸秆等包含有机碳的物料中的一种或两种以上的混合物。
根据本实用新型的实施例方案，物料在解聚装置中进行解聚的温度可以约为230-240℃，解聚时间可以约为5-30min。
根据本实用新型的实施例方案，碳化装置中的反应温度可以约为150～230℃，如180～200℃；反应时间可以约为30～300min，例如60～120min。
本实用新型提供一种水热碳化液相工作介质的再生利用方法，包括如下步骤：水热碳化液相工作介质至少经过浓缩循环处理，得到液相产品。
根据本实用新型的实施方案，所述浓缩循环处理意指所述液相工作介质返回水热碳化工序浓缩循环。例如，浓缩循环的次数至少为一次、两次、三次或更多次。
根据本实用新型的实施方案，所述处理还可以包括但不限于调节pH，调节水热碳化进料，调节水热碳化液相工作介质的组分、组分输出量，任选加入或不加入其他反应物、添加剂(例如重金属沉降剂等)等中的一种、两种或更多种处理方式。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化液相工作介质由生物质经水热碳化处理得到。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化液相工作介质还含有无机元素，例如钾、磷、氮等中的至少一种。优选地，所述无机元素还可以以其盐的形式存在，比如钾盐、磷酸盐、硝酸盐等形式。优选地，所述无机元素的浓度可调，例如根据液相产品的应用进行调整，比如含有设计浓度的无机元素。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化液相工作介质还含有有机物，例如所述有机物为羧酸，优选为短链羧酸(意指碳链上的碳原子数小于6的脂肪酸)，例如甲酸、乙酸、丙酸、氨基酸等。优选地，所述有机物的浓度可调，例如根据液相产品的应用进行调整，比如含有设计浓度的有机物。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化液相工作介质还含有植物基胺、木质素酚、呋喃、黄腐酸等中的一种、两种或更多种。优选地，这些物质的浓度可调，例如根据液相产品的应用进行调整，比如含有设计浓度。
根据本实用新型的实施方案，所述生物质包括但不限于下述物质中的一种、两种或更多种：所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物，以及植物、微生物和动物代谢和/或生产产生的废弃物。例如，所述生物质为除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农林废弃物、食品废物或城市固体废物(OFMSW)中的有机部分等中的至少一种。更优选地，所述生物质为含水量高的湿生物质，比如含水量高于30wt％的湿生物质，又如含水量高于 40wt％、50wt％、60wt％、70wt％的湿生物质，示例性为植物秸秆、谷壳、植被落叶、园林修剪落叶、景观绿化废物、食品废物或城市固体废物的有机部分等中的至少一种。
根据本实用新型的实施方案，所述液相产品不含有或者几乎不含有对植物(优选农作物)、动物、土壤等有害的物质。例如，有害物质包括但不限于有害有机物、有害无机物、重金属元素等中的至少一种。其中，所述几乎不含有意指有害物质的含量低于0.05％，例如低于 0.02％，又如低于0.01％或其他的设计含量。
根据本实用新型的实施方案，所述液相产品中含有水热碳化液相工作介质中含有的上述无机元素、有机物、植物基胺、木质素酚、呋喃、黄腐酸等中的一种、两种或更多种。优选地，所述液相产品中各物质和/或元素的含量高于所述水热碳化液相工作介质中的含量。
本实用新型还提供水热碳化液相工作介质的处理方法，包括如下步骤：对水热碳化液相工作介质中含有的有毒物质和/或可能形成有毒物质的元素、离子、基团和/或物质分子从介质水中分离(例如吸附分离)、或者抑制有毒物质的形成。
例如，所述可能形成有毒物质的元素包括但不限于S、Cl、重金属等中的至少一种。
例如，所述可能形成有毒物质的离子包括但不限于重金属离子等。
根据本实用新型的实施方案，所述分离可以通过向水热碳化介质水中加入催化剂和/或通过改变和/或添加介质水的干扰回路等手段实现分离和/或抑制有毒物质的形成。
本实用新型还提供通过上述方法得到的碳化固相产品及其用途，例如所述碳化固相可以产品用于农业、建筑等领域，例如，用于土壤改良、用于水泥添加剂等。
本实用新型还提供通过上述方法得到的碳化液相产品及其用途，例如所述碳化液相产品可以用于种植业等领域；例如，用于植物肥料、促进植物生长、植物灌溉、液体燃料等。
本实用新型提供一种生物质水热碳化全量资源化处理与再生利用的方法，包括如下步骤：生物质经至少含有水热碳化工序和水热碳化液相工作介质浓缩循环处理后，得到气相产品、固相产品和液相产品；
所述液相产品用于种植业等领域；例如，用于植物肥料、促进植物生长、植物灌溉、液体燃料等；
所述气相产品作为原料，例如作为燃烧器原料；
所述固相产品用于农业、建筑等领域中；例如，用于土壤改良、用于水泥添加剂等。
根据本实用新型的实施方案，所述生物质具有如上文所述的含义。
根据本实用新型的实施方案，所述液相产品具有如上文所述含义。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化工序之前还可以设置水热腐殖化(HTH)工序。
优选地，所述水热腐殖化工序排出的含生物质物料可以作为水热碳化(HTC)工序的进料或者经过滤(例如压滤)得到第一固相产品和第一液相产品。优选地，所述水热腐殖化工序排出的含生物质物料在进入水热碳化工序前需进行热交换。
根据本实用新型的实施方案，可以在水热腐殖化工序和/或水热碳化工序中加入pH调节剂。
根据本实用新型的实施方案，所述气相产品包括由水热腐殖化工序和/或水热碳化工序采出的经冷凝后的气相物。
根据本实用新型的实施方案，所述水热腐殖化工序采出的工艺水或含生物质物料过滤产生的工艺水返回与生物质进料混合，共同作为进料，实现了工艺水中催化物质(催化剂)的循环利用。
根据本实用新型的实施方案，水热碳化工序采出的浆料经过滤(例如压滤)后，得到第二固相产品和液相工作介质。优选地，所述液相工作介质返回水热碳化工序浓缩循环。例如，浓缩循环的次数至少为一次、两次、三次或更多次。优选至浓缩循环后的液相工作介质中元素的浓度符合农业用产品中所需营养素含量。优选地，浓缩循环后的液相工作介质用于制备第二液相产品。
根据本实用新型的实施方案，所述处理还可以包括水热液化(HTL)工序。所述水热液化液相工作介质的工艺循环回路，可以通过热交换器为水热碳化工序的液相循环过程提供耦合加热的热源。
优选地，当处理含有塑料固废物的生物质时，水热腐殖化工序可以与水热液化工序串联，由水热腐殖化工序采出的塑料固废残渣物流经过水热液化工序超临界的“水热液化”处理后得到液态生物质燃料。
或者，在另一种实施方式中，所述液体生物质燃料可以由生物质经水热液化工序超临界的“水热液化”处理后得到液体生物质燃料。优选地，如上所述水热液化的液体生物质燃料处理循环回路同时也作为水热碳化的工艺过程的热源。
根据本实用新型的实施方案，根据生物质的不同，选择的工序和/或产物有所不同。
例如，当进料的生物质含有塑料固废物时，预热后的进料进入水热碳化工序、或者先经水热腐殖化工序再进入水热碳化工序处理，处理得到的塑料固废残渣进入水热液化工序，得到液体燃料产品。
又如，当进料的生物质为湿生物质和/或污泥时，预热后的进料进入水热碳化工序、或者先经水热腐殖化工序再进入水热碳化工序处理，可以得到黄腐酸液相产品。
再如，当进料的生物质为湿生物质和/或污泥时，预热后的进料经水热液化工序，得到液体燃料产品。
例如，所述湿生物质中含有灰分，比如灰分的质量含量为0.5-10％，又如为1-8％，示例性为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％。
例如，所述污泥中含有干物质，比如干物质的质量含量为10-50％，又如为15-40％，示例性为15％、20％、25％、30％、35％、40％。
