一种生物质的燃料品质的预测方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种生物质的燃料品质的预测方法及其应用。该方法包括如下步骤：(1)将生物质和水混合后分别于温度t和250℃条件下进行反应，得到水热炭C

A prediction method of biomass fuel quality and its application

【技术实现步骤摘要】
一种生物质的燃料品质的预测方法及其应用
本专利技术属于生物质资源化领域，特别涉及一种生物质的燃料品质的预测方法及其应用。
技术介绍
水热碳化(HTC)是在相对低温(180～250℃)下通过自生压力处理生物废物的预处理技术。由于热量和质量的无阻碍传递，HTC的有效性很高。特别是，可以通过HTC处理高水分生物废物，例如污水污泥，厨余垃圾，微藻和动物粪便，而无需预干燥。HTC引起纤维素，半纤维素和木质素的水解，得到H/C和O/C比值较低的生物炭，有利于提高水热炭作为固体燃料的品质。同时，HTC后生物质的可磨性和疏水性得到提高，有利于生物质固体燃料的储存和运输。HTC被认为是一种有前途的技术，可以获得可再生能源和化学品，用以代替煤炭和化石燃料。农业和林业废弃物颗粒由于其有前途的燃料特性，如可再生，清洁和低成本，在工业中广泛用于供热。然而，农业和林业废弃物颗粒工业的大规模应用受到限制，因为它具有吸湿性高，能量密度低，造粒时能耗高，颗粒燃烧性能不稳定等缺点。因此，有必要克服这些缺点并改善生物质颗粒的燃料性质。烘焙因子是生产水力发电机和衍生碳材料的有用工具。李等人[1]基于反应时间和温度计算了烘焙因子，并呈现了来自烘焙生物质的水合物的元素含量和能量分布之间的关系。陈等人[2]引入烘焙程度指数(TSI)来解释烘焙严重程度对生物质预处理性能的影响人们普遍认为，HTC预处理后可以提高生物废物的燃料特性，如疏水性，可磨性，密度和热值。然而，在HTC预处理后，造粒过程中的能量消耗显着增加，而与未处理的生物废物相比，水热炭颗粒的密度和强度降低。因此，建立HTC严重程度与造粒和燃烧性能之间的关系，以便提高颗粒品质并同时降低产品成本。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种生物质的燃料品质的预测方法。本专利技术的另一目的在于提供所述生物质的燃料品质的预测方法的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种生物质的燃料品质的预测方法，包括如下步骤：(1)水热炭化将生物质和水加入到高压釜中，分别于温度t和250℃条件下进行反应，待反应结束后，自然冷却至85℃以下，固液分离，取固体，干燥，得到水热炭Ct和水热炭C250；其中，150℃≤t＜250℃；(2)造粒将步骤(1)中得到的水热炭Ct和水热炭C250，以及与步骤(1)相同的生物质分别在相同条件下进行造粒，得到水热炭颗粒Ct、水热炭颗粒C250和生物质颗粒；(3)FCI因子的建立测定水热炭颗粒C250的固定碳的含量FC250，测定水热炭颗粒Ct的固定碳的含量FCt，测定生物质颗粒的固定碳的含量FCm，然后建立水热碳化程度因子FCI的预测模型：(4)预测根据计算得到的FCI值预测生物质的燃料品质。步骤(1)中所述的生物质为农业和林业废弃物；优选为油茶壳，稻壳和烟杆中的至少一种。步骤(1)中所述的生物质的颗粒大小优选为20～60目。步骤(1)中所述的生物质和水的质量比为1:5～20；优选1:10。步骤(1)中所述的温度t的范围优选为175～225℃。步骤(1)中所述的反应的时间为0.5～2h；优选为0.5h。步骤(1)中所述的反应优选为在搅拌条件下进行反应，反应前可用高纯度氮气将高压釜中的空气除去。所述的搅拌的速度为100～300rpm；优选为300rpm。步骤(1)中所述的水优选为去离子水。步骤(1)中所述的固液分离优选为采用真空抽滤器进行固液分离。步骤(1)中所述的干燥的条件为：80～105℃下干燥6～24小时；优选为：105℃下干燥24小时。步骤(2)中所述的造粒的条件为：120℃、压力5KN下保持5～20s(优选为5s)。步骤(2)中所述的水热炭颗粒Ct、水热炭颗粒C250和生物质颗粒的直径均为5～10mm；优选为10mm。步骤(3)中所述的FCI的值在0～1的范围内(0＜FCI＜1)。步骤(4)中所述的生物质的燃料品质包括生物质水热碳化后的固体产率和气体产率，元素碳、氢和氧的去除率，碳回收效率，能量保留效率，增强因子，颗粒密度(堆积密度)，颗粒成型的能量消耗，径向抗压强度和燃烧活化能等，根据FCI值建立相应的方程，以此来预测燃料品质(方程中对应y轴中最高值的FCI值，即为最佳的炭化程度)。所述的生物质水热碳化后的固体产率与FCI满足如下方程：y1＝a1-b1c1x；其中，y1为生物质水热碳化后的固体产率，x为FCI值(a1、b1为常数)；所述的生物质水热碳化后的气体产率与FCI满足如下方程：其中，y2为生物质水热碳化后的气体产率，x为FCI值(a2、b2为常数)。所述的元素碳、氢和氧的去除率与FCI满足如下方程：其中，y3为元素碳、氢或氧的去除率，x为FCI值(a3、b3为常数)。所述的碳回收效率与FCI满足如下方程：y4＝a4+b4x+c4x2+d4x3；其中，y4为碳回收效率，x为FCI值(a4、b4、c4、d4为常数)。所述的能量保留效率与FCI满足如下方程：y5＝a5+b5x+c5x2+d5x3；其中，y5为能量保留效率，x为FCI值(a5、b5、c5、d5为常数)。所述的增强因子(EF)与FCI满足如下方程：y6＝a6+b6x；其中，y6为增强因子，x为FCI值(a6、b6为常数)。所述的增强因子(EF)通过如下公式计算得到：EF＝HHVt/HHVs；其中，HHVt是在温度t℃下通过水热碳化获得的水热炭的热值，HHVs是生物质原料的热值。碳回收效率(CRE)与能量保留效率(ERE)满足如下方程：y7＝a7+b7x1；其中，y7为能量保留效率，x1为碳回收效率(a7、b7为常数)。所述的颗粒密度(堆积密度)与FCI满足如下方程：y8＝(x+a8)/(b80+b81(x+a8)+b82(x+a8)2)；其中，y8为颗粒密度，x为FCI值(a8、b80、b81、b82为常数)。所述的颗粒成型的能量消耗与FCI满足如下方程：其中，y9为颗粒成型的能量消耗，x为FCI值(a9、b9、c9为常数)。所述的径向抗压强度与FCI满足如下方程：其中，y10为径向抗压强度，x为FCI值(a10、b10、c10为常数)。所述的燃烧活化能与FCI满足如下方程：其中，y11为燃烧活化能，x为FCI值(a11、b11、c11为常数)。所述的生物质的燃料品质的预测方法在预测生物质的燃料品质或改善生物质的燃料性质中的应用。所述的生物质的燃料品质包括生物质水热碳化后的固体产率和气体产率，元素碳、氢和氧的去除率，碳回收效率，能量保留效率，增强因子，颗粒密度(堆积密度)，颗粒成型的能量消耗，径向抗压强度和燃烧活化能等。本专利技术中的生物质的燃料品质的预测方法可以预测或评估生物质水热碳化后的固体产率和气体产率，元素碳、氢和氧的去除率，碳回收效率，能量保留效率，增强因子，颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质的燃料品质的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)水热炭化/n将生物质和水加入到高压釜中，分别于温度t和250℃条件下进行反应，待反应结束后，自然冷却至85℃以下，固液分离，取固体，干燥，得到水热炭C

