高浓度生物质浆料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高浓度生物质浆料及其制备方法与应用，该高浓度生物质浆料主要由生物质粉粒经乳化溶液表面改性获得，生物质粉粒的润胀效应得到有效抑制从而形成高浓度生物质浆料。该高浓度生物质浆料的制备方法，包括如下步骤：1)在加热和搅拌条件下将非极性溶剂、乳化剂和可选的水，调配成稳定的乳化溶液；2)将粉碎后的生物质粉粒与乳化溶液混合均匀，或者在生物质破碎粉磨过程中添加乳化溶液，使粉粒的表面得到改性。本发明专利技术同时提供了前述高浓度生物质浆料在生物质发电、生物质制备合成气等领域的应用。本发明专利技术通过对生物质粉粒进行改性得到高浓度生物质浆料；所得浆料能够采用料浆泵以较低能耗送至下游工序，实现高压稳定进料。

High concentration biomass slurry and preparation method and application thereof

The invention discloses a high concentration of biomass slurry and preparation method and application thereof, the high concentration of biomass feedstock is obtained by biomass powder solution by emulsion surface modification, the swelling effect of biomass particles can be effectively suppressed so as to form a high concentration of biomass feedstock. Preparation method of the high concentration of biomass slurry, which comprises the following steps: 1) during the heating and stirring to non polar solvent, emulsifier and optional water emulsion blended into stable solution; 2) the crushed biomass powder and emulsion solution mixing, or add the emulsion solution in raw material crushing the grinding process, the surface modification of powder. The invention also provides the application of the high concentration biomass slurry in the fields of biomass power generation, biomass preparation, synthesis gas, etc.. By modifying the biomass powder, the biomass slurry with high concentration is obtained, and the slurry can be fed to the downstream process at lower energy consumption by using a slurry pump to achieve high pressure and stable feeding.

【技术实现步骤摘要】
高浓度生物质浆料及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种生物质预处理技术，特别是指一种高浓度生物质浆料及其制备方法与应用。
技术介绍
由于煤炭、石油和天然气等一次能源的不可再生性以及在使用过程中存在温室效应和环保问题，兼具物质和能量属性的可再生生物质资源的清洁环保利用显现出巨大的发展潜力并已成为人们研究和应用所关注的焦点。我国年产7亿吨农业秸秆和2亿吨林业固废，其中相当一部分被废弃或就地焚烧，造成能源浪费和环境污染。这些农林资源类生物质经干燥和粉碎预处理后通过气化反应能够生成以H2和CO为主要成分的合成气，这是实现生物质能源化清洁环保利用的主要途径。气化后所得合成气经净化和变换处理后可通过费托合成技术或其它转化技术合成清洁燃料和高附加值化学品。与煤炭气化技术相近，现阶段生物质的气化主要以薪柴和秸秆为主要原料，经初步破碎至合适粒径范围，通过惰性气体以块状固体(粒径8～50mm)或以固体颗粒(粒径4～8mm)形态输送至气化炉内进行气化反应。高压进料是实现高压气化技术的前提条件，可显著降低气化炉的体积以及下游工段合成气的提压能耗。