例如，所述污泥中含有灰分，比如灰分的质量含量为5-40％，又如为10-35％，示例性为 10％、15％、20％、25％、30％、35％。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化工序的处理温度为200-280℃，例如220- 270℃，示例性为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、267℃、270℃、280℃。
根据本实用新型的实施方案，所述水热腐殖化工序的处理温度不低于150℃且小于200℃，例如为160-190℃，示例性为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、191℃、195℃。
根据本实用新型的实施方案，所述水热液化工序的处理温度为560-700℃，例如600- 680℃，示例性为560℃、570℃、580℃、590℃、600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、650℃、 660℃、670℃、680℃、690℃、700℃。
根据本实用新型的实施方案，所述气相产品含有CO2、甲烷、挥发性醛、呋喃等中的至少一种。
根据本实用新型的实施方案，所述液相产品可以包括第一液相产品、第二液相产品和/或液体燃料产品。优选地，所述第一液相产品和/或第二液相产品用于种植业等领域中；例如，用于如上所述的植物肥料、促进植物生长、植物灌溉等。优选地，所述液体燃料产品可以用于为上述各工序提供能量或单独作为产品出售。
本实用新型还提供生物质水热碳化得到的固相产品在农业、建筑等领域中的应用。例如，用于土壤改良、用于水泥添加剂等。
本实用新型还提供一种土壤调理剂，所述土壤调理剂含有生物质水热碳化得到的固相产品。
本实用新型还提供上述土壤调理剂的制备方法，包括由含有上述固相产品的原料制备得到所述土壤调理剂。
本实用新型还提供一种水泥添加剂，所述水泥添加剂含有生物质水热碳化得到的固相产品。优选地，所述水泥添加剂为水泥增强添加剂。
本实用新型还提供上述水泥添加剂的制备方法，包括由含有上述固相产品的原料制备得到。
本实用新型还提供上述水泥添加剂在制备水泥和/或水泥类建材中的应用。优选地，所述水泥添加剂用于制备强化水泥和/或水泥类建材。
本实用新型还提供一种水泥和/或水泥类建材，其含有上述水泥添加剂。优选地，所述水泥和/或水泥类建材为强化水泥和/或水泥类建材。
本实用新型还提供上述水泥和/或水泥类建材的制备方法，包括由含有上述水泥添加剂的原料制备得到所述水泥和/或水泥类建材。
本实用新型还提供一种微电网系统，如智慧微电网系统，组合分布式再生能源为备份，集成包括燃气-蒸汽联合循环热电机组模块(CHP模块)、CSP微型光热发电系统、以及任选的下述模块中的一种、两种或多种：水热碳化(HTC)模块、制冷蓄能模块和供暖模块；
优选地，所述制冷蓄能模块、供暖模块和/或水热碳化模块由所述分布式再生能源产生的电力驱动或供给热能。
根据本实用新型的实施方案，所述CHP模块包括联用的燃气单元和蒸汽单元。
根据本实用新型的实施方案，所述燃气单元包括燃气发电机、燃气轮机、燃料供给装置和空气入口。其中，所述燃气发电机、燃气轮机、燃料供给装置的设置位置和连接方式可以为本领域已知连接方式，所述空气入口的设置可以为本领域已知设置位置。
根据本实用新型的实施方案，所述蒸汽单元包括蒸汽轮机、蒸汽发生器、汽机发电机和余热锅炉。其中，所述蒸汽轮机、蒸汽器、汽机发电机和余热锅炉的设置位置和连接方式可以为本领域已知连接方式。
优选地，所述CHP模块的余热来自于所述余热锅炉。
根据本实用新型的实施方案，所述智慧微电网系统包括所述CHP模块和水热碳化模块，所述水热碳化模块由所述CHP模块产生的余热供给热能。
优选地，所述CHP模块设置在所述水热碳化模块的附近。例如，所述CHP模块输出的余热能够供给半径不超过五公里(优选不超过三公里)的水热碳化模块，将废弃生物质转换为碳基材料。
例如，所述废弃生物质可以为城市湿垃圾、污泥等中的一种、两种或更多种。例如，所述碳基材料可以为水焦炭。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化模块为将废弃生物质转换为碳基材料的模块，例如上文所述的水热碳化系统、水热碳化液相工作介质的再利用系统、水热碳化液相工作介质的处理装置和/或生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化模块中至少含有水热碳化反应装置。优选地，所述水热碳化反应装置的热能由所述CHP模块供给。在水热碳化模块邻近布局的CHP模块 (CHP能效大于54％)，能够充分发挥水热碳化反应装置对废弃生物质的预处理，这是由于将 CHP模块产生的余热(热能)直接加以利用，避开了传统工序“热电—电制冷/热电—电制热”的两个转换环节，减缓热量损失至少50％。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化模块中的碳化固相物料可以提供碳基材料，为此其优选包含碳基材料收集单元。优选地，所述碳基材料收集单元的物料入口与所述水热碳化系统的固相出口或输送装置连接，所述碳基材料收集单元的物料出口与碳热解装置和/或碳气化装置连接。由所述碳热解装置或碳气化装置对碳基材料进行热解或气化处理，将碳基材料转化为需要的燃料。
例如，所述气体燃料可以为天然气等中的一种或多种。碳基材料可就近替代或补充作为 CHP模块的至少部分管道燃气(即作为CHP模块的清洁燃料)，进一步降低清洁修复垃圾填埋场的成本。
优选地，所述碳基材料收集单元与碳热解装置连接，通过所述碳热解装置将碳基材料(如水焦碳)热解气化用于生产氨。
根据本实用新型的实施方案，所述碳热解装置可以通过流化床热解方式将碳化固相物料热解为燃气，例如合成燃气，或热结为生物炭碳基材料。
根据本实用新型的实施方案，所述水热碳化模块还可以包含水热碳化介质水处理单元，例如该处理单元至少包括重金属去除回路(优选为循环电纺萃取回路)，用于清除所述水热碳化介质水中的重金属离子。优选地，所述水热碳化介质水处理单元与所述水热碳化反应装置的液相出口连接。
进一步地，所述重金属去除回路(或者循环电纺萃取回路)与重金属萃取反应器连接；由所述重金属萃取反应器处理后的水热碳化介质水，通过重金属去除回路返回所述水热碳化模块。
根据本实用新型的实施方案，所述智慧微电网系统可以进一步包括制冷蓄能模块，例如液氨制冷蓄能模块。
根据本实用新型的实施方案，所述制冷蓄能模块由所述CHP模块产生的余热驱动。
根据本实用新型的实施方案，所述制冷蓄能模块包括制冷机组、冷能存储装置和/或供应调节装置。
根据本实用新型的实施方案，所述制冷蓄能模块还可以包含空调模块。
例如，所述冷能存储装置可以为蓄冷池。
优选地，所述冷能存储装置或蓄冷池含有服务器(或机柜)直接冷却功能模块(DLC模块)。优选地，所述直接冷却功能模块含有液体介质(例如水)，优选所述液体介质至少具有冷却散发热量的硬件和/或空间降温的作用。例如，所述散发热量的硬件可以为IT装置(比如服务器)。
优选地，所述冷能存储装置可以为液体介质蓄冷容器。优选地，所述液体介质蓄冷容器可以主要由导管和(终端)换热器集成，所述导管的布局方式优选以达到最优冷却和蓄能效果为佳。从而可将空间制冷、DLC模块制冷、空调制冷的综合能耗降低到最小。
根据本实用新型的实施方案，所述供应调节装置可以含有蓄冷水装置和蓄冰装置。优选地，所述蓄冷水装置和蓄冰装置均设置在地下；还优选设置在所述制冷机组附近。
本领域技术人员可以理解，制冷机组、冷能存储装置、供应调节装置、蓄冷池、直接冷却功能模块、液体介质蓄冷容器、蓄冷水槽、蓄冰槽等的数量可以根据所述智慧微电网系统应用的数据中心的规模进行调整。
具体地，所述CHP模块联产的热负荷蒸汽直接驱动制冷蓄能模块，由制冷机组直接承担蒸汽负荷，以地下大型的蓄冷水槽和蓄冰槽相结合的方式进行蒸汽制冷后冷能源的冻水介质进行冷能的存储调节，可以平滑用户制冷需求的波动。大规模的供应调节装置(蓄冷水装置、蓄冰装置)还可以进行有效的“峰谷”蓄能调节。
根据本实用新型的实施方案，所述智慧微电网系统可以进一步包括供暖模块。
