[發明專利]一種基于水熱反應的農林廢棄物脫堿炭化方法

有效

• 申請號: 201910635273.6
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110358599B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 王廣偉;王川;張建良;邵久剛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C10L5/44
• 分類號: C10L5/44;C10B53/02;C10G1/00
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

本發明公開了一種基于水熱反應的農林廢棄物脫堿炭化方法，包括農林廢棄物預處理、漿液預熱處理、水熱脫堿炭化、固液分離處理、脫水干燥處理、余熱回收利用和脫堿水循環利用；通過控制水熱反應的原料和反應條件，使利用價值較低的低發熱值、高堿金屬含量的農林廢棄物轉化為高發熱值、低堿金屬含量的高品質水熱炭；并通過對反應中的余熱和副產物進行再利用，既能降低能耗，又能提高資源利用率，減少環境污染；整體處理過程效率高、能耗低、制得的水熱炭可以作為一種優質的清潔燃料使用，從而提升農林廢棄物利用價值，具有積極的經濟意義和生態意義。

技術領域

本發明涉及農林廢棄物利用技術領域，特別是涉及一種基于水熱反應的農林廢棄物脫堿炭化方法。

背景技術

農林廢棄物是農、林類產業在生產加工的過程中產生的副產物，其數量巨大、種類繁多，并且，隨著農業經濟的快速發展和科學技術的不斷進步，農作物產量不斷提高，農產品加工產業也發展迅速，使得各種農林廢棄物數量不斷增加，但由于技術、傳統和觀念等因素的限制，當前對農林廢棄物的利用率仍比較低。而農林廢棄物作為一種可再生的生物質能源，被大量燃燒或廢棄，不僅造成了生物質資源的嚴重浪費，而且增加了溫室氣體的排放，加劇了對環境的污染。因此，有必要對農林廢棄物進行合理的開發利用，以提高資源利用率，并減少環境污染。

當前對農林廢棄物的主要利用方式為炭化提質，而目前常見的炭化提質技術包括熱解炭化和水熱炭化。其中，熱解炭化提質技術是使農林廢棄物在非氧化氣氛條件下連續升溫，發生一系列復雜的物理化學反應，脫除部分水分和揮發分，從而得到發熱值高、制粉性能優良生物質熱解炭，但由于熱解過程灰分不能脫除，造成熱解生物質炭中灰分含量增加，特別是堿金屬含量居高不下，因此限制了生物質熱解炭的應用。而水熱炭化是近年來快速發展的一種農林廢棄物炭化提質技術，水熱炭化過程與熱解反應過程的重要區別是其所引發的反應是在高溫液相水的介質下進行，通過將農林廢棄物與水放置高壓反應釜中進行加熱，由水提供飽和蒸汽壓，將農林廢棄物內部的水分以液體形式排出，并將有機大分子組分水解轉化形成可溶性小分子有機物，同時，水熱炭化過程中還能部分脫除農林廢棄物中的灰分，進一步提升農林廢棄物的利用價值。

公開號為CN106010601A的專利公開了一種利用香蕉皮制備的生物炭、制備方法及其應用，通過將香蕉皮粉碎后與活化劑的水溶液混合后進行水熱炭化反應，反應結束后洗滌、干燥得到生物炭；該方法制得的生物炭具有顆粒小。比表面積大的特點，能夠用作吸附劑，但其熱值低、堿金屬含量高，不適合用作燃料。公開號為CN105602646A的專利公開了一種水熱炭化制生物質燒烤炭的方法，采用先水熱炭化后壓縮成型的工藝，生產了一種潔凈少灰的純生物質燒烤炭；但該方法主要側重于提高炭化產物的熱值，而未對堿金屬含量進行控制，導致炭化產物中堿金屬含量較高，同時，在水熱炭化過程中，產生的熱量和其他副產物均未得到充分運用，造成了一定的資源浪費。

同時，在水熱反應過程中，因原料以及制備工藝和方法的多樣化，制得的水熱炭的灰分、揮發分、熱值和堿金屬含量等性能參數的差異非常大，使得產品具有不同的性能和用途，形成了多樣化的水熱炭產物，而當前仍缺乏一種同時具有高熱值和低堿金屬含量的高品質水熱炭，有必要對其制備方法進行研究。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題，提供一種基于水熱反應的農林廢棄物脫堿炭化方法，通過控制水熱反應的原料和反應條件，將利用價值較低的低熱值、高堿金屬含量的農林廢棄物轉化為高熱值、低堿金屬含量的高品質水熱炭；并通過對反應中的余熱和副產物進行再利用，既能降低能耗，又能提高資源利用率，減少環境污染；整體處理過程效率高、能耗低、具有積極的經濟意義和生態意義。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于水熱反應的農林廢棄物脫堿炭化方法，包括如下步驟：

(1)農林廢棄物預處理：對農林廢棄物進行破碎處理，并在破碎后的試樣中添加制漿用水，制備漿液；

(2)漿液預熱處理：將制得的農林廢棄物漿液經高壓漿泵加壓后，輸送至換熱器進行預熱；