[發(fā)明專利]一種進行水熱碳化反應(yīng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710473589.0
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107345145B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯德潘·尼科亞·庫舍
• 申請（專利權(quán)）人: AVA綠色化學(xué)發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號: C10B53/00
• 分類號: C10B53/00;C10B53/02;C10B57/00
• 代理公司: 成都其高專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51244
• 代理人: 梁周霆

本發(fā)明提供一種進行水熱碳化反應(yīng)的方法，該方法能夠提高水熱碳化反應(yīng)產(chǎn)物收率。在水熱碳化反應(yīng)中，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物炭，其中反應(yīng)產(chǎn)物收率取決于反應(yīng)條件，反應(yīng)條件還包括碳化反應(yīng)持續(xù)時間，在這期間來自水和生物質(zhì)的漿料保留在反應(yīng)釜中，并承受一定的壓力和溫度。為獲得最大產(chǎn)物收率，應(yīng)盡可能使?jié){料中保留更多固態(tài)物。由于碳化反應(yīng)期間，固態(tài)物的量如漿料pH值一樣，其變化按照基本相似的曲線進行，但在反應(yīng)過程中，固態(tài)物的量很難確定，而pH值在整個反應(yīng)過程中均可測量，因此可通過監(jiān)測PH值以獲得固態(tài)物最大值的點，即當(dāng)pH值為最大時，終止反應(yīng)，此時能夠獲得最大的固態(tài)物量，而固態(tài)物最大值與生物炭相符合，由此提高反應(yīng)產(chǎn)物收率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種進行水熱碳化反應(yīng)的方法，具體涉及一種通過測量系統(tǒng)PH值以獲得較高反應(yīng)產(chǎn)物收率的水熱碳化反應(yīng)方法。

背景技術(shù)

進行水熱碳化反應(yīng)的方法，在現(xiàn)有技術(shù)中為將生物質(zhì)引入到反應(yīng)釜中，根據(jù)水熱碳化反應(yīng)進行條件，通過蒸汽的供給創(chuàng)造反應(yīng)條件所需的壓力和溫度，并維持一定的反應(yīng)時間。這種方法已經(jīng)在技術(shù)出版物中多次公開，并在專利DE 10 2011001954 A1中有所描述，該專利文獻中描述了在水熱碳化反應(yīng)的過程中，生物質(zhì)和引入的蒸汽發(fā)生了混合，并且在混合的基礎(chǔ)上，為壓力和加熱提供了大的反應(yīng)表面和大的接觸面，且該專利文獻中明確指出，這樣能夠明顯更快、更均勻地完成碳化反應(yīng)。

水熱碳化反應(yīng)的基礎(chǔ)是用于反應(yīng)的生物質(zhì)，其通常含有木質(zhì)素，在木質(zhì)素中含有用于碳化的纖維素。HTC過程（水熱碳化反應(yīng)過程）開始時，首先會發(fā)生水解，將纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖，葡萄糖溶解在工藝水中。水解只需要很短的時間，大約一到兩分鐘，在纖維素水解并轉(zhuǎn)換成葡萄糖之后，隨后發(fā)生碳化反應(yīng)。正如上述步驟中所描述，碳化反應(yīng)會通過生物質(zhì)的混合而加速。通過這種方式確保了必要的反應(yīng)條件，即壓力約25Bar，溫度約230℃，并盡可能使待處理的所有材料都能混合均勻。在發(fā)生實際碳化后，所謂的液化過程將是最后一個重要步驟，其中碳-成分連接在一起，形成了更大的分子，繼而形成了HTC-煤。在生物質(zhì)混合物即所謂的漿料中含有固態(tài)部分，在此方法中的最后一步是把反應(yīng)產(chǎn)生的生物炭從工藝水中分離，從而使固態(tài)物均被作為生物炭一同從工藝水中進行了分離，分離后的工藝水還可供給到其他應(yīng)用中作為處理水使用，或可以再次在反應(yīng)中使用。

在這個反應(yīng)過程中還應(yīng)考慮的是，在工藝水中殘留了一定量的炭，應(yīng)如何使生物炭的收率有效提高。同樣也必須考慮到，在反應(yīng)釜中相對長的停留時間雖然可能會實現(xiàn)生物炭的高收率，但從邏輯上考慮，也同樣會導(dǎo)致反應(yīng)釜的一個較差的利用率，因此漿料在反應(yīng)釜中不能長時間停留，這樣有助于獲得更經(jīng)濟的解決方案。然而現(xiàn)有技術(shù)中并沒有涉及任何與解決上述技術(shù)問題相關(guān)的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種進行水熱碳化反應(yīng)的方法，通過該方法，可明顯降低漿料在反應(yīng)釜中的停留時間，同時提高生物炭的收率，并因此帶來更多的工藝水提取物。

根據(jù)本發(fā)明所提供的方法，在反應(yīng)釜中發(fā)生水熱碳化反應(yīng)，使生物質(zhì)和水蒸汽結(jié)合在一起。在壓力和溫度升高的情況下生物質(zhì)發(fā)生碳化，并同時產(chǎn)生固態(tài)產(chǎn)物，其可以從積累的工藝水中分離的漿料中獲得。可以確定的是，不具有水溶性碳的部分，可從漿料或工藝水中分離，但固態(tài)物的量的變化過程既不是恒定，也不是單調(diào)遞增，更確切地說，從反應(yīng)起始階段，伴隨著生物質(zhì)就含有固態(tài)物，在接下里的階段中生物質(zhì)將進行分裂和碳化；隨著碳化反應(yīng)的發(fā)生，固態(tài)物會明顯減少，因為原來的生物質(zhì)被分裂；隨著液化作用的開始，情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)，固態(tài)物再次增多，其中反應(yīng)產(chǎn)物生物炭也作為固態(tài)物的一部分包含在漿料中。從這里開始，生物炭再次發(fā)生分裂，固態(tài)物明顯減少，反應(yīng)過程明顯延長。

為了盡可能提高生物炭、固態(tài)物的收率，必須確定一個能夠盡可能獲得最多的固態(tài)物的時間點。然而問題是，固態(tài)物的量，在反應(yīng)過程中不能簡單地確定。雖然對于某些生物材料，可以通過一系列測試來確定一個理想的時間，但由于反應(yīng)引入的生物材料有很大的不同，所需的系列測試會產(chǎn)生昂貴的費用。即使是不同批次的相同材料，也可能具有完全不同的值。