根据本实用新型的实施方案，所述智慧微电网系统还可以包括燃料电池模块。所述燃料电池模块可以作为智慧微电网系统的绿色应急和备份电源。
本领域技术人员可以根据需要，选择合适的燃料电池模块，例如甲醛重组模块、氨燃料电池模块等中的至少一种，优选为氨燃料电池模块，示例性可为间接供氨燃料电池模块。优选地，所述氨燃料电池模块所需的氨可以由所述水热碳化模块制备的碳基材料经热解或气化合成。
根据本实用新型的实施方案，所述的氨可以液化为液氨，并作为液态冷媒用于数据中心的制冷，例如通过DLC模块实现数据中心的制冷。
优选地，所述液氨储存于液氨制冷蓄能模块。
优选地，用于制冷的液氨可以循环使用，或者使用本领域已知的方法用于制备氢气。
本实用新型还提供上述智慧微电网系统作为数据中心电源的应用，优选作为数据中心的备份独立电源。
本实用新型还提供上述智慧微电网系统在数据中心制冷和/或供热中的应用。
本实用新型还提供一种数据中心的清洁微电网系统，包括上述智慧微电网系统。优选地，上述智慧微电网系统可以作为数据中心的备份独立电源，还可以驱动数据中心的制冷和/或供热。
根据本实用新型的实施方案，所述清洁微电网系统还包括主电网，所述主电网为市政供电系统。优选地，所述主电网和智慧微电网系统通过离网与并网组合的方式为数据中心供电。
根据本实用新型的实施方案，所述智慧微电网系统的数量可以根据数据中心的规模进行设置，例如可以为一个、两个、三个或更多个。
根据本实用新型的实施方案，所述智慧微电网系统可以分布设置。
根据本实用新型的实施方案，所述清洁微电网系统还可以包括主电网控制器和/或智慧微电网中央控制系统。
根据本实用新型的实施方案，所述主电网通过主电网控制器为所述数据中心供电。
根据本实用新型的实施方案，所述智慧微电网通过智慧微电网中央控制系统为所述数据中心供电，和/或为所述制冷蓄能模块和/或供暖模块供电。
优选地，当数据中心与主电网并网运行时，由主电网为数据中心的设备供电，智慧微电网给为数据中心制冷的所述制冷蓄能模块供电和供热，和/或给为数据中心供暖的所述供暖模块供电和供热；
优选地，当主电网故障，可自动切换为由智慧微电网为数据中心供电，数据中心的制冷则由蓄能模块(例如蓄冷池)提供。
本实用新型还提供一种上述清洁微电网的配电方法，所述配电方法适用于上述清洁微电网系统。
根据本实用新型的实施方案，所述配电方法包括如下步骤：当数据中心与主电网并网运行时，由主电网为数据中心的设备供电，智慧微电网给为数据中心制冷的所述制冷蓄能模块供电和供热，和/或给为数据中心供暖的所述供暖模块供电和供热；
当主电网故障，可自动切换为由智慧微电网为数据中心供电；优选地，数据中心的制冷则由蓄能模块(例如蓄冷池)提供。
本实用新型还提供上述智慧微电网系统或上述清洁微电网系统的智能监控系统，所述监控系统包括下述至少一种模块：市电调节模块、数据收集模块、控制模块(和/或数据分析模块)、网络通信模块、显示模块、监控终端模块。
优选地，上述模块可以分别设置在供电端、用电端，和/或供电端与用电端之间。
根据本实用新型的实施方案，所述市电调节模块用于监测、调节市电的电力分配。
根据本实用新型的实施方案，所述数据收集模块用于收集实时供电端、用电端、和/或供电端与用电端之间的工作参数。进一步地，所述数据收集模块还可以收集外界环境的参数(例如温度、湿度等参数)。
根据本实用新型的实施方案，所述控制模块(和/或数据分析模块)用于对数据收集模块采集到的数据进行分析和/或计算，与设定的参数阈值相比较，来判断微电网的运行状态。
根据本实用新型的实施方案，所述网络通信模块用于将所述控制模块判断的微电网的运行状态发送至监控终端模块。
根据本实用新型的实施方案，所述监控终端模块用于远程控制并调节影响微电网的工作参数。
根据本实用新型的实施方案，所述显示模块用于对所述工作参数进行实时显示，以及根据运行要求对各供电参数进行阈值设置。
本实用新型还提供一种用于北方或冬季环境下的清洁微电网，包括余热储存和能量转化系统，所述系统设置在上述CHP模块、以及制冷蓄能模块或供暖模块之间。
根据本实用新型的实施方案，所述余热储存和能量转化系统主要用于当外部环境温度较低，制冷的能量消耗变小时，将上述CHP模块发电产生的余热进行储存，再根据不同能量需求，将储存的热能转换成供暖或者制冷，从而适应北方或冬季的数据中心对清洁微电网的供暖或制冷需求，达到余热的高效利用。
本实用新型还提供一种清洁微电网层级供热系统，包括余热回收装置和控制器。
优选地，所述余热回收装置与上述CHP模块连接，优选与上述CHP模块中的余热锅炉连接，用于收集CHP模块产生的热量。
优选地，所述控制器与余热回收装置连接，能够计算、分配CHP模块产生的热量。
根据本实用新型的实施方案，所述层级供热系统还包括热量输送装置。优选地，通过所述热量输送装置向所需热量的模块(或装置)输送热量。例如，所需热量的模块(或装置) 为上述水热碳化模块、制冷蓄能模块和/或供暖模块。
所述热量输送装置优选为能够降低热量在输送过程中的损耗的装置。
本实用新型还提供一种高密度热能空间的温控和制冷系统，所述温控和制冷系统包括温控单元和配电单元；所述配电单元含有上述智慧微电网系统或上述清洁微电网。
根据本实用新型的实施方案，所述温控单元包括空调水冷管道和热通道。所述空调水冷管道和热通道的设置具有高密度、合理分布，能够实现梯度控温的特点。
根据本实用新型的实施方案，所述高密度热能空间可以为数据中心的服务器机房、冷链仓储中心、大型蓄冷调节装置等需要恒温控制的空间。
根据本实用新型的实施方案，所述温控和制冷系统适用于南方地区的建筑空间的温控和制冷需求。
本实用新型还提供一种数据中心的热回收及其再利用系统，所述系统包括热通道、热泵和热交换管道。
优选地，所述热通道用于收集、输送数据中心内服务器运行产生的热量。
优选地，所述热泵用于提升所述热通道中回收热量的温度。
优选地，所述热交换管道用于与用热模块(或装置)连接。
本实用新型还提供一种清洁微电网水处理及循环利用系统，包括水收集装置、处理装置和循环装置。
优选地，所述水收集装置用于收集上述CHP模块和/或上述燃料电池模块运行时生成的水。
优选地，所述处理装置用于对水收集装置收集到的水进行处理，例如脱酸等处理。
优选地，所述循环装置用于将所述处理装置得到的水送入需水装置。例如，所述需水装置可以为上述空调模块、数据中心生活用水和/或冷能存储装置。
本实用新型还提供上述水热碳化模块的水热供应系统，所述水热供应系统包括水供应单元和热供应单元。
其中，所述水供应单元一方面为所述水热碳化模块发生的水热碳化反应提供液态介质，另一方面还可作为废弃生物质水热碳化反应的催化剂，使生物质在液态介质中快速地发生各种反应，例如水解、脱羧、脱水、芳构化直至缩合聚合得到水焦炭。
根据本实用新型的实施方案，所述热供应单元与上述CHP模块连接，优选与上述CHP模块中的余热锅炉连接，以直接利用CHP模块产出的余热中的热量。
根据本实用新型的实施方案，所述水供应单元可以与下述至少一种装置连接：上述水热碳化反应装置、CHP模块和燃料电池模块。
优选地，当所述水供应单元与所述水热碳化反应装置连接时，由水热碳化反应装置中的湿生物质提供反应所需的液态介质；
优选地，当所述水供应单元与所述CHP模块连接时，由所述CHP模块产生的水为所述反应提供所需的液态介质；
优选地，当所述水供应单元与所述燃料电池模块连接时，由所述燃料电池模块产生的新生水为所述反应提供所需的液态介质。
本实用新型还提供一种清洁微电网天然气供应系统，所述天然气供应系统中的天然气至少部分由上述水热碳化模块生产的碳基材料热解和/或气化提供。
根据本实用新型的实施方案，所述天然气供应系统包括天然气输送单元，所述天然气输送单元至少与上述碳热解装置和/或碳气化装置连接。优选地，所述碳热解装置和/或碳气化装置与上述碳基材料收集单元的物料出口连接。
根据本实用新型的实施方案，所述天然气输送单元还可以与天然气输送管路(例如城市天然气输送管道)连接。天然气输送管路中的天然气可以来自于本领域常规获得天然气的方式，如城市天然气。
根据本实用新型的实施方案，所述天然气输送单元还可以与上述CHP模块连接，优选与上述燃气单元连接，更优选与上述燃料供给装置连接。
