[发明专利]一种水热焦产率的预测方法

权利要求书

1.一种水热焦产率的预测方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对生物质进行水热炭化实验：将所述生物质与水按质量比1:5～1:15放入高温高压反应釜中，密闭反应釜，从室温加热至225～255℃，反应10～20小时，反应结束后，通入冷却水迅速冷却至室温，得到固液产物；(2)取出步骤(1)所得的固液产物进行真空过滤分离，得到水热焦，将所述水热焦烘干、称重，以水热焦干基质量与原料干基质量之比计算得到水热焦的产率为X，(3)然后测得所述生物质的半纤维素、纤维素、木质素和灰分的质量百分含量，基于水热炭化实验数据和生物质的半纤维素、纤维素、木质素和灰分质量百分含量的关系，结合纤维素、半纤维素及木质素平行一级水热反应动力学模型模拟计算结果，建立生物质水热炭化水热焦产率预测模型为：

X＝(aHe+bC+eL+fA)*100％，式中：X为水热焦产率预测值，He、C、L、A分别代表半纤维素、纤维素、木质素和灰分的质量，a、b、e、f分别代表生物质中半纤维素、纤维素、木质素和灰分经水热炭化生成的水热焦占半纤维素、纤维素、木质素和灰分质量的百分比；

(4)模型校核：在步骤(1)所述水热炭化实验中生物质原料特性、生物质给料量、水量不变的条件下，在水热炭化反应时间10～20小时内，通过变动反应温度，测得所述生物质的水热焦产率，结合纤维素、半纤维素、木质素及灰分平行一级水热反应动力学模型模拟计算，对预测模型得到的水热焦产率进行校核分析，使校核后的预测模型的计算结果更接近于生物质水热炭化实验实际测得的实验数据。

2.根据权利要求1所述的水热焦产率的预测方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对生物质进行水热炭化实验：将所述生物质与水按质量比1:5～1:15放入高温高压反应釜中，密闭反应釜，从室温加热至225～255℃，反应10～20小时，反应结束后，通入冷却水迅速冷却至室温，得到固液产物；(2)取出步骤(1)所得的固液产物进行过滤、真空分离，得到水热焦，将所述水热焦烘干、称重，以水热焦干基质量与原料干基质量之比计算得到水热焦的产率为X，(3)然后测得所述生物质的半纤维素、纤维素、木质素和灰分的质量百分含量，基于水热炭化实验数据和生物质的半纤维素、纤维素、木质素和灰分质量百分含量的关系，结合纤维素、半纤维素、木质素和灰分平行一级水热反应动力学模型：如式(1)、(2)、(3)、(4)及其积分(5)～(12)，建立生物质水热炭化水热焦产率预测模型，见公式(14)：

$-\frac{dHe}{dt}=k_{1}He---\left(1\right)$

$-\frac{dC}{dt}=k_{2}C---\left(2\right)$

$-\frac{dL}{dt}=k_{3}L---\left(3\right)$

$-\frac{dA}{dt}=k_{4}A---\left(4\right)$

式(1)～(4)中He、C、L、A分别代表半纤维素、纤维素、木质素和灰分的质量，以He₀、C₀、L₀和A₀分别代表所述生物质中半纤维素、纤维素、木质素和灰分的初始质量，X_He、X_C、X_L、X_A分别代表所述生物质中半纤维素、纤维素、木质素和灰分经水热炭化生成的水热焦，对平行一级水热反应动力学模型(1)～(4)

进行积分：

$He={\mathrm{He}}_0{e}^{-k_{1}t}---\left(5\right)$

$X_{He}={\mathrm{aHe}}_0(1-e^{-k_{1}t})---\left(6\right)$

$C=C_0{e}^{-k_{2}t}---\left(7\right)$

$X_C={\mathrm{bC}}_0(1-e^{-k_{2}t})---\left(8\right)$

$L=L_0{e}^{-k_{3}t}---\left(9\right)$

$X_L={\mathrm{eL}}_0(1-e^{-k_{3}t})---\left(10\right)$

$A=A_0{e}^{-k_{4}t}---\left(11\right)$

$X_A={\mathrm{fA}}_0(1-e^{-k_{4}t})---\left(12\right)$

目标产物水热焦X由未反应完全的所述生物质组分半纤维素He、纤维素C、木质素L和灰分A与半纤维素、纤维素、木质素和灰分分别经水热反应生成的水热焦共同组成，因此水热焦X的产率表示为：

X＝He+X_He+C+X_C+L+X_L+A+X_A

从式(13)可知，生物质水热反应完全，则水热焦完全由半纤维素、纤维素、木质素和灰分转化生成，由式(13)可建立生物质水热焦产率预测模型为式(14)：

所述a、b、e、f均为常数，且所述a、b、e、f根据步骤(1)水热炭化实验的操作条件而定，即反应温度为225～255℃，反应时间为10～20小时，经水热炭化实验所得水热焦得a＝0，b＝0.64，e＝1，f＝1；

(4)模型校核：在步骤(1)所述水热炭化实验中生物质原料特性、生物质给料量、水量不变的条件下，在水热炭化反应时间10～20小时内，通过变动反应温度，测得所述生物质的水热焦产率，结合纤维素、半纤维素、木质素及灰分平行一级水热反应动力学模型模拟计算，对预测模型得到的水热焦产率进行校核分析，使校核后的预测模型的计算结果更接近于生物质水热炭化实验实际测得的实验数据。