[實(shí)用新型]基于微波水熱碳化的新鮮生物質(zhì)高值化處理裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520969999.0
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN205133504U
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高英;袁巧霞;陳漢平;蔡明志;馮椋
• 申請（專利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B57/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及新鮮生物質(zhì)處理領(lǐng)域，尤其涉及基于微波水熱碳化的新鮮生物質(zhì)高值化處理裝置，適用于農(nóng)林廢棄物、畜禽廢棄物和水生植物等新鮮生物質(zhì)。

背景技術(shù)

我國是一個(gè)發(fā)展中國家，也是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源儲量非常的豐富。但是很多生物質(zhì)資源視為是一種垃圾，有些雖然被利用，也只是簡單的燃燒，利用率非常的低。直到近幾年生物質(zhì)的利用才被逐漸的重視，它有許多的利用價(jià)值：首先，生物質(zhì)本身是低硫、低氮、低灰分的一種物質(zhì)；其次，眾多的可再生能源里面，生物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化為液體燃料。在世界的能源消耗里面，生物質(zhì)能就占了15%～18%，與天然氣、煤炭和石油相比居第四位，由此可見，在能源原料里，生物質(zhì)能的潛力非常的大。更重要的是，作為一種能源，生物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)碳的零排放，生物質(zhì)在利用時(shí)排放出來的二氧化碳，跟生物生長發(fā)育過程中從自然中吸收來的二氧化碳是等價(jià)的。這就可以有效的解決燃燒化石燃料所帶來的環(huán)境污染問題。生物質(zhì)包含的種類非常的多，例如林業(yè)、農(nóng)業(yè)等資源，禽畜的糞便，還有城市、工業(yè)和商業(yè)中的垃圾以及一些有機(jī)廢棄物。而在我國，每年可供開采的生物質(zhì)能源大約相當(dāng)于6.56億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如何利用好這部分資源是個(gè)亟待解決的問題，這不但可以解決我國的能源短缺問題，也可以有效的解決我國的環(huán)境污染問題。為了使生物質(zhì)清潔無污染轉(zhuǎn)化成為我們需要的能源，燃燒、熱解、發(fā)酵和水解等技術(shù)先后被開發(fā)使用。在近幾年，水熱技術(shù)以其獨(dú)有的特點(diǎn)吸引了無數(shù)研究者的目光，成為研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。水熱技術(shù)的定義非常的簡單，首先溫度和壓力是一定的，然后在反應(yīng)過程中要有生物質(zhì)和水的參與，最后得到的產(chǎn)物包括氣體、液體和固體，操作參數(shù)不同，產(chǎn)物的產(chǎn)率比也會不相同，生物質(zhì)水熱液化、生物質(zhì)水熱氣化、生物質(zhì)水熱碳化這三種對生物質(zhì)水熱技術(shù)的分類也是由此而來。

我國可以開發(fā)利用的生物質(zhì)資源有農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、畜禽糞便、生活污水污泥、水生植物和能源植物。新鮮生物質(zhì)一般具有較高的含水量，木質(zhì)纖維類生物質(zhì)含水率約在8～23％(濕基)，水生生物質(zhì)，如水葫蘆、浮萍、滸苔等含水量更大，其中水葫蘆含水量高達(dá)95%左右，畜禽糞便的含水量約為60%—90%。因此，較高的含水量、單位質(zhì)量的發(fā)熱量低、高額操作成本以及處理工藝的復(fù)雜程度等問題制約了含水率較高生物質(zhì)的資源化利用，如何針對含水率較高生物質(zhì)開發(fā)適宜的處理利用技術(shù)是十分必要的。因此，生物質(zhì)水熱碳化作為一種新型的生物質(zhì)碳化技術(shù)被廣泛展開，整個(gè)過程中含濕量這個(gè)參數(shù)沒有任何的限制，對于干燥處理等操作是完全不需要的。將生物質(zhì)與水按一定的比例完全混合放入反應(yīng)器中，在一定的溫度(180-250℃)，反應(yīng)時(shí)間(4-24小時(shí))，和壓力下(14-276bar)進(jìn)行的水熱反應(yīng)，主要得到固體產(chǎn)物水熱炭。該條件下所需要溫度和壓力都較低，條件相對溫和。從能量密度上而言，水熱炭品質(zhì)接近于泥炭和褐煤，可作為復(fù)合固體燃料直接燃用，與熱解焦炭相比，發(fā)現(xiàn)水熱炭有著較高的能量密度；在熱解焦炭中殘留著幾乎100%的由灰分導(dǎo)致的金屬鹽，而水熱炭中灰分含量與原樣相比僅為它的40%，除此之外，水熱炭還有著較高的熱效率和低污染物排放等特點(diǎn)。除此之外，將原料經(jīng)過一定的水熱交聯(lián)碳化處理后，可以得到尺寸均一、形貌較好的炭，通過合成改質(zhì)可以作為高效穩(wěn)定具有納米尺度的碳功能材料，并廣泛應(yīng)用于電極材料、燃料電池等領(lǐng)域。

但是在較低的水熱碳化溫度下要保持較高的生物質(zhì)水解速率以保證生物質(zhì)的充分轉(zhuǎn)化，對于新鮮生物質(zhì)水熱碳化合成碳基納米材料工藝的實(shí)現(xiàn)十分重要，通過在水熱碳化過程中引入微波場是一條可行途徑。通常，液相產(chǎn)物中的水、糖類、醛類、酚類等各種極性分子的轉(zhuǎn)動頻率處在微波范圍內(nèi)，能吸收一定強(qiáng)度的微波，并在微波作用下使動能-微波能轉(zhuǎn)化為熱能，并快速、均勻地加熱反應(yīng)物，達(dá)到提高化學(xué)反應(yīng)速率的目的。微波除了有熱效應(yīng)外還有非熱效應(yīng)，可以促進(jìn)晶粒生長，加快化學(xué)反應(yīng)，縮短水熱碳化反應(yīng)時(shí)間。生物質(zhì)本身吸收微波能力較弱，但是隨著熱水解反應(yīng)的進(jìn)行其產(chǎn)生的中間產(chǎn)物具有很強(qiáng)的吸收微波能力，使得生物質(zhì)也可以利用到微波快速加熱的特點(diǎn)，達(dá)到快速分解目的。將微波引入到基于高含水生物質(zhì)的水熱碳化工藝中來，這對于實(shí)現(xiàn)高含水生物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)化與產(chǎn)品高值化利用有重要作用。

實(shí)用新型內(nèi)容