本实用新型还提供上述碳基材料在制备混凝土材料中的应用，优选在制备混凝土高强度材料中的应用。
本实用新型还提供上述碳基材料在制备绿色水泥中的应用。
本实用新型还提供一种绿色水泥或混凝土材料的制备方法，包括：由上述水热碳化模块对污泥(优选城市污泥)进行脱水(优选深度脱水)，将脱水得到的物料与混凝土骨料混合，得到所述绿色水泥或混凝土材料。
优选地，所述水热碳化模块所需的热量由所述CHP模块产生的余热提供。
绿色水泥或混凝土材料的上述制备方法，无需使用窑炉，利用CHP模块的余热直接处理城市污泥，深度脱水后的物料与混凝土骨料进行混合。以大量深度脱水污泥作为原料，可以大幅减少窑产混凝土的用量，增强了水泥或混凝土材料的强度；还节省了大量的能源，绿色水泥或混凝土材料表现出优异的二氧化碳减排效果。
即上述绿色水泥或混凝土材料的制备方法为一种低碳生产方法。
本实用新型还提供一种数据中心不间断供电系统，所述供电系统包括主电网和微电网；其中，所述微电网至少包括上述CHP模块和燃料电池模块。
优选地，所述主电网为市政供电系统。
优选地，所述主电网和微电网通过离网与并网组合的方式为数据中心供电。
根据本实用新型的实施方案，所述微电网为数据中心提供(可靠的应急、复原的)备份独立电源。
根据本实用新型的实施方案，当所述数据中心与主电网并网运行时，由主电网为数据中心的设备(例如IT设备)供电；当所述主电网发生故障，则可自动切换为由微电网微数据中心供电。
根据本实用新型的实施方案，所述供电系统还可以包括区域蓄电装置。本领域技术人员能够根据实际需要，对区域蓄电装置的设置数量和级数进行调整。
本实用新型还提供上文所述的水热碳化系统、水热碳化液相工作介质的再利用系统、水热碳化液相工作介质的处理装置和/或生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统与微电网系统的组合系统，又称耦合系统。
优选地，本实用新型的组合系统或耦合系统还可以进一步与布莱顿循环(又称“布雷顿循环”，Brayton Cycle)发电系统，尤其是该发电系统的气体涡轮模块结合，从而实现能源动力的转换。
根据本实用新型的实施方案，上述气体涡轮模块可以被构造为使用本文所述的燃气(如合成燃气)发电。
或者，通过氨制备的氢气也可以用作所述气体涡轮模块的燃气。
根据本实用新型的实施方案，所述气体涡轮模块可连接至所述发电系统的太阳能接收器，例如其可以为Wilson Solarpower Corp提交的PCT国际申请PCT/US2011/052051公开的“气体涡轮”模块或PCT国际申请PCT/US2013/031627“燃气涡轮机”模块，或者为247Solar公司的CSP 247Solar装置(又称“微型空气布莱顿循环涡轮模块”)。
本实用新型还提供一种耦合系统，其特征在于，所述耦合系统包括下述(A)和(B)的结合，或下述(A)、(B)和(C)的结合，其中：
(A)为选自下列中的一种：
上文所述的水热碳化系统、水热碳化液相工作介质的再利用系统、水热碳化液相工作介质的处理装置和生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统；
(B)为选自下列中的一种：
上文所述的微电网系统(如清洁微电网系统)、高密度热能空间的温控和制冷系统、数据中心的热回收及其再利用系统、清洁微电网水处理及循环利用系统；
(C)为上文所述的布莱顿循环发电系统。
本实用新型还提供所述的耦合系统在处理湿生物质和/或能源中的应用。
有益效果
本实用新型的水热碳化系统将解聚步骤和碳化步骤分别在不同的装置中处理，并且优化了各装置的排布，有利于整体上节省反应时间和能耗，并且能够改善所得产品的品质。
并且，通过对生物质，尤其是对湿生物质进行水热碳化处理，得到气、液、固三种产品，且实现了气、液、固三种产品的全资源化再利用。液相产品主要通过对水热碳化产生的液相工作介质进行联级浓缩循环处理和/或分离和/或抑制有害物质生成，使其能够广泛用于种植业。高固碳的固相产品则可以广泛应用于农业、建筑等领域中。气相产品回收，可以作为燃料。
进一步地，通过与能源装置的耦合，本实用新型能够因地制宜组织各种分布式独立能源站的微电网。
针对再生能源来源的不同，开发由有机固废转换的再生能源；发展具备独立离网条件发电的分布式再生能源的清洁微电网，利用微电网提供可靠的备份冗余电源保障。在人口密集城市区域布局以城市燃气CHP结合有机固废转换为清洁能源的两种稳定来源的独立微电网。为数据中心提供可靠的备份电源微电网支撑。小型城市燃气CHP、有机固废小型电站和燃料电池为主，由微电网集成的备份电源即可以作为较小边缘数据中心的主电源使用，又可以作为大型的数据中心备份电源供应的可靠保障。
再者，本实用新型创新的前沿技术解决小型化的独立分布式能源站的效率问题。天然气管道作为一种目前已经可靠的燃气热电的离网供应节点、可以就近导入区域的其他再生能源资源形成智慧微电网，可以充分发挥天然气离电网稳定小型能源站的优点，同时结合固废垃圾氨能转换能源存储的前沿技术，结合氨能燃料电池的热电生产链与冷却蓄能系统、余热热源集成的优势，可以协同蓄冷制冷效率和垃圾清洁的功能，大幅提高数据中心可持续性,实现智能微电网更低成本和更高的综合碳中和效益。
而且，绿色数据中心提出的“主电网+备份电源清洁微电网解决方案”，通过市政主电网与离网清洁能源微电网基础设施构建离网与并网组合的数据中心供电+制冷模式，为数据中心提供可靠的主电源和应急、复原的备份独立电源，并协同蓄冷制冷效率和功能，大幅提高系统的可持续性目标值。
本实用新型依托城市天然气管道建立的燃气热电供应，同时集成再生能源并可为数据中心提供安全可靠的备份电源的智慧微电网。智慧微电网主要由CHP联合循环燃气蒸汽机组模块，联合循环燃气机组余热驱动的制冷站和氢燃料电池备份电源模块组成。在数据中心与主电网并网运行时，由主电网为数据中心的IT设备供电，而备份清洁微电网只为给数据中心提供制冷的制冷功能模块供电和供热；如果发生主电网故障，则自动切换为由微电网为数据中心供电，数据中心的制冷则由制冷蓄能模块的蓄冷池提供。
本实用新型提供的系统能够大大降低冗余供电设施的规模和投资，充分利用已经建成的冗余供电设施为数据中心的制冷蓄能模块供电和供热，降低数据中心的运营成本；并且，还结合垃圾氨能源转换清洁平台与燃料电池的热电生产链与冷却蓄能系统、余热热源集成的优势，实现智能微电网更低成本和更高效益的HTC战略。清洁技术纳入热电生产链并与冷却蓄能系统与热源梯级直接使用组成服务于数据中心的可靠备份电源/冷能的微电网。
本实用新型对热能源的直接使用，能够避开“热电—电制冷/热电—电制热”至少损失50％以上的功耗的两个转换环节，大大提高系统能源效率；对城市固废进行的HTC固碳转化后产生的水焦煤，可以直接煤气化生成合成气，然后经热解转换为氨，给氨燃料电池提供燃料，为数据中心提供应急和备份电源。
进一步地，本实用新型还具有如下特点：
高可用性：可以按中国A级和国际R3+/T3+和Tier III+的等级集成高可靠性备份电源，满足政府、电信、金融等行业的可靠性要求。
支持独立备份电源供电和市电+HVDC供电的灵活定制，满足不同客户和应用，提供高可靠性电源的智能微电网服务。
高处理能力：通过调整机柜的数量和功率，能够支持至少10万台服务器。
高效节能：利用地下的蓄冷系统容量，有效进行电网的削锋填谷。采用DLC液体进行界面直接冷却、PUE低于1.2(备份电源微电网供电模式)；
相比同等规模、PUE≥1.8的主流数据中心，每年可节能2.5亿度以上的电能(折合7.6万吨以上标煤)，达到行业领先水平，完全满足建设要求。
智能化：能够接入互联网骨干节点，支持高速云计算应用。微电网智能监控程序，能够解决市电调节和环境温度控制等大型数据中心的故障检测和性能优化的AI服务需求。
因此，本实用新型通过城市燃气能源管道集成再生能源作为可靠备份电源的清洁微电网，能够为数据中心提供可靠的应急复原备份电力，可以协同蓄冷制冷效率和垃圾清洁的功能，大幅提高数据中心可持续性的目标值。
