水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的方法技术

本发明专利技术涉及水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的方法，属于生物质能领域。本发明专利技术利用富营养水体中常见的水葫芦以及海水养殖的牡蛎壳为原料，通过与烧碱混合碾磨粉碎、料浆脱水、纤维素酶解、热解气化等工艺步骤，高产率制备富氢合成气和生物炭。本发明专利技术使用的原料来源丰富，制备工艺流程节能、环保，制备出的富氢合成气和生物炭可用以发电，属于可再生的生物质能。本发明专利技术技术有利于污染水体治理以及清洁能源开发，对于实现全社会的节能减排和双碳目标具有重要的现实意义。排和双碳目标具有重要的现实意义。排和双碳目标具有重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的方法


[0001]本申请涉及生物质能领域，具体涉及水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的方法。

技术介绍

[0002]如今，工业的快速增长造成化石能源的快速枯竭和全球人口的急速增长导致的全球能源和环境问题愈发严峻，怎么解决能源紧缺和环境破坏带来的问题已迫在眉睫。因此，为了确保人类社会的可持续发展，必须解决这些问题，特别是化石燃料消耗日益增长导致的环境污染问题，因此发展绿色环保可再生的替代能源和环境治理措施刻不容缓。
[0003]生物质能是从太阳能转化而来，通过植物的光合作用转化为化学能，储存在生物质内部的能量，属于可再生能源，可实现能量的永续利用。生物质能因其低污染性、对环境友好、分布广泛、总量丰富、可持续、可再生，是传统化石燃料的完美替代品。专利技术专利CN202010936960.4公开了一种利用生物质制备氢气的方法，该方法将获取的新鲜生物质进行破碎处理获得生物质颗粒，将所得生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使生物质颗粒发生热解而产生热解气，对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气，对所得净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。该专利技术生物质颗粒和所述热载体的混合比例不大于1:10，热解能耗大，制氢效率低。专利技术专利CN202011392654.5公开了一种用二氧化铈基催化剂光热催化生物质经甲酸制备氢气的方法，该方法以纤维素为反应底物，以氧气为氧化剂，选择二氧化铈基催化剂，经可见光照射先氧化为甲酸，再改变反应气氛为氩气，所得甲酸反应产生氢气，该方法直接使用未水解的纤维素，反应效率低，中间产物甲酸转化效率低，使产氢效率较低。
[0004]水葫芦是排放工业废水和生活污水的富营养水体中常见的水生植物，繁殖速度非常快，每5天就能繁殖一棵新植株，每年产生14107个子株，覆盖水域面积为1.4平方公里，新鲜生物量为28103吨。水葫芦本身作为一种绿色植物能吸收二氧化碳产生氧气，还能吸收锌、铅、汞、镍、镉等重金属，除去水中悬浮物，从而达到保护环境的目的。但是水葫芦的大量繁殖也会导致严重问题，如水体堵塞引起洪水，影响航运，影响水生植物光合作用，使水生植物动物死亡，破坏当地生态系统。同时，牡蛎壳是海水养殖牡蛎的副产品，年产量数以千万吨计，急需得到高效回收利用，这为水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气提供了源源不断的原料供应。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的方法。以富营养水体中常见的水葫芦以及海水养殖的牡蛎壳为原料，通过与烧碱混合碾磨粉碎、料浆脱水、纤维素酶解、热解气化等工艺步骤，高产率制备富氢合成气和生物炭。本专利技术使用的原料来源丰富，制备工艺流程节能、环保，制备出的富氢合成气和生物炭可用于发电，属于可再生的生物质能。本专利技术技术有利于污染水体治理以及清洁能源开发，对于实现
全社会的节能减排和双碳目标具有重要的现实意义。
