制备生物质燃气、活性炭的方法及其产品技术

本发明专利技术属于化工和生物质能源领域，具体涉及生物质利用领域，更具体涉及一种制备生物质燃气的方法，包括如下步骤，将富含木质素的原料在400℃‑600℃下炭化10‑90分钟，得到木质素炭化物并分离出气体。本发明专利技术还涉及制备活性炭的方法、所制得的活性炭以及联产生物质燃气和活性炭的方法。所述方法获得了高燃值的生物质燃气和高比表面积的活性炭，而且，所述方法实现了植物秸秆的有效降解再生，缓解了环境和能源的双重压力。

Method and product for preparing biomass gas and activated carbon

The invention belongs to the field of chemical and biomass energy, in particular to the field of biomass utilization, and more specifically to a method for preparing biomass gas, including the following steps. The lignin rich materials are carbonized for 10 minutes for 90 minutes at 400 degrees centigrade, and lignin carbonates are obtained and separated out of gas. The invention also relates to a method for preparing activated carbon, a prepared activated carbon, and a method for CO producing biomass gas and activated carbon. The method obtained the biomass gas of high burning value and activated carbon with high specific surface area, and the method realized the effective degradation and regeneration of plant straw, and relieved the double pressure of environment and energy.

【技术实现步骤摘要】
制备生物质燃气、活性炭的方法及其产品
本专利技术属于化工和生物质能源生物质利用领域，涉及生物质利用领域，具体涉及一种制备生物质燃气的方法、一种制备活性炭的方法及产品，以及联产生物质燃气和活性炭的方法。
技术介绍
每年全国有大量植物秸秆废弃料需要进行降解和处理。其中，玉米秸秆居农业固体废弃料首位，在我国的年产量大于2亿吨/年。植物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成；其中，半纤维素较易水解为五碳糖，纤维素较难水解为六碳糖，而木质素一般作为燃料。以玉米秸秆为例来看，目前其降解处理方式主要包括转化为饲料、降解为肥料和生物质发电等，但这些方法的秸秆利用率很低，不足10％。因此，大量玉米秸秆仍采用直接焚烧或丢弃的方式处理，造成了极大的环境污染和能源浪费。面对环境和能源的双重压力，将生物质转化为能源、化学品的开发已引起广泛关注，其中，植物秸秆作为广泛而廉价的生物质原料，其高效利用将对缓解环境和能源压力具有重要的意义。生物质燃气(biogas)是利用农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣、禽畜粪便及一切可燃性物质作为原料转换成的可燃性气体。目前，制备生物质燃气的主要方法是将农作物秸秆等可燃性物质在680-700℃高温下进行长达3至4小时的炭化处理，然后分离出气体并净化。但该方法的炭化温度高、炭化时间长，能耗过高。活性炭具有特殊的微晶结构、发达的孔隙结构、巨大的比表面积和较强的吸附能力，能有效去除色度、臭味及大多数有机污染物和某些无机物，目前已广泛用于环境、化工、医药、食品、国防、农业等领域，尤其在环境保护中使用量越来越大，具有极好的发展前景。活性炭传统的制备方法包括炭化和活化步骤。炭化是将含碳原料在有氧环境中高温炭化，无论原料属于芳香族化合物还是链状化合物，炭化后都得到苯环平面分子缩合形成的三维网状结构炭化物。活化可采用物理法或化学法，活化是活性炭成孔、丰富表面基团、扩大表面积及烧去无序碳的过程，是制备活性炭的关键步骤；其中，活化温度和时间对表面含氧基团的种类和数量有直接影响，进而影响了活性炭的性能。目前的活化方法主要是将炭化物浸渍于碱液后，在850℃的高温下焙烧。但该活化方法所制备活性炭的比表面积较低。目前尚需一种对植物秸秆进行有效降解和处理的方法，以缓解社会能源和环境的双重压力。