本实用新型优势的另一方面还体现在，本实用新型的技术方案可以优异的效果实现对新一代的小型高效的CSP“Brayton Cycle助力发电”的“燃烧助力”模块的耦合，形成湿生物质HTC清洁助力耦合CSP微电网能源站，这对于湿生物质的处理、能源的利用和优化等无疑是突破性的综合技术革新，具有深远的社会价值。
附图说明
图1为本实用新型水热碳化系统的示意图。其中，各附图标记代表的含义如下：1-进料装置；2-原料混合器、螺旋输送器、预热混合器和预热储液罐；3-解聚装置。31-热尾气输送管路，32-解聚物料出口；4-气液缓冲分离装置，41-余热输送管路，42-余热输送管路；5-碳化装置，51-碳化热尾气输送管路，52-碳化固液气混合物料输送管路；6-碳化产物分离装置，61-气相输送管路，62-固液混合物输送管路；7-冷却装置，71-气相输送管路，72-冷凝液输送管路； 8-解聚气相冷却和净化装置，9-排放装置，10-离心机，101-碳化固相产品输送管路，102-碳化液相产品输送管路；11-碳化固相产品储罐；12-原料进料口；13-碳化液相产品储罐；14-重金属分离装置；15-重金属分离后的碳化液相产品储罐；16-回收预热装置；17-蒸汽发生装置(锅炉)，171-蒸汽输送管路，172-蒸汽输送管路；18-添加剂进料口。
图2为本实用新型生物质水热碳化全量资源化处理与再生利用方法的工艺流程示意图。其中，各附图标记代表的含义如下：1-进料器，2-水热腐殖化反应器，3-水热碳化反应器，4-压滤装置，5-热交换器，6-冷凝器，7-水热液化反应器，8-燃烧器，9-预热器，10-流体处理回路。
图3为经水热碳化处理得到的水焦产品通过流化床热解技术制备合成燃气的示意图，其中未示出图1和2的详细部件。
图4为经水热碳化处理得到的水焦产品通过流化床热解技术、微波热解技术、等离子体热解技术产出热解产出生物炭的高价值碳基材料的示意图，其中未示出图1和2的详细部件。
图5为本实用新型CHP模块、水热碳化模块和氨燃料电池的连接示意图。
图6为本实用新型清洁微电网系统的结构示意图。
图7为本实用新型的水热碳化系统与Wilson Solarpower Corp或247Solar公司的太阳能发电系统(微型空气布莱顿循环涡轮模块)的耦合系统示意图。
图8和图9分别为本实用新型水热碳化系统与清洁微电网系统和CSP太阳能发电系统耦合的系统示意图上半部分和下半部分，两部分结合可显示本实用新型耦合系统一个实施方案的构思和连接方式。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本实用新型的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本实用新型，而不应被解释为对本实用新型保护范围的限制。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均涵盖在本实用新型旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
本实施例提供一种水热碳化系统，所述系统包括解聚装置3和设置于所述解聚装置的下游的碳化装置5，所述解聚装置3与其下游的碳化装置5之间设置有气液缓冲分离装置4，所述解聚装置3产出的物料可以先经过缓冲分离装置4处理，再经过碳化装置5处理。经过所述气液缓冲分离装置4进入碳化装置的物料的温度为200℃以下，例如180℃。进入所述气液缓冲分离装置4之前的物料温度高于200℃，例如230℃以上。
所述水热碳化系统还包括进料装置1，从而为所述解聚装置提供反应底物。所述进料装置为固液混合物料的进料装置。所述进料装置1包括原料进料口12，在所述进料装置1与解聚装置3之间设置有原料混合器、螺旋输送器、预热混合器和预热储液罐2,以使所述进料装置1中的物料经过原料混合器、预热混合器和混合储液罐2后，再进入解聚装置3。
所述解聚装置3设置至少一个进料口，从而使进料装置1提供的物料进入解聚装置。
所述水热碳化系统还包括蒸汽发生装置17，从而分别通过蒸汽输送管路171和172，为所述解聚装置3和碳化装置5提供解聚和碳化反应所需的蒸汽。
所述解聚装置3和碳化装置5各设置至少一个进气口，从而使蒸汽发生装置中的蒸汽进入解聚装置和碳化装置。
所述解聚装置3还设置至少一个添加剂进料口18，从而使解聚反应所需的添加剂进入解聚装置3。
所述添加剂可以为使所述进料装置中的物料进行解聚反应所需的额外添加剂，例如pH调节剂、催化剂等中的一种或多种。或者作为另一种选择，所述添加剂也可以通过固液混合物料的进料口进入所述解聚装置，只要其能够参与解聚反应即可。
所述解聚装置3还设置至少一个解聚气相物料出口和至少一个解聚非气相物料出口。
所述解聚气相物料包含解聚反应产生的尾气，所述解聚非气相物料包含经过解聚装置3处理后，需要进一步在缓冲分离装置4和碳化装置5中继续处理的固相物料和液相物料的混合物。
所述解聚装置的解聚气相物料(热尾气)出口通过热尾气输送管路31与解聚气相冷却和净化装置8的进口连接。所述解聚气相冷却和净化装置8可以包括第一相冷却装置和第一气相净化装置。
解聚气相物料(热尾气)经解聚气相冷却和净化装置8处理后获得的气体进入排放装置9 排放。
所述碳化装置5的下游还设置有碳化产物分离装置6，以将碳化装置产生的物料中的气相物料与非气相物料分离开来。
所述碳化产物分离装置6的下游还设置有冷却装置7，所述冷却装置7包括第二相冷却装置和第二气相净化装置。
所述碳化装置5设置有至少一个碳化气相物料(热尾气)出口和至少一个碳化固液气混合物料出口。碳化装置5的碳化气相物料(热尾气)的出口通过碳化热尾气输送管路51与冷却装置7连接，以使碳化气相物料冷却。
根据本实用新型的实施方案，所述碳化装置的碳化固液气混合物料出口通过碳化固液气混合物料输送管路52与碳化产物分离装置6的进口相连。
所述碳化产物分离装置6设置有至少一个碳化气相物料出口和至少一个碳化固液气混合物料出口。碳化气相物料的出口通过气相输送管路61与冷却装置7，以使碳化气相物料冷却。
碳化气相物料经冷却装置7冷却获得的冷凝液可以通过冷凝液输送管路72，在原料混合器中与进料装置1提供的物料混合。所述冷却装置7与排放装置9连接，以使经过冷却装置7处理后获得的气体，进入排放装置排放。
所述碳化固液气混合物料包含固体物料、液体物料和气体物料的混合物。
所述碳化产物分离装置6的下游还设置有离心机10。所述碳化固液气混合物料的出口与固液分离装置的进口连接，以使所述碳化固液气混合物料中的碳化固相物料和碳化液相物料分离开来。
所述离心机10设置有至少一个碳化固相物料出口，以提供碳化固相产品；以及至少一个碳化液相物料出口，以提供碳化液相产品。
所述离心机10的下游设置有碳化液相产品储罐13以及其内设置的重金属分离装置14。所述重金属分离装置14可以通过本领域技术人员已知的物理方法(如通过吸附剂实现的吸附法) 和/或化学方法，对碳化液相产品中的重金属进行分离。
所述碳化液相产品储罐13的下游设置有重金属分离后的碳化液相产品储罐15，以及回收预热装置16。
所述碳化液相产品储罐13的热量被回收，并用于在所述回收预热装置16预热液体原料，并使预热后的液体原料返回原料混合器中。
本实施例的水热碳化系统的每两个装置之间可以设置有输送装置。这样的输送装置是本领域中已知的，只要其能够有效地将物料输送至期望的装置即可。
本实施例中，当需要对物料进行冷却时，可以选择使用循环水进行冷却。为此，本实施例的冷却装置还可以设置有用于循环冷却水的管路。
实施例2
将实施例1的水热碳化系统用于处理含有机碳的物料，所述含有机碳的物料选自河道污泥或粪便消化物原料。
称取烘干实验原料10g，将其与130mL的水充分混合后转移至反应釜中，充分揽拌后封釜。然后将反应釜加热至设定温度并停留设定的时间，而后将反应釜冷却至室温。打开反应釜取出固相和液相产物，将固相和液相产物通过砂滤漏斗抽滤来进行分离，并用去离子水清洗固相产物三遍，尽可能的收集液相产物。收集到的液相产物冷藏待分析，固相产物干燥48h，至恒重后称重，即为水热碳化物。
水热碳化物工业分析：
干燥后的样品采用开元仪器公司5E-MAG6700 II型全自动王业分析仪直接测定样品的水分、灰分和挥发分，再用差减法计算出固定碳的含量。
水热碳化物元素分析：