[0006]本专利技术将水葫芦和牡蛎壳加入烧碱中，能有效水解去除牡蛎壳中有机质，且水葫芦中部分木质素被水解，释放出纤维素和半纤维素。去除了表面有机质的牡蛎壳，在后续聚光太阳能反应器中热解成高比表面积、高活性CaO，作为催化剂，参与水葫芦热解生成的挥发性有机物的裂解和重整反应，反应式为下列(1)～(3)，大幅度提高富氢合成气和生物炭的总产率。在湿物料上直接喷洒少量的纤维素酶水溶液，使得水葫芦中纤维素和半纤维素发生轻度酶解，分解成小分子量分子，显著提高热解生成的挥发性有机物产率。
[0007](1)挥发性有机物的裂解反应：
[0008][0009](2)水蒸气重整反应：
[0010][0011][0012][0013][0014](3)CaO碳化反应：
[0015]CaO+CO2→
CaCO3[0016]本专利技术采用的技术方案是：水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的方法，包括如下步骤：
[0017]步骤S1：在清洗干净的水葫芦和牡蛎壳中加入一定量烧碱，在碾磨粉碎机中粉碎成料浆；
[0018]步骤S2：将步骤S1中得到的料浆室温下陈化24小时后，进行离心清洗、脱水，获得湿物料；
[0019]步骤S3：在步骤S2中得到的湿物料上直接喷洒一定量纤维素酶水溶液，混合均匀后，室温下酶解一定时间，获得酶解的湿物料；
[0020]步骤S4：将步骤S3中得到的酶水解的湿物料装入聚光太阳能反应器中，在一定温度下热解气化，释放出挥发性有机物，剩余物为生物炭；
[0021]步骤S5：将步骤S4中得到的挥发性有机物与水蒸气在热解牡蛎壳催化作用下，发生一系列裂解和重整反应，生成富氢合成气。
[0022]进一步地，步骤S1中牡蛎壳为水葫芦质量的5％～20％，烧碱为水葫芦质量的1％～5％。
[0023]进一步地，步骤S1中所述碾磨粉碎料浆的颗粒尺寸为0.1mm～1mm。
[0024]进一步地，步骤S3中纤维素酶为水葫芦和牡蛎壳质量的0～1％。
[0025]进一步地，步骤S3中所述湿物料室温下酶解时间为3天
‑
7天。
[0026]进一步地，步骤S4中所述酶解湿物料的热解气化温度为500℃～700℃。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028](1)本专利技术通过添加烧碱催化水解，分解去除牡蛎壳中有机质，且水葫芦中部分木
质素被水解，释放出纤维素和半纤维素。
[0029](2)本专利技术通过添加牡蛎壳并去除颗粒表面有机质，在后续聚光太阳能反应器中热解成高比表面积、高活性CaO，作为催化剂，参与水葫芦热解生成的挥发性有机物的裂解和重整反应，大幅度提高富氢合成气和生物炭的产率。
[0030](3)本专利技术通过添加少量纤维素酶，对水葫芦中纤维素进行轻度酶解，分解成低分子量纤维素，在牡蛎壳热解生成的高比表面积CaO催化剂作用下，大幅度提高热解气化的富氢合成气产率，与生物炭一起，总产率高于80％。
[0031](4)制备工艺过程节能、环保。本专利技术工艺步骤能耗涉及碾磨粉碎、离心脱水以及热解气化，其中碾磨粉碎和离心清洗脱水属于短时间低能耗工艺步骤，而热解气化使用聚光太阳能反应器，属于可再生的清洁能源。离心分离的烧碱溶液可以循环使用，热解气化残渣是生物炭，无固体废渣和废液产生。
[0032](5)本专利技术的产物为富氢合成气和生物炭，可用于燃料或发电，形成(5)本专利技术的产物为富氢合成气和生物炭，可用于燃料或发电，形成的闭合碳循环，实现净零碳排放，具有显著的经济和生态效益。
附图说明
[0033]图1为水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的工艺流程图。
具体实施方式
[0034]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水葫芦和牡蛎壳热解气化制备富氢合成气和生物炭的方法，其制备工艺包括以下步骤：步骤S1：取清洗干净的水葫芦和牡蛎壳，加入一定量烧碱，在碾磨粉碎机中粉碎成料浆；步骤S2：料浆室温下陈化24 小时后，进行离心清洗、脱水，获得湿物料；步骤S3：在湿物料上直接喷洒一定量纤维素酶水溶液，混合均匀后，室温下酶解一定时间，获得酶解的湿物料；步骤S4：酶水解的湿物料装入聚光太阳能反应器中，在一定温度下热解气化，释放出挥发性有机物，剩余物为生物炭；步骤S5：挥发性有机物与水蒸气在热解牡蛎壳催化作用下，发生一系列裂解和水蒸气重整反应，生成富...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢金山，陈甜甜，华颖，何宇轩，吴金安，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：