[發(fā)明專利]一種水熱焦產(chǎn)率的預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510070864.5
• 申請(qǐng)日: 2015-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN104680003B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭淑青;董向元;馬富芹;石鳳娟;劉海芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00;C10B53/02
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,孫詩雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)水熱資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水熱焦產(chǎn)率的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

生物質(zhì)水熱炭化是一種強(qiáng)制腐殖化和礦化技術(shù)，它利用一定溫度和壓力的熱水或飽和水蒸氣使生物質(zhì)在缺氧的條件下發(fā)生脫氫、脫氧、縮聚、腐殖化和芳香化等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成高含碳量和高能量密度的炭化產(chǎn)物。水熱炭化產(chǎn)物接近泥煤甚至褐煤乃至煤的燃料特性，可被稱為水熱焦，用于改良土壤、燃料、污染物吸附、氣化與熱解、或化工的原料。

目前，化石能源日益減少，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，因此高值化和高效利用數(shù)量巨大、分布廣發(fā)、可再生的生物質(zhì)資源變得尤為重要。據(jù)估計(jì)，我國每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約為7.2億多噸，林業(yè)剩余物資源也高達(dá)3億多噸。這些木質(zhì)纖維類生物質(zhì)因其化學(xué)組分的特點(diǎn)是生物質(zhì)炭化原料的良好選擇，而不同來源的生物質(zhì)因其化學(xué)組分的變化對(duì)炭化產(chǎn)品的產(chǎn)量有著重要的影響，急需對(duì)各種生物質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的研究，找到其中存在的規(guī)律，更好的指導(dǎo)工業(yè)應(yīng)用。

木質(zhì)纖維類生物質(zhì)的主要化學(xué)組分為半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和少量水溶性抽提物及灰分。水溶性抽提物和半纖維素在水熱炭化條件下極易進(jìn)入液相產(chǎn)物，而纖維素和木質(zhì)素對(duì)水熱炭化生物炭的形成起著關(guān)鍵性的作用，纖維素在水熱炭化條件下部分進(jìn)入液相產(chǎn)物，部分形成水熱焦，其形成生物炭的比例取決于炭化反應(yīng)條件。木質(zhì)素在水熱炭化條件下，基本全部形成水熱焦炭。

開發(fā)一種水熱焦產(chǎn)率的預(yù)測(cè)方法，可以使用于不同植物源的生物質(zhì)，而且準(zhǔn)確度較高，對(duì)生物質(zhì)水熱炭化工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行有著一定的指導(dǎo)作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種水熱焦產(chǎn)率的預(yù)測(cè)方法，用于預(yù)測(cè)各種木質(zhì)纖維類生物質(zhì)水熱炭化的水熱焦產(chǎn)率，解決了目前無法依靠經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算而獲得水熱焦產(chǎn)率的問題。

本發(fā)明中所述的一種水熱焦產(chǎn)率的預(yù)測(cè)方法，具體方案如下：

一種水熱焦產(chǎn)率的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：(1)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行水熱炭化實(shí)驗(yàn)：將所述生物質(zhì)與水按質(zhì)量比1:5～1:15放入高溫高壓反應(yīng)釜中，密閉反應(yīng)釜，從室溫加熱至225～255℃，反應(yīng)10～20小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，通入冷卻水迅速冷卻至室溫，得到固液產(chǎn)物；(2)取出步驟(1)所得的固液產(chǎn)物進(jìn)行過濾、真空分離，得到水熱焦，將所述水熱焦烘干、稱重，以水熱焦干基質(zhì)量與原料干基質(zhì)量之比計(jì)算得到水熱焦的產(chǎn)率為X，(3)然后測(cè)得所述生物質(zhì)的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和灰分的質(zhì)量百分含量，基于水熱炭化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生物質(zhì)的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和灰分質(zhì)量百分含量的關(guān)系，結(jié)合纖維素、半纖維素及木質(zhì)素平行一級(jí)水熱反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型模擬計(jì)算結(jié)果，建立生物質(zhì)水熱炭化水熱焦產(chǎn)率預(yù)測(cè)模型為：X＝(aHe+bC+eL+fA)*100％，

式中：X為生物炭產(chǎn)率預(yù)測(cè)值、He、C、L、A分別代表半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和灰分的質(zhì)量；

(4)模型校核：在步驟(1)所述水熱炭化實(shí)驗(yàn)中生物質(zhì)原料特性、生物質(zhì)給料量、水量不變的條件下，在水熱炭化反應(yīng)時(shí)間10～20小時(shí)內(nèi)，通過變動(dòng)反應(yīng)溫度，測(cè)得所述生物質(zhì)的水熱焦產(chǎn)率，結(jié)合纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及灰分平行一級(jí)水熱反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型模擬計(jì)算，對(duì)預(yù)測(cè)模型得到的水熱焦產(chǎn)率進(jìn)行校核分析，使校核后的預(yù)測(cè)模型的計(jì)算結(jié)果更接近于生物質(zhì)水熱炭化實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

所述水熱焦產(chǎn)率的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：(1)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行水熱炭化實(shí)驗(yàn)：將所述生物質(zhì)與水按質(zhì)量比1:5～1:15放入高溫高壓反應(yīng)釜中，密閉反應(yīng)釜，從室溫加熱至225～255℃，反應(yīng)10～20小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，通入冷卻水迅速冷卻至室溫，得到固液產(chǎn)物；(2)取出步驟(1)所得的固液產(chǎn)物進(jìn)行過濾、真空分離，得到水熱焦，將所述水熱焦烘干、稱重，以水熱焦干基質(zhì)量與原料干基質(zhì)量之比計(jì)算得到水熱焦的產(chǎn)率為X，(3)然后測(cè)得所述生物質(zhì)的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和灰分的質(zhì)量百分含量，基于水熱炭化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生物質(zhì)的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和灰分質(zhì)量百分含量的關(guān)系，結(jié)合纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和灰分平行一級(jí)水熱反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型：如式(1)、

(2)、(3)、(4)及其積分(5)～(12)，建立生物質(zhì)水熱炭化水熱焦產(chǎn)率預(yù)測(cè)模型，見公式(14)：