【技术特征摘要】
1.一种生物质的燃料品质的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)水热炭化
将生物质和水加入到高压釜中，分别于温度t和250℃条件下进行反应，待反应结束后，自然冷却至85℃以下，固液分离，取固体，干燥，得到水热炭Ct和水热炭C250；其中，150℃≤t＜250℃；
(2)造粒
将步骤(1)中得到的水热炭Ct和水热炭C250，以及与步骤(1)相同的生物质分别在相同条件下进行造粒，得到水热炭颗粒Ct、水热炭颗粒C250和生物质颗粒；
(3)FCI因子的建立
测定水热炭颗粒C250的固定碳的含量FC250，测定水热炭颗粒Ct的固定碳的含量FCt，测定生物质颗粒的固定碳的含量FCm，然后建立水热碳化程度因子FCI的预测模型：



(4)预测
根据计算得到的FCI值预测生物质的燃料品质。


2.根据权利要求1所述的生物质的燃料品质的预测方法，其特征在于：
步骤(4)中所述的生物质的燃料品质包括生物质水热碳化后的固体产率和气体产率，元素碳、氢和氧的去除率，碳回收效率，能量保留效率，增强因子，颗粒密度，颗粒成型的能量消耗，径向抗压强度和燃烧活化能；
所述的生物质水热碳化后的固体产率与FCI满足如下方程：y1＝a1-b1c1x；其中，y1为生物质水热碳化后的固体产率，x为FCI值；
所述的生物质水热碳化后的气体产率与FCI满足如下方程：其中，y2为生物质水热碳化后的气体产率，x为FCI值；
所述的元素碳、氢和氧的去除率与FCI满足如下方程：其中，y3为元素碳、氢或氧的去除率，x为FCI值；
所述的碳回收效率与FCI满足如下方程：y4＝a4+b4x+c4x2+d4x3；其中，y4为碳回收效率，x为FCI值；
所述的能量保留效率与FCI满足如下方程：y5＝a5+b5x+c5x2+d5x3；其中，y5为能量保留效率，x为FCI值；
所述的增强因子与FCI满足如下方程：y6＝a6+b6x；其中，y6为增强因子，x为FCI值；
所述的颗粒密度与FCI满足如下方程：y8＝(x+a8)/(b80+b81(x+a8)+b82(x+a8)2)；其中，y8为颗粒密度，x为FCI值；
所述的颗粒成型的能量消耗与FCI满足如下方程：其中，y9为颗粒成型的能量消耗，x为FCI值；
所述的径向抗压强度与FCI满足如下方程：其中，y10为径向抗压强度，x为FCI值；
所述的燃烧活化能与FCI满足如下方程：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：许细薇，蒋恩臣，涂任，孙焱，吴宇健，范旭东，王家旻，何臻，程树朝，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44