技术实现思路
本专利技术人获得了一种制备高燃值生物质燃气的方法，将富含木质素的原料中温、快速炭化，分离出的气体可作为生物质燃气。本专利技术人还发现将炭化物以碱液浸渍，再依次在两个温度段焙烧，可得到高比表面积的活性炭。基于此，本专利技术人还得到了联产生物质燃气和活性炭的方法。同时，本专利技术实现了植物秸秆的有效降解处理，减轻了能源和资源的双重压力。并且，本专利技术的制备方法简洁高效，便于操作。本专利技术第一方面涉及一种制备生物质燃气的方法，包括如下步骤：将富含木质素的原料在400℃-600℃下炭化10-90分钟，得到木质素炭化物并分离出气体。本专利技术第一方面的一个实施方式中，所述炭化在氮气气氛中进行。本专利技术第一方面的一个实施方式中，还包括将分离出的气体进行净化的步骤；优选地，所述净化包括将分离出的气体旋风分离，冷却的步骤。在一个实施方案中，分离出的气体和/或净化后的气体即为生物质燃气。本专利技术第一方面的一个实施方式中，所述原料中木质素的重量百分含量为≥50％、≥70％、≥80％、≥90％、≥95％、≥99％或者100％。本专利技术第一方面的一个实施方式中，炭化温度为420℃-570℃、430℃-550℃或480℃-500℃，优选为420℃、430℃、445℃、470℃、480℃、500℃、520℃、550℃、560℃或570℃。本专利技术第一方面的一个实施方式中，炭化时间为15-75分钟、20-60分钟或30-40分钟，优选为15分钟、18分钟、20分钟、24分钟、30分钟、36分钟、40分钟、47分钟、52分钟、60分钟或75分钟。本专利技术第一方面的一个实施方式中，所述原料通过包括如下步骤的方法制备得到：1)将植物的含木质素的部分进行蒸爆处理；2)将步骤1)得到的蒸爆料进行同步糖化发酵，去除发酵物中的乙醇和酵母蛋白，即为所述原料。本专利技术第一方面的一个实施方式中，包括如下A至I中的任意一项或者多项：A.步骤2)中同步糖化发酵的纤维素酶用量为16-28FPU/(g纤维素)，优选为20-25FPU/(g纤维素)，更优选为22FPU/(g纤维素)；B.步骤2)中同步糖化发酵的酵母浓度为2-9g/(L发酵体系总体积)，优选为3-7g/(L发酵体系总体积)，更优选为5g/(L发酵体系总体积)；C.步骤2)中同步糖化发酵的温度为28℃-50℃，时间为85-110小时；优选地，温度为30℃-40℃，时间为90-100小时；更优选地，温度为35℃，时间为96小时；D.步骤2)中同步糖化发酵的底物浓度为5％-25％(w/w)，优选为10％-20％(w/w)，更优选为10％(w/w)；E.所述植物的含木质素的部分为作物秸秆(比如玉米秸秆)；优选地，所述植物的含木质素的部分的含水量≤12％(w/w)、≤10％(w/w)、≤8％(w/w)或≤5％(w/w)；F.步骤1)中蒸爆处理的温度为180-210℃，时间为3-15分钟；优选地，温度为190℃-200℃，时间为5-10分钟；更优选地，温度为195℃，时间为6分钟；G.还包括在蒸爆处理前，用酸液浸润植物的含木质素的部分的步骤；优选地，酸液的用量为0.3-0.6kg/(kg植物的含木质素的部分)，更优选为0.4-0.45kg/(kg植物的含木质素的部分)；优选地，所述酸液的浓度为0.1％-1％(w/w)，更优选为0.1％-0.5％(w/w)，进一步优选为0.25％(w/w)；H.步骤2)中，去除乙醇的方法为蒸馏，优选为连续蒸馏；I.步骤2)中，去除酵母蛋白的方法包括沉降，再去除轻相组分的步骤，优选沉降的方法为离心沉降。本专利技术第二方面涉及一种制备活性炭的方法，包括将木质素炭化物进行活化的步骤；优选地，所述木质素炭化物由本专利技术第一方面中任一项所述方法制得；可选地，所述活化包括将木质素炭化物浸渍于碱液，分离出固体，再将所述固体进行焙烧的步骤。在一个实施方案中，所述活性炭为木质素炭化物活化后得到的物质。本专利技术第二方面的一个实施方式中，包括如下a至g中的任意一项或者多项：a.所述焙烧为先在500℃-650℃下焙烧20-40分钟，再在670℃-930℃下焙烧40-80分钟；优选地，先在570℃-630℃下焙烧25-35分钟，再在690℃-900℃下焙烧50-70分钟；更优选地，先在600℃下焙烧30分钟，再在700℃-900℃下焙烧1小时；b.