干燥后的样品采用开元仪器公司5E-CHN2000型元素分析仪测定样品的C、H、N三种元素的质量分数，采用5E-IRS II型红外测琉仪测定S元素的质量分数，再结合工业分析结果用差减法计算出O元素的质量分数。
实验原料与水热碳化物的热值计算公式如下：
HHV(MJ·kg-1)＝0.3419C+1.1783H+0.1005S-0.1034O-0.0015N-0.0211A
其中C、H、O、N、S、A分别表示碳、氢、氧、氮、硫和灰分在原料和碳化物中的质量百分数。
碳化物产率、能量密度、能量产率计算公式如下：
碳化物产率＝碳化物质量/原料质量*100％
能量密度＝碳化物热值/原料热值*100％
能量产率＝碳化物产率*能量密度。
实验结果中，粪便消化物为生物质原料的比较效率和结果示于表2：
表2：粪便消化物HTC t＝5’处理后固体燃料产物的质量、能源产率比较
Figure DEST_PATH_GDA0003847969210000201
河道污泥为生物质原料的比较效率和结果列于表3：
表3：河道污泥HTC t＝5’处理后固体燃料产物的质量、能源产率比较
Figure DEST_PATH_GDA0003847969210000211
上述结果表明，河道污泥的能量致密化会大于粪肥消化物，但河道污泥固体产物的产量较小，总的能量产量较小。两种湿生物质都具有随温度增加导致能量致密化升高的趋势，但随温度升高的固体水焦的质量产率会下降。
实施例3
如图2所示的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，至少包括水热碳化反应器3 和流体处理回路10，所述流体处理回路10与水热碳化反应器3连接，流体处理回路10用于将水热碳化反应器3采出的液相工作介质返回水热碳化反应器进行浓缩循环处理。
所述系统包括进料器1。
所述系统还包括水热腐殖化反应器2。一个实施方式中，所述水热腐殖化反应器2与水热碳化反应器3串联。在二者的串联管路上，还设置热交换器5。
在一种实施方式中，进料器1与水热腐殖化反应器2或者与水热碳化反应器3的进料口连接。水热腐殖化反应器2的液相出口与进料器连接，实现水热腐殖化采出液相的连续循环进料。
所述水热腐殖化反应器2和水热碳化反应器3的气相物出口与气相采出管路连接，采出管路上还可以设置冷凝器6。
在一种实施方式中，所述系统还包括压滤装置4。压滤装置设置在水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器的下游，用于分离水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器采出浆料中的固体和液相工作介质。压滤装置的固体出口与固体储罐直接或间接连接。
水热碳化反应器3包括浆料出口、液相工作介质入口。浆料出口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的进料口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的液相出口、流体处理回路和液相工作介质入口顺次连接。
在一种实施方式中，水热碳化反应器和/或水热腐殖化反应器还可以包括添加剂入口，用于向反应器中加入pH调节剂、催化剂等添加剂。
在一种实施方式中，所述系统还包括水热液化反应器7。在一种实施方式中，所述水热液化反应器与流体处理回路串联。在另一种实施方式中，所述水热液化反应器与水热腐殖化反应器串联。在再一种实施方式中，所述水热液化反应器与水热腐殖化反应器、以及位于水热腐殖化反应器下游的压滤装置串联。
在一种实施方式中，所述流体处理回路上设置液相产品采出支路。所述采出支路上还可以设置阀门、流量控制器和/或检测器。
在一种实施方式中，所述流体处理回路上设置至少一条干扰回路。
在一种实施方式中，所述系统还包括燃烧器8，作为水热液化反应器的热源。
在一种实施方式中，所述系统还包括预热器9，用于预热进入进料器的进料。
实施例4
采用实施例3提供的系统对生物质水热碳化全量资源化处理与再生利用的方法，包括如下步骤：生物质经至少含有水热碳化工序和水热碳化液相工作介质浓缩循环处理后，得到气相产品、固相产品和液相产品；
所述液相产品用于种植业等领域；例如，用于植物肥料、促进植物生长、植物灌溉、液体燃料等；
所述气相产品作为原料，例如作为燃烧器原料；
所述固相产品用于农业、建筑等领域中；例如，用于土壤改良、用于水泥添加剂等。
在一种实施方式中，所述水热碳化工序之前还可以设置水热腐殖化(水热腐殖化)工序。所述水热腐殖化工序排出的含生物质物料可以作为水热碳化(水热碳化)工序的进料或者经过滤(例如压滤)得到第一固相产品和第一液相产品。所述水热腐殖化工序排出的含生物质物料在进入水热碳化工序前需进行热交换。
在一种实施方式中，可以在水热腐殖化工序和/或水热碳化工序中加入pH调节剂。
在一种实施方式中，所述气相产品包括由水热腐殖化工序和/或水热碳化工序采出的经冷凝后的气相物。
在一种实施方式中，所述水热腐殖化工序采出的工艺水或含生物质物料过滤产生的工艺水返回与生物质进料混合，共同作为进料，实现了工艺水的循环利用。
在一种实施方式中，水热碳化工序采出的浆料经过滤(例如压滤)后，得到第二固相产品和液相工作介质。所述液相工作介质返回水热碳化工序浓缩循环。例如，浓缩循环的次数至少为一次、两次、三次或更多次，至浓缩循环后的液相工作介质中元素的浓度符合农业用产品中所需营养素含量。浓缩循环后的液相工作介质用于制备第二液相产品。
在一种实施方式中，所述处理还可以包括水热液化(水热液化)工序。例如，所述液相工作介质可以进入水热液化工序循环后再返回水热碳化工序。
当处理含有塑料固废物的生物质时，水热腐殖化工序可以与水热液化工序串联，由水热腐殖化工序采出的塑料固废残渣物流经过水热液化工序超临界的“水热液化”处理后得到液态生物质燃料。
或者，在另一种实施方式中，所述液体生物质燃料可以由生物质经水热液化工序超临界的“水热液化”处理后得到液体生物质燃料。所述液体生物质燃料可以作为水热液化的热源。
具体地，根据生物质的不同，选择的工序和/或产物有所不同。
例如，当进料的生物质含有塑料固废物时，预热后的进料进入水热碳化工序、或者先经水热腐殖化工序再进入水热碳化工序处理，处理得到的塑料固废残渣进入水热液化工序，得到液体燃料产品。
又如，当进料的生物质为湿生物质和/或污泥时，预热后的进料进入水热碳化工序、或者先经水热腐殖化工序再进入水热碳化工序处理，可以得到黄腐酸液相产品。
再如，当进料的生物质含有塑料等高分子有机颗粒时，预热后的进料经水热腐殖化工序分离过滤出来的塑料高分子颗粒将进入水热液化工序处理，可以等到液体燃料产品。
所述的污泥湿生物质进料中含有不同灰分，比如灰分的质量含量为0.5-10％，又如为1-8％，示例性为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％。
所述污泥中含有干物质和灰分，干物质的质量含量为10-50％，灰分的质量含量为5-40％。
所述水热碳化工序的处理温度为200-280℃，比如267℃；所述水热腐殖化工序的处理温度不低于150℃且小于200℃，比如为191℃；所述水热液化工序的处理温度为560-700℃，比如为640℃。
所述气相产品含有CO2、甲烷、挥发性醛、呋喃等中的至少一种。
所述液相产品可以包括第一液相产品、第二液相产品和/或液体燃料产品。所述第一液相产品和/或第二液相产品用于种植业等领域中；例如，用于如上所述的植物肥料、促进植物生长、植物灌溉等。所述液体燃料产品可以用于为上述各工序提供能量或单独作为产品出售。
实施例5
本实施例提供一种水热碳化液相工作介质的再利用系统，包括水热碳化反应器3和流体处理回路10，所述流体处理回路与水热碳化反应器连接，流体处理回路用于将水热碳化反应器采出的液相工作介质返回水热碳化反应器进行浓缩循环处理。
系统包括进料器，进料器与水热碳化反应器的进料口直接连接或间接连接。
所述系统还包括压滤装置。所述压滤装置设置在水热碳化反应器的下游，用于分离水热碳化反应器采出浆料中的固体和液相工作介质。压滤装置的固体出口与固体产品储罐直接或间接连接。