对于固体生物质气化原料来说，需要使进料锁斗内输送气体的压力高于气化炉压力以实现高压进料，这种进料方式操作相对繁琐而且稳定性较差。由于采用机械阀门来密封高压气体，长时间的高频开关操作容易引起阀门故障或损坏，导致气化炉因进料中断而被迫停机。同时，用于生物质物料输送的惰性气体在下游工段不易脱除，将造成合成气含量和系统效率的降低。另一方面，气化炉对于原料的稳定性要求较高，即使进料量能够保持稳定，进料生物质种类和组成的变化，也将导致气化工况、产气量和合成气组成的显著波动。但生物质原料的组成复杂且随种类和季节而发生变化，这对于气化炉工况的稳定调节构成挑战并制约了生物质干料气化技术的成熟和完善。因此，生物质原料高压进料和物料组成的稳定性成为影响其资源化利用的重要技术问题。与水煤浆高压进料气化相近，若将生物质原料进行成浆处理，然后采用进料泵输送方式经喷嘴向气化炉进料，则可有效克服生物质固态进料方式所存在的缺陷，从技术层面解决困扰生物质气化技术已久的高压稳定进料难题。同时，生物质浆料可根据原料成分的变化进行宽范围调节以维持气化物料组成的稳定性。将生物质进行成浆处理的技术在工业方面，如生物质制浆造纸和纤维素乙醇行业，已被广泛应用。然而由于生物质粉粒遇水后存在润胀效应，通过常规方法能够达到的成浆浓度(浆料中生物质组分的质量百分比含量)较低，仅在10wt％以下，热值仅为300kcal/kg左右，不适合作为气化原料。若继续提高生物质浆料的浓度则会出现因表观黏度剧增而失去流动性，导致进料输送困难或堵塞。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热值较高、流动性较好、可通过泵输送的的高浓度生物质浆料及其制备方法与应用。为实现上述目的，本专利技术所提供的高浓度生物质浆料，主要由生物质粉粒经乳化溶液表面改性制得，生物质粉粒的润胀效应得到有效抑制以形成高浓度生物质浆料。所述乳化溶液由乳化剂和非极性溶剂，或者乳化剂、非极性溶剂和水调配制得，可以是O/W型(水相包裹油相)或W/O型(油相包裹水相)乳化溶液。生物质主要是以薪柴为主的农作物秸秆和林业废弃物等，无需经过烘焙、碳化或热解处理即可直接用于制备生物质浆料，当然经过上述处理的原料也可用于制浆。非极性溶剂可选合成油厂废油蜡；水可选自生物质气化等工序的过程废水，有利于实现合成油厂废料的综合利用。优选地，该生物质浆料中各组分的质量百分比如下：优选地，该生物质浆料中生物质组分的质量百分比含量不低于40％，热值不小于2500kcal/kg，表观黏度不大于1500mPa/s。优选地，该生物质浆料中，固体颗粒粒径在0.8mm以上的物料占浆料中干物料的质量百分比不大于1wt％(记为Pd,+0.8mm≤1wt％)。优选地，所述生物质粉粒的颗粒密度范围在0.7～1.4g/cm3，粒径在0.8mm以上的颗粒占生物质粉粒的质量百分比不大于1wt％(即Pd,+0.8mm≤1wt％)，高的颗粒密度有利于获得更高的浆料浓度，小的颗粒粒径有利于提高生物质浆料的稳定性。优选地，该生物质浆料中还添加有添加剂，所述添加剂为表面活性剂和/或高分子聚合物，其中，表面活性剂可以为离子型、非离子型表面活性剂或复配的表面活性剂，优选为烷基磺酸盐或木质素磺酸盐；高分子聚合物作为生物质浆料的稳定剂，优选为聚环氧乙烯或聚苯乙烯磺酸盐。所述添加剂在生物质浆料中的合计质量百分比为0.4wt％～2wt％。可选地，该生物质浆料中还添加有可选配料，所述可选配料为含碳的固体废料和/或含碳的浆态废料，所述可选配料在生物质浆料中的合计质量百分比为0～10wt％。所述含碳的固体废料优选为城市固废、餐饮垃圾、塑料和废旧轮胎胶粉中的一种或多种，所述含碳的浆态废料优选为有机污泥和/或造纸黑液。优选地，所述非极性溶剂为油、油脂和蜡中的一种或多种，其组成以烷烃、烯烃、芳烃或脂肪为主。优选地，所述乳化剂为以下阴离子/非离子复配型乳化剂中的一种或多种：1)烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)与失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(Tween-80)的复配乳化剂，2)烷基酚聚氧乙烯醚与油酸三乙醇胺的复配乳化剂，3)单硬脂酸甘油酯与失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚的复配乳化剂，4)烷基酚与环氧乙烯醚(APEO)和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)的复配乳化剂。优选地，所述乳化剂的亲水亲油平衡值范围在8～11。本专利技术同时提供了前述高浓度生物质浆料的制备方法，包括如下步骤：1)在加热和搅拌条件下将非极性溶剂、水和乳化剂，或者非极性溶剂和乳化剂，调配成稳定的乳化溶液；2)将粉碎后的生物质粉粒与乳化溶液混合均匀，或者在生物质破碎粉磨过程中添加乳化溶液，使生物质粉粒的表面得到改性。