所述碱液与木质素炭化物的重量比为(0.2-1):1，优选为(0.3-0.8):1，更优选为0.5:1；c.所述碱液选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液中的一种或多种；优选地，所述碱液为氢氧化钾溶液；d.所述碱液的浓度为45％-70％(w/w)，优选为50％-65％(w/w)，更优选为60％(w/w)；e.浸渍的温度为室温，优选为10-35℃；f.浸渍的时间为2-4小时，优选为3小时；g.还包括将活化后的物质进行洗涤、干燥的步骤。本专利技术第三方面涉及由第二方面所述方法制得的活性炭；优选地，所述活性炭的比表面积≥70本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备生物质燃气的方法，包括如下步骤：将富含木质素的原料在400℃‑600℃下炭化10‑90分钟，得到木质素炭化物并分离出气体；优选地，所述炭化在氮气气氛中进行；可选地，还包括将分离出的气体进行净化的步骤；优选地，所述净化包括将分离出的气体旋风分离，冷却的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种制备生物质燃气的方法，包括如下步骤：将富含木质素的原料在400℃-600℃下炭化10-90分钟，得到木质素炭化物并分离出气体；优选地，所述炭化在氮气气氛中进行；可选地，还包括将分离出的气体进行净化的步骤；优选地，所述净化包括将分离出的气体旋风分离，冷却的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原料中木质素的重量百分含量为≥50％、≥70％、≥80％、≥90％、≥95％、≥99％或者100％。3.根据权利要求1所述的方法，其中，炭化温度为420℃-570℃、430℃-550℃或480℃-500℃，优选为420℃、430℃、445℃、470℃、480℃、500℃、520℃、550℃、560℃或570℃。4.根据权利要求1所述的方法，其中，炭化时间为15-75分钟、20-60分钟或30-40分钟，优选为15分钟、18分钟、20分钟、24分钟、30分钟、36分钟、40分钟、47分钟、52分钟、60分钟或75分钟。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述原料通过包括如下步骤的方法制备得到：1)将植物的含木质素的部分进行蒸爆处理；2)将步骤1)得到的蒸爆料进行同步糖化发酵，去除发酵物中的乙醇和酵母蛋白，即为所述原料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于如下A至I中的任意一项或者多项：A.步骤2)中，同步糖化发酵的纤维素酶用量为16-28FPU/(g纤维素)，优选为20-25FPU/(g纤维素)，更优选为22FPU/(g纤维素)；B.步骤2)中，同步糖化发酵的酵母浓度为2-9g/(L发酵体系总体积)，优选为3-7g/(L发酵体系总体积)，更优选为5g/(L发酵体系总体积)；C.步骤2)中，同步糖化发酵的温度为28℃-50℃，时间为85-110小时；优选地，温度为30℃-40℃，时间为90-100小时；更优选地，温度为35℃，时间为96小时；D.步骤2)中，同步糖化发酵的底物浓度为5％-25％(w/w)，优选为10％-20％(w/w)，更优选为10％(w/w)；E.所述植物的含木质素的部分为作物秸秆(比如玉米秸秆)；优选地，所述植物的含木质素的部分的含水量≤12％(w/w)、≤10％(w/w)、≤8％(w/w)或≤5％(w/w)；F.步骤1)中，蒸爆处理的温度为180-210℃，时间为3-15分钟；优选地，温度为190℃-200℃，时间为5-10分钟；更优选地，温度为195℃，时间为6分钟；G.还包括在蒸爆处理前，用酸液浸润植物的含木质素的部分的步骤；优选地，酸液的用量为0.3-0.6kg/(kg植物的含木质素的部分)，更优选为0.4-0.45kg/(kg植物的含木质素的部分)；优选地，所述酸液的浓度为0.1％-1％(w/w)，更优选为0.1％-0.5％(w/w)，进一步优选为0.25％(w/w)；H...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏翔，卜令习，刘彦涛，赵正凯，蒋建新，赵锦，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网节能服务有限公司，北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11