所述水热碳化反应器包括浆料出口、液相工作介质入口。所述浆料出口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的进料口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的液相出口、流体处理回路和液相工作介质入口顺次连接。
在一种实施方式中，所述系统还包括水热液化反应器，水热液化反应器与流体处理回路串联。
所述流体处理回路上设置液相产品采出支路。所述采出支路上还可以设置阀门、流量控制器和/或检测器。
实施例6
本实施例采用实施例5提供的系统对水热碳化液相工作介质进行再利用，包括如下步骤：水热碳化液相工作介质至少经过浓缩循环处理，得到液相产品。浓缩循环处理意指所述液相工作介质返回水热碳化工序浓缩循环。例如，浓缩循环的次数至少为一次、两次、三次或更多次。水热碳化液相工作介质由生物质经水热碳化处理得到。
在一种实施方式中，所述处理还可以包括但不限于调节pH，调节水热碳化进料，调节水热碳化液相工作介质的组分、组分输出量，任选加入或不加入其他反应物、添加剂(例如重金属沉降剂等)等中的一种、两种或更多种处理方式。
所述水热碳化液相工作介质含有无机元素，例如钾、磷、氮等中的至少一种。所述无机元素可以以其盐的形式存在，比如钾盐、磷酸盐、硝酸盐等形式。
所述水热碳化液相工作介质含有有机物，例如所述有机物为羧酸，优选为短链羧酸(意指碳链上的碳原子数小于6的脂肪酸)，例如甲酸、乙酸、丙酸、氨基酸等。
所述水热碳化液相工作介质含有植物基胺、木质素酚、呋喃、黄腐酸等中的一种、两种或更多种。
所述生物质为植物秸秆、谷壳、植被落叶、园林修剪落叶、景观绿化废物、食品废物或城市固体废物的有机部分等中的至少一种。
再利用后得到的液相产品不含有或者几乎不含有对植物(优选农作物)、动物、土壤等有害的物质。例如，有害物质包括但不限于有害有机物、有害无机物、重金属元素等中的至少一种。其中，所述几乎不含有意指有害物质的含量低于0.05％，例如低于0.02％，又如低于 0.01％。
所述液相产品中含有水热碳化液相工作介质中含有的上述无机元素、有机物、植物基胺、木质素酚、呋喃、黄腐酸等中的一种、两种或更多种。所述液相产品中各物质和/或元素的含量高于所述水热碳化液相工作介质中的含量。
实施例7
水热碳化液相工作介质的处理装置，包括在实施例5提供的水热碳化液相工作介质的再利用系统中，在水热碳化反应器上设置添加剂入口，用于向反应器中加入pH调节剂、催化剂等添加剂；和/或在流体处理回路上设置至少一条干扰回路。
实施例8
水热碳化液相工作介质的处理方法，包括如下步骤：对水热碳化液相工作介质中含有的有毒物质和/或可能形成有毒物质的元素、离子、基团和/或物质分子从介质水中分离、或者抑制有毒物质的形成。
例如，所述可能形成有毒物质的元素包括但不限于S、Cl、重金属等中的至少一种。
例如，所述可能形成有毒物质的离子包括但不限于重金属离子等。
所述分离可以通过向水热碳化介质水中加入催化剂、和/或通过改变和/或添加介质水的干扰回路等手段实现分离和/或抑制有毒物质的形成。
实施例9
如图3和图4所示，湿生物质经过HTC处理之后，形成了碳致密化的水焦产品，其通过流化床热解技术产出热解为合成燃气，还通过流化床热解技术、微波热解技术、等离子体热解技术产出热解产出生物炭的高价值碳基材料。
其中，HTC过程的物料平衡表如下：
Figure DEST_PATH_GDA0003847969210000241
Figure DEST_PATH_GDA0003847969210000251
作为选择，上述热解产生的合成燃气还可以用于通过本领域已知的方法生产氨(NH3)。
实施例10
如图5和图6所示，智慧微电网系统包括燃气-蒸汽联合循环热电机组模块(CHP模块)、水热碳化模块和氨燃料电池；水热碳化模块由CHP模块产生的余热供给热能。
CHP模块包括联用的燃气单元和蒸汽单元。燃气单元包括燃气发电机、燃气轮机、燃料供给装置和空气入口。其中，燃气发电机、燃气轮机、燃料供给装置的设置位置和连接方式为本领域已知连接方式，空气入口的设置为本领域已知设置位置。蒸汽单元包括蒸汽轮机、蒸汽器、汽机发电机和余热锅炉。其中，蒸汽轮机、蒸汽器、汽机发电机和余热锅炉的设置位置和连接方式为本领域已知连接方式。CHP模块的余热来自于余热锅炉提供。
所述水热碳化模块为将废弃生物质转换为碳基材料的模块，例如上文实施例中提供的水热碳化系统、水热碳化液相工作介质的再利用系统、水热碳化液相工作介质的处理装置和/或生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统。CHP模块设置在所述水热碳化模块的附近。例如，所述CHP模块输出的余热能够供给半径不超过五公里(优选不超过三公里)的水热碳化模块，将废弃生物质转换为碳基材料—水焦炭。废弃生物质为城市湿垃圾、污泥等中的一种、两种或更多种。
水热碳化模块中的水热碳化反应装置的热能由所述CHP模块供给。在水热碳化模块邻近布局的CHP模块(CHP能效大于54％)，能够充分发挥水热碳化反应装置的对废弃生物质的预处理，这是因为将CHP模块产生的余热(热能)直接加以利用，避开了传统工序“热电—电制冷/热电—电制热”的两个转换环节，减缓热量损失至少50％。
所述水热碳化模块中的碳化固相物料可以提供碳基材料，为此其优选包含碳基材料收集单元。优选地，所述碳基材料收集单元的物料入口与所述水热碳化系统的固相出口或输送装置连接，所述碳基材料收集单元的物料出口与碳热解装置和/或碳气化装置连接。由所述碳热解装置或碳气化装置对碳基材料进行热解或气化处理，将碳基材料转化为需要的燃料。例如，所述气体燃料可以为天然气等中的一种或多种，如实施例9中的合成燃气。因此，所述碳基材料收集单元可以与碳热解装置连接，通过所述碳热解装置将碳基材料(如水焦碳)热解气化用于生产氨。所述的氨可以液化为液氨，并作为液态冷媒用于数据中心的制冷，例如通过DLC 模块实现数据中心的制冷。用于制冷的液氨可以储存于液氨制冷蓄能模块，并循环使用，或者使用本领域已知的方法用于制备氢气。
碳基材料可就近替代或补充作为CHP模块的至少部分管道燃气(即作为CHP模块的清洁燃料)，进一步降低清洁修复垃圾填埋场的成本。
水热碳化模块还包含水热碳化介质水处理单元，例如该处理单元至少包括重金属去除回路(优选为循环电纺萃取回路)，用于清除所述水热碳化介质水中的重金属离子。水热碳化介质水处理单元与所述水热碳化反应装置的液相出口连接。
重金属去除回路(或者循环电纺萃取回路)与重金属萃取反应器连接；由所述重金属萃取反应器处理后的水热碳化介质水，通过重金属去除回路返回所述水热碳化模块。
氨燃料电池模块作为智慧微电网系统的绿色应急和备份电源。
在一种实施方式中，智慧微电网系统进一步包括制冷蓄能模块。制冷蓄能模块由CHP模块产生的余热驱动。
制冷蓄能模块包括制冷机组、冷能存储装置和/或供应调节装置。制冷蓄能模块还可以包含空调制冷蓄能模块。例如，所述冷能存储装置可以为蓄冷池。
冷能存储装置或蓄冷池含有服务器(或机柜)直接冷却功能模块(DLC模块)。直接冷却功能模块含有液体介质，所述液体介质至少具有冷却散发热量的硬件和/或空间降温的作用。散发热量的硬件可以为IT装置(比如服务器)。
冷能存储装置可以为液体介质蓄冷容器。液体介质蓄冷容器可以主要由导管和(终端) 换热器集成，导管的布局方式优选以达到最优冷却和蓄能效果为佳。从而可将空间制冷、DLC 模块制冷、空调制冷的综合能耗降低到最小。
冷能存储装置可以含有蓄冷水槽和蓄冰槽。蓄冷水槽和蓄冰槽均设置在地下；还优选设置在所述制冷机组附近。
本领域技术人员可以理解，制冷机组、冷能存储装置、供应调节装置(例如蓄水装置和/ 或蓄冰装置)、蓄冷池、直接冷却功能模块、液体介质蓄冷容器、蓄冷水槽、蓄冰槽等的数量可以根据所述智慧微电网系统的应用规模进行调整。
具体地，CHP模块联产的热负荷蒸汽直接驱动制冷蓄能模块，由制冷机组直接承担蒸汽负荷，以地下大型的蓄冷水槽和蓄冰槽相结合的方式进行蒸汽制冷后冷能源的冻水介质进行冷能的存储调节，可以平滑用户制冷需求的波动。大规模的供应调节装置(蓄水装置)还可以进行有效的“峰谷”蓄能调节。
