一种催化生物质制备液体燃料及其应用对土地利用变化影响的评估方法技术

本发明专利技术公开了一种催化生物质制备液体燃料及其应用对土地利用变化影响的评估方法，其中催化水热制备液体燃料的步骤包括预处理，水热反应，催化反应等，其可缩短生物质制备液体燃料的时间，降低了制备成本，且获得了较高的转化率，所制备的液体燃料焦油成分低，焦炭含量低，油品高；本发明专利技术所制备的液体燃料热值高，≥6000kcal/kg；并且本发明专利技术还通过评估生物质液体燃料的应用对土地利用变化的影响，可建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架，为生物质液体燃料原料阶段土地使用变化影响生命周期数据库和评价体系的建立提供理论支撑。命周期数据库和评价体系的建立提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种催化生物质制备液体燃料及其应用对土地利用变化影响的评估方法


[0001]本专利技术涉及燃料技术与用用领域，尤其涉及一种催化生物质制备液体燃料及其应用对土地利用变化影响的评估方法。

技术介绍

[0002]有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物，是可再生能源的重要组成部分，生物质能的高效开发利用，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。而木质纤维素类生物质主要是指甘蔗渣、秸秆、枯草、木屑等不可食用的生物质，是数量最多、价格最低、生长速度最快的生物质，主要是由纤维素、半纤维素和木质素构成。以生物质制备的生物液体燃料是近年来备受瞩目的一种可再生能源，是一种清洁并且可持续循环使用的能源类型，目前一般采用热化学转化法，在一定的温度和压力下，经过一系列复杂的物理化学反应，将固体生物质转化为液体燃料。但是现有的生物质燃料存在转化不彻底和浪费严重的问题，这直接导致了积碳高和生物质利用率低，且还存有产率低，燃料品质品等问题。同时，而，生物质液体燃料的使用也导致了土地使用的变化(申请号202211184867.8)，土地利用的变化可能会对碳排放产生重大影响，这不可避免地导致了土地利用变化，这主要凸显在生物液体燃料原料阶段间接土地使用变化影响。