优选地，该方法还包括以下步骤：3)在生物质浆料中掺混添加剂和/或可选配料，所述添加剂为表面活性剂和/或高分子聚合物，所述可选配料为含碳的固体废料或含碳的浆态废料。优选地，步骤1)中，调制乳化溶液时，加热温度控制在50～80℃，进一步优选为70～80℃；搅拌速度控制在800～1200r/min，进一步优选为950～1050r/min。本专利技术同时提供了前述高浓度生物质浆料的几种应用：1)所述高浓度生物质浆料在锅炉燃料中的应用，优选通过料浆泵输送至生物质发电锅炉中。2)所述高浓度生物质浆料在生物质气化生产合成气中的应用，优选通过料浆泵输送至生物质气化炉中。采用该高浓度生物质浆料作为气化原料，能够以较低能耗实现气化炉的高压稳定进料和合成气的稳定输出。3)所述高浓度生物质浆料用于生物质精炼，生产高附加值产品纤维素、木质素、纳米纤维素、混合糖(木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖和鼠李糖)、糠醛或小分子有机酸。4)所述高浓度生物质浆料在生产高附加值化学品乙醇中的应用。将所述生物质浆料作为生物质精炼或纤维素乙醇的高浓原料，有利于提高产品浓度并降低过程能耗。本专利技术的有益效果是：1)采用乳化溶液对生物质粉粒进行表面改性，使其润胀效应得到有效抑制，从而制备出高浓度生物质浆料；2)可直接利用生物质进行粉碎处理以获得具有足够热值且可泵送的高浓度生物质浆料，实现生物质的能源化清洁环保利用；3)在制浆过程中能够充分利用合成油厂的废油蜡、低值石脑油和废本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高浓度生物质浆料，其特征在于：主要由生物质粉粒经乳化溶液表面改性制得；所述乳化溶液由乳化剂和非极性溶剂，或者乳化剂、非极性溶剂和水调配制得。

【技术特征摘要】
1.一种高浓度生物质浆料，其特征在于：主要由生物质粉粒经乳化溶液表面改性制得；所述乳化溶液由乳化剂和非极性溶剂，或者乳化剂、非极性溶剂和水调配制得。2.根据权利要求1所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：该生物质浆料中各组分的质量百分比如下：3.根据权利要求1所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：该生物质浆料的热值不小于2500kcal/kg，表观黏度不大于1500mPa/s。4.根据权利要求1～3中任一项所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：该生物质浆料中，固体颗粒粒径在0.8mm以上的物料占浆料中干物料的质量百分比不大于1wt％。5.根据权利要求1～3中任一项所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：所述生物质粉粒的颗粒密度范围在0.7～1.4g/cm3。6.根据权利要求1～3中任一项所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：该生物质浆料中还添加有添加剂，所述添加剂为表面活性剂和/或高分子聚合物，所述添加剂在生物质浆料中的合计质量百分比为0.4wt％～2wt％。7.根据权利要求6所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：所述表面活性剂为烷基磺酸盐或木质素磺酸盐，所述高分子聚合物为聚环氧乙烯或聚苯乙烯磺酸盐。8.根据权利要求1～3中任一项所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：该生物质浆料中还添加有可选配料，所述可选配料为含碳的固体废料和/或含碳的浆态废料，所述可选配料在生物质浆料中的合计质量百分比为0～10wt％。9.根据权利要求8所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：所述含碳的固体废料为城市固废、餐饮垃圾、塑料和废旧轮胎胶粉中的一种或多种，所述含碳的浆态废料为有机污泥和/或造纸黑液。10.根据权利要求1～3中任一项所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：所述非极性溶剂为油、油脂和蜡中的一种或多种。11.根据权利要求1～3中任一项所述的高浓度生物质浆料，其特征在于：所述乳化剂为以下复配型乳化剂中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑申棵，J·R·黄，贺蓉，朱晓玮，童浩，
申请(专利权)人：武汉凯迪工程技术研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42