[發明專利]一種利用生物質制備水熱焦的方法

有效

• 申請號: 201510070287.X
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104690068B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 郭淑青;董向元;石鳳娟;馬富芹;劉磊
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: B09B3/00
• 分類號: B09B3/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,孫詩雨

技術領域????

本發明屬于生物質資源化領域，特別涉及一種利用生物質制備水熱焦的方法。

背景技術

我國每年城市生活垃圾產量已高達1.5億噸，并正在以每年9%的速度遞增，農作物秸稈產量每年約為7.2億多噸，林業剩余物資源也高達3億多噸。如此數量巨大的生物質資源給快速、有效的處理和利用帶來了很大的困難，其減量化、穩定化和資源化處理對經濟的發展和生態環境的改善都具有重大意義。

以往，針對生物質常采用的處置方式主要有填埋、堆肥、焚燒等，不但利用率低下，同時也造成了大量的環境污染問題。

發明內容????

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種利用生物質制備水熱焦的方法，該方法過程簡單，能源利用率高，可以將生物質轉化為具有改良土壤結構和酸性的水熱焦。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種利用生物質制備水熱焦的方法，包括如下步驟：（1）將生物質與水按質量比1:5~1:15的比例加入到反應釜中，在缺氧氣氛中加熱液化和腐殖化，所述反應溫度為225~245℃，壓力為2.5~2.9MPa，停留時間為5-15分鐘，反應結束后，通冷卻水冷卻，將所得固液混合產物通過真空過濾分離得到一次液化產物和固體腐殖化材料；

（2）將步驟（1）所得到的一次液化產物進行膜分離，所述膜分離截留相對分子質量為50~500，然后通過透析和/或電滲析和/或納米過濾得到可溶性糖濃縮液和剩余分離液，所述可溶性糖產率可達15~25%；

（3）將步驟（2）所得到的剩余分離液和補給步驟（1）中所用水質量的0~10%的水加入到反應釜中，然后與步驟（1）所得到的腐殖化材料在缺氧氣氛中加熱腐殖化，所述腐殖化溫度為175~195℃，壓力為0.9~1.4MPa，停留時間為12~24小時，將產物過濾、離心得到二次液化產物和水熱焦，所述水熱焦產率可達60~70%；

（4）將步驟（3）所得二次液化產物再次用作步驟（1）的反應溶劑，同時補給步驟（1）中所用水質量的0~10%的水，再次與生物質在缺氧氣氛中加熱，重復所述步驟（1）至（3），循環進行。

所述步驟（2）中的可溶性糖濃縮液作為液體燃料應用，通過發酵制取燃料乙醇，具有清潔燃燒、減少污染物排放而造成空氣污染的好處。

所述步驟（3）得到的水熱焦作為土壤改良劑應用，所述水熱焦含豐富的有機質、具有孔隙結構和含氧官能團，根據所種植物所需的營養元素也可以添加氮、磷、鉀等元素制作成生態有機復合肥，或者直接在秋收后深翻地時直接施于田間，可以改良我國土壤因長期使用化肥而造成的板結，增強土壤團粒結構，并能吸附土壤中的重金屬比如汞和鉛等元素，減少這些重金屬對農作物乃至人類健康的危害。

所述步驟（1）中生物質為廚余、草木、玉米秸稈、麥稈、甘蔗渣，所述生物質的粒徑為2~20mm。

本發明生物質水熱處理方法利用一定溫度和壓力的熱水使生物質在缺氧的條件下快速切斷有機物大分子的長鏈，發生脫水、脫氫和脫氧、縮聚和腐殖化及芳香化等復雜的化學反應，將生物質內存貯的有機碳轉移到穩定化的類腐殖質中快速封存，可以快速地將生物質轉化為固體水熱焦，用作土壤改良劑或制作成有機生態肥料，實現生物質的減量化、穩定化、無害化和資源化，促進自然界的碳循環；水是生物質水熱處理技術必備的反應溶劑，直接參與生物質的熱化學轉化反應。生物質經水熱處理后，本發明根據目標產物及用途，研究開發合理有效利用過程水的生物質水熱處理技術；生物質水熱轉化生成水熱焦的過程中，所得液體副產物中含有糖類、醛類、小分子有機酸和一些未轉化的有機中間產物，其合理調控工藝參數，合理的處理與應用，對提高能源利用率、生物質轉化率乃至水熱技術的工業應用都有著重要影響。因此，根據生物質結構的演變，合理調控工藝參數，并有效利用液體副產物對生物質水熱處理技術發展顯得十分必要。

與現有技術相比，本發明的效果為：

（1）先通過膜分離，然后通過透析和/或電滲析和/或納米過濾有效分離可溶性糖，提高了原料轉化率，同時減少了因糖類化合物沉積在生物質表面而產生的傳質與擴散阻力，以及在水熱焦生成過程中因糖類化合物分解而產生的污染物排放；

（2）以剩余分離液再次作為反應溶劑回收利用，因其中含有小分子有機酸如乙酸，會對生物質水熱反應起到催化作用，提高了資源利用率，從而降低處理成本；