技术实现思路

[0003]因此，基于以上背景，本专利技术对现有技术改进，提供一种催化生物质制备液体燃料及其应用对土地利用变化影响的评估方法。
[0004]本专利技术提供的技术方案为：
[0005]一种催化生物质水热转化制备液体燃料，其包括如下步骤：
[0006]S1：将生物质原料进行粉碎后，按照1:15
‑
30的固液比加入质量浓度为15
‑
20％的氨水进行混合，搅拌均匀后，于室温下浸泡0.5
‑
2h，得到混合液；然后在搅拌的条件下，对混合液进行微波辐射处理1
‑
6h后，得到预处理混合液；
[0007]S2：将预处理混合液中加入碱性催化剂，并在磁力搅拌下混合均匀；
[0008]S3：将预处理混合液输送至高压反应釜内，控制压力在5
‑
10MPa，温度为290
‑
450℃下，反应0.5
‑
1h，得到初级液体燃料；
[0009]S4：将初级液体燃料进行过滤后，对过滤液进行萃取，分离出焦油，余下为第一液体燃料；将过滤残渣与焦油混合后，加入装有催化剂的反应器中进行反应0.5
‑
2h，得到第二液体燃料；
[0010]S5：将第一液体燃料和第二液体燃料进行混合，即可得到液体燃料。
[0011]进一步地，步骤S3中的预处理混合液加入次煤粉或褐煤粉搅拌均匀后，输送至高压反应釜内进行反应。
[0012]进一步地，所述次煤粉或褐煤粉按照预处理混合液的体积的1
‑
10％加入。
[0013]进一步地，步骤S2中的所述碱性催化剂为KOH。
[0014]进一步地，步骤S4中所述的催化剂为金属改性的镍基催化剂，尤其为碱金属和碱土金属改性的镍基催化剂。
[0015]进一步地，所述金属改性的镍基催化剂的制备如下：
[0016]1)将回收的炉渣灰依次经过过筛、表面除杂、干燥后；经600℃高温煅烧3h作为载体，备用；
[0017]2)将预处理的炉渣灰放入硝酸镍溶液中超声辅助过量浸渍，并保证原料全部浸没于硝酸镍溶液中；
[0018]3)将混合溶液在80℃磁力搅拌至水分全部蒸发，呈现粘稠状；
[0019]4)将粘稠状的物质置于真空干燥箱中105℃干燥12h，得到固体样品；
[0020]5)将干燥后固体样品通过电加热炉在保护气的气氛下进行加热至500
‑
550℃，即可得到镍基催化剂。
[0021]6)将选择的碱金属前驱体按照一定比例放入镍基催化剂溶液中超声辅助过量二次浸渍，并保证碱金属全部浸没于镍基催化剂溶液中；
[0022]7)按照步骤3)
‑
5)对二次浸渍后的催化剂样品进行处理，得到金属改性的镍基催化剂。
[0023]进一步地，所述生物质包括木质纤维素生物质。
[0024]进一步地，所述木质纤维素生物质包括木屑、水稻秸秆、高粱秸秆、豆秆、花生壳、麦秸秆、棉花杆、玉米秸秆、甘蔗渣、微藻、麻栗壳中的一种或任意组合。
[0025]本专利技术还提供了一种催化生物质制备液体燃料的应用对土地利用变化影响的评估方法，其包括如下步骤：
[0026]S1：农作物信息：获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；
[0027]S2：根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的关系；
[0028]S3：利用计算结果，建立间接土地使用变化的生命周期分析模型框架；
[0029]S4：结合统计数据分析法与所述生命周期分析模型框架分析出生物质液体燃料的应用对土地利用变化的影响。
[0030]进一步地，所述生命周期分析模型框架的建立包括如下步骤：
[0031]1)根据输入的食物需求与生产力因素，得到与粮食相关的土地需求；
[0032]2)动态土地利用与分配动力因素通过模型校准，得到分配系数；
[0033]3)所述土地需求与分配系数结合目前土地利用率与土地限制，根据粮食生产分配方式求出剩余土地量；
[0034]4)根据输入的生产成本和市场价格，经过经济评估后得到生物酯类燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量；
[0035]5)根据所述生物质液体燃料作物优于其他土地利用的剩余土地量，求出土地利用的经济潜力。
[0036]进一步地，所述土地利用变化包括人口增长、饮食组成、出口、自给率、生产力因素、生物质理化特性与基础设施信息数据。
[0037]进一步地，所述统计数据分析法为：结合历年农作物的种植面积数据、农产品产量数据、土地利用变化数据、土地利用变化类型数据、食物需求数据、生产力因素数据、生产成本数据以及市场价格数据，经过统计分析计算出资源量。
[0038]进一步地，所述农业碳汇的计算方法为根据干物质光合作用平衡式计算：
[0039]具体计算方法根据作物固碳全部来自吸收空气中CO2，通过光合作用合成产物并释放O2，化学平衡式如下：6CO2+12H2O
→
C6H
12
O6+6H2O+6O2；根据以上平衡式可推算植物体通过光合作用吸收CO2、释放O2之间的关系，即每固定180g干物质，可吸收CO
2 264g，释放O
2 192g。
[0040]进一步地，所述农产品产量包括秸秆资源量、秸秆资源能源潜力量，
[0041]所述秸秆资源量的计算如下：
[0042][0043]其中，CR为秸秆资源量，i为农作物种类，i＝1，2，3，
……
，n；C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化生物质制备液体燃料及其应用对土地利用变化影响的评估方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：将生物质原料进行粉碎后，按照1:15
‑
30的固液比加入质量浓度为15
‑
20％的氨水进行混合，搅拌均匀后，于室温下浸泡0.5
‑
2h，得到混合液；然后在搅拌的条件下，对混合液进行微波辐射处理1
‑
6h后，得到预处理混合液；S2：将预处理混合液中加入碱性催化剂，并在磁力搅拌下混合均匀；S3：将预处理混合液输送至高压反应釜内，控制压力在5
‑
10MPa，温度为290
‑
450℃下，反应0.5
‑
1h，得到初级液体燃料；S4：将初级液体燃料进行过滤后，对过滤液进行萃取，分离出焦油，余下为第一液体燃料；将过滤残渣与焦油混合后，加入装有催化剂的反应器中进行反应0.5
‑
2h，得到第二液体燃料；S5：将第一液体燃料和第二液体燃料进行混合，即可得到液体燃料。2.根据权利要求1所述的一种催化生物质制备液体燃料，其特征在于，步骤S3中的预处理混合液加入次煤粉或褐煤粉搅拌均匀后，输送至高压反应釜内进行反应；所述次煤粉或褐煤粉按照预处理混合液的体积的1
‑
10％加入。3.根据权利要求3所述的一种催化生物质制备液体燃料，其特征在于，步骤S4中所述的催化剂为金属改性的镍基催化剂；其制备方法如下：1)将回收的炉渣灰依次经过过筛、表面除杂、干燥后；经600℃高温煅烧3h作为载体，备用；2)将预处理后的炉渣灰放入硝酸镍溶液中超声辅助过量浸渍，并保证原料全部浸没于硝酸镍溶液中；3)将混合溶液在80℃磁力搅拌至水分全部蒸发，呈现粘稠状；4)将粘稠状的物质置于真空干燥箱中105℃干燥12h，得到固体样品；5)将干燥后固体样品通过电加热炉在保护气的气氛下进行加热至500
‑
550℃，即可得到镍基催化剂。6)将选择的碱金属前驱体按照一定比例放入镍基催化剂溶液中超声辅助过量二次浸渍，并保证碱金属全部浸没于镍基催化剂溶液中；7)按照步骤3)
‑
5)对二次浸渍后的催化剂样品进行处理，得到金属改性的镍基催化剂。4.根据权利要求1所述的一种催化生物质制备液体燃料，其特征在于，所述生物质包括木质纤维素生物质，所述木质纤维素生物质包括木屑、水稻秸秆、高粱秸秆、豆秆、花生壳、麦秸秆、棉花杆、玉米秸秆、甘蔗渣、微藻、麻栗壳中的一种或任意组合。5.一种催化生物质制备液体燃料的应用对土地利用变化影响的评估方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：农作物信息：获取农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化以及土地利用变化类型四类信息数据；S2：根据所述四类信息数据，计算出各年份单位面积农用地年吸碳量、制氧量以及土壤碳汇与农业碳汇的...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷廷宙，杨树华，李学琴，王志伟，李在峰，陈卓，吴幼青，呼和涛力，黄胜，杨延涛，刘鹏，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：