[发明专利]一种水热焦产率的预测方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质水热资源化技术领域，具体涉及一种水热焦产率的预测方法。

背景技术

生物质水热炭化是一种强制腐殖化和矿化技术，它利用一定温度和压力的热水或饱和水蒸气使生物质在缺氧的条件下发生脱氢、脱氧、缩聚、腐殖化和芳香化等复杂的化学反应，生成高含碳量和高能量密度的炭化产物。水热炭化产物接近泥煤甚至褐煤乃至煤的燃料特性，可被称为水热焦，用于改良土壤、燃料、污染物吸附、气化与热解、或化工的原料。

目前，化石能源日益减少，环境污染越来越严重，因此高值化和高效利用数量巨大、分布广发、可再生的生物质资源变得尤为重要。据估计，我国每年农作物秸秆产量约为7.2亿多吨，林业剩余物资源也高达3亿多吨。这些木质纤维类生物质因其化学组分的特点是生物质炭化原料的良好选择，而不同来源的生物质因其化学组分的变化对炭化产品的产量有着重要的影响，急需对各种生物质进行详细的研究，找到其中存在的规律，更好的指导工业应用。

木质纤维类生物质的主要化学组分为半纤维素、纤维素、木质素和少量水溶性抽提物及灰分。水溶性抽提物和半纤维素在水热炭化条件下极易进入液相产物，而纤维素和木质素对水热炭化生物炭的形成起着关键性的作用，纤维素在水热炭化条件下部分进入液相产物，部分形成水热焦，其形成生物炭的比例取决于炭化反应条件。木质素在水热炭化条件下，基本全部形成水热焦炭。

开发一种水热焦产率的预测方法，可以使用于不同植物源的生物质，而且准确度较高，对生物质水热炭化工艺的设计与运行有着一定的指导作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水热焦产率的预测方法，用于预测各种木质纤维类生物质水热炭化的水热焦产率，解决了目前无法依靠经验公式计算而获得水热焦产率的问题。

本发明中所述的一种水热焦产率的预测方法，具体方案如下：

一种水热焦产率的预测方法，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为生物炭产率预测值、He、C、L、A分别代表半纤维素、纤维素、木质素和灰分的质量；

(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。

所述水热焦产率的预测方法，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)：