实施例11
如图5和6所示的数据中心的清洁微电网系统，包括实施例10的智慧微电网系统和主电网。智慧微电网系统作为数据中心的备份独立电源，还能够驱动数据中心的制冷和/或供热。主电网为市政供电系统。
主电网和智慧微电网系统通过离网与并网组合的方式为数据中心供电。
清洁微电网系统还包括主电网控制器和/或智慧微电网中央控制系统。主电网通过主电网控制器为数据中心供电，智慧微电网通过智慧微电网中央控制系统为数据中心供电，和/或为制冷蓄能模块和/或供暖模块供电和供热。
当数据中心与主电网并网运行时，由主电网为数据中心的设备供电，智慧微电网为给数据中心制冷的所述制冷蓄能模块供电和供热，和/或给为数据中心供暖的所述供暖模块供电和供热；
当主电网故障，可自动切换为由智慧微电网为数据中心供电，数据中心的制冷则由制冷蓄能模块的蓄冷池提供。
实施例12
本实施例提供了如实施例1的水热碳化系统与Wilson Solarpower Corp或247Solar公司的太阳能发电系统(微型空气布莱顿循环涡轮模块)的耦合系统，图7示出了该耦合系统的示意图。
其中，离心机提供的碳化固相产品(水焦产物)经过干燥机干燥，在800℃以上的温度下，通过在气化介质中加热，如空气、氧气或蒸汽(可以在催化剂或无催化条件下进行)转化为气体燃料。气化产物是一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气和水蒸气的混合物。因较高的工艺温度促进了提前裂解过程，所以同时减少了挥发性有机物并增加了固定碳。气化过程产生的生物炭残渣与的热解过程产生的生物炭相比，碳和灰分含量更高。水焦的灰分含量可达到约 30％。
气化产物与布莱顿循环发电系统(Brayton Cycle CSP)结合，以向布莱顿循环系统的气体涡轮模块提供燃气，以使所述涡轮模块以PCT国际申请PCT/US2011/052051公开的“气体涡轮”模块或PCT国际申请PCT/US2013/031627“燃气涡轮机”模块的方式工作，从而实现能源动力的转换。或者作为选择，通过氨制备的氢气也可以用作所述气体涡轮模块的燃气。
实施例13
本实施例提供了如实施例1的水热碳化系统与清洁微电网系统和WilsonSolarpower Corp 或247Solar公司的太阳能发电系统的耦合系统，图8和9分别示出了该耦合系统上半部分和下半部分的示意图。
其中，所述水热碳化系统与清洁微电网系统的耦合可参考实施例10和11的方式工作，所述水热碳化系统与Wilson Solarpower Corp或247Solar公司的太阳能发电系统的耦合可参考实施例12的方式工作。
以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述系统至少包括水热碳化反应器和流体处理回路，所述流体处理回路与水热碳化反应器连接，流体处理回路用于将水热碳化反应器采出的液相工作介质返回水热碳化反应器进行浓缩循环处理；
所述系统还包括水热腐殖化反应器，所述水热腐殖化反应器与水热碳化反应器串联。
2.如权利要求1所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述系统包括进料器。
3.如权利要求2所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述系统还包括水热腐殖化反应器。
4.如权利要求3所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，在所述水热腐殖化反应器与水热碳化反应器串联的管路上，还设置热交换器。
5.如权利要求3所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述进料器与水热腐殖化反应器或者与水热碳化反应器的进料口连接；
所述水热腐殖化反应器的液相出口与进料器连接，实现水热腐殖化采出液相的连续循环进料；
所述水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器的气相物出口与气相采出管路连接。
6.如权利要求5所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述气相采出管路上还设置冷凝器。
7.如权利要求3所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述系统还包括压滤装置；所述压滤装置设置在水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器的下游，用于分离水热腐殖化反应器和/或水热碳化反应器采出浆料中的固体和液相工作介质。
8.如权利要求7所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述压滤装置的固体出口与固体储罐直接或间接连接。
9.如权利要求1-3任一项所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述水热碳化反应器包括浆料出口、液相工作介质入口；所述浆料出口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的进料口、位于水热碳化反应器下游的压滤装置的液相出口、流体处理回路和液相工作介质入口顺次连接。
10.根据权利要求9所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述水热碳化反应器和/或水热腐殖化反应器还包括添加剂入口，用于向反应器中加入pH调节剂、催化剂添加剂。
11.如权利要求9所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述系统还包括水热液化反应器；所述水热液化反应器与流体处理回路串联；或者，所述水热液化反应器与水热腐殖化反应器串联；或者，所述水热液化反应器与水热腐殖化反应器、以及位于水热腐殖化反应器下游的压滤装置串联。
12.如权利要求9所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述流体处理回路上设置液相产品采出支路。
13.如权利要求12所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述液相产品采出支路上设置阀门、流量控制器和/或检测器。
14.如权利要求9所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述流体处理回路上设置至少一条干扰回路。
15.如权利要求11所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述系统还包括燃烧器，作为水热液化反应器的热源。
16.如权利要求2所述的所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述系统还包括预热器，用于预热进入进料器的进料。
17.如权利要求15所述的所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统，其特征在于，所述燃烧器与预热器连接，以预热后的生物质原料作为燃烧器的原料。
18.一种耦合系统，其特征在于，所述耦合系统包括下述(A)和(B)的结合，或下述(A)、(B)和(C)的结合，其中：
(A)选自下列中的一种系统：
权利要求1-17任一项所述的生物质水热碳化全量资源化处理与再利用系统；
(B)选自微电网系统，所述微电网系统组合分布式再生能源为备份，集成包括燃气-蒸汽联合循环热电机组模块、CSP微型光热发电系统、以及任选的下述模块中的一种、两种或多种：水热碳化模块、制冷蓄能模块和供暖模块；
所述制冷蓄能模块、供暖模块和/或水热碳化模块由所述分布式再生能源产生的电力驱动或供给热能；
(C)为布莱顿循环发电系统。
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