通过水热碳化而湿化学转化生物质的方法技术

本发明专利技术涉及用于将生物质转化成更高能量密度的固体，尤其是转化成炭、腐殖质或泥炭的方法。在该方法中将来自生物质的有机物质悬浮在水中以形成悬浮液，及将一部分待转化的悬浮液加热至反应温度并在提高的压力下通过水热碳化而转化成更高能量密度的固体。该方法的特征在于，在位于地面以下的反应体积内实施所述转化过程。通过该方法实现产品品质的均匀化以及该过程经济性的提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将生物质转化成更高能量密度的固体，尤其是转化成炭、腐殖质或泥炭的方法，其中将来自生物质的有机物质悬浮在水中以形成悬浮液，及至少将一部分待转化的悬浮液加热至反应温度并在提高的压力下通过水热碳化而转化成更高能量密度的固体。有机物质例如可以是植物的部分、其他生物质或有机废料。
技术介绍
将生物质转化成具有比所用生物质更高的比质量能量含量的产品，例如油、气或炭，变得越来越重要。已知例如通过热解、气化或硫化在高温下获得气体和/或油及碳的方法。在此经常使用促进反应并且对产品组成有积极影响的催化剂。近年来，还讨论了诸如水热碳化的湿化学方法以获得与所用的生物质相比具有更高比质量能量含量的产品。在此，粉碎植物的部分或其他有机物质，悬浮在水中，及通常混入至少一种促进转化的物质，例如酸和域额外的有机和域无机的催化剂。将悬浮液倒入反应器中，并将反应器封闭。然后，将悬浮液加热至17(TC至25(TC的温度。因为反应器被封闭，由于水蒸汽的分压而使压力随温度的升高而升高。取决于温度，压力升高至10x 1()S至20x l05Pa (10至20巴)或更高的值。在水热碳化反应过程中，由在生物质中所含的碳水化合物以水的形式多级分解成氢和氧，其中释放出能量。反应持续时间越长，则分解更多的水，并且产品的能量密度继续升高。特别是产生与所用的生物质相比具有明显更高比质量能量含量的固体物质，如泥炭、腐殖质、褐煤、石炭或其他物质。5取决于在不同的原料、各种不同的植物及植物的部分、来自食物生 产的残渣、污水污泥或其他的生物来源的材料或废料中的内容物主要是 碳水化合物(例如糖、淀粉、纤维素、半纤维素等)的浓度和结构，反 应进行得迅速或缓慢。取决于所用的生物来源的原料的特性和浓度，单 位时间释放或多或少的热量，反应器中的温度和压力迅速或缓慢地升高， 并达到压力和温度的不同大小的绝对值。在反应过程中，若为反应提供 越来越少的生物来源的材料，则反应明显放缓。温度再次下降，直至反 应在特定的时间之后由于温度过低而停止。这可能会导致所用的材料不 完全转化，这需要几小时至几天或更长的反应时间。但是从外部后期加 热反应器以延长反应时间需要额外地输入能量，这会使碳化过程变得不 经济。因为在该反应中温度和压力的结合以及所用的不同原料的不同反应 速度，所以取决于水热碳化的输入流中生物质的组成和浓度而在反应中 的温度和压力变化非常不同。因此，在此获得的产品在其组成方面可以 非常不同。这会导致产品不具有恒定的品质而且不提供高产率，这会使 水热碳化过程变得不经济。本专利技术的目的在于，提供用于通过水热碳化而将生物质转化成更高 能量密度的固体的方法，利用该方法达到更均匀的产品品质，并提高过 程的经济性。
技术实现思路
该目的是通过本专利技术方法实现的。该方法的有利的实施方案可由以 下说明以及实施例得到。在用于将生物质转化成诸如炭、腐殖质或泥炭的具有更高能量密度 和碳密度的固体的方法中，将来自生物质的有机物质悬浮在水中以形成 悬浮液。在一个优选的实施方案中，在水中包含促进转化的物质，或者 将其加入水或悬浮液。促进转化的物质例如可以是促进反应的酸和/或有 机或无机物质。生物质例如可以包括有机废料、植物的部分、木材、藻6类或其他含碳的有机产物。将至少一部分待转化的悬浮液加热至反应温 度，并在提高的压力下利用水热碳化作用而转化成更高能量密度的固体。 该方法的特征在于，在位于地面以下的反应体积内实施转化过程。用于缓冲所释放的反应热的反应体积在对应于反应体积平均直径的至少4倍的外围区域内优选被大于反应体积中悬浮液质量8倍的质量的 紧凑的液体和/或固体材料包围。高于该质量时己观察到产品特性良好的 均匀化。因此在所建议的方法中，在地面以下进行反应。在此，地面理解为 在一侧的固体地壳或水体与另一侧的大气之间的边界层。在用足够量的 紧凑的液体和/或固体材料包围反应体积的情况下在地面以下实施该过 程中，甚至在波动的生物质浓度及组成的情况下也可以产生与以已知方 式在地面以上的反应器中制得的产品相比具有明显更均匀的组成的能量 丰富且富含碳的产品。通过用包围的材料如岩石、沙子、水或土壤移动地面以下的反应空 间，该材料可以吸收在开始阶段的反应中以热量形式释放的大部分能量。 通过用包围的物料进行的热量交换，反应体积或反应混合物中的温度更 缓慢地升高，但是不及地面以上的反应器，其中压力同样不会剧烈波动。 因此，该反应在开始时不太快且更均匀地进行。然而，在可转化的生物 质内容物的浓度随时间降低时，另一方面反应体积内的温度并不如目前 已知的实施过程那样迅速地再次下降。更具体而言，包围的材料然后向 反应体积再次缓慢地释放储存的热量。由此使反应体积明显更长时间保 持温暖，该反应可以在不额外加热悬浮液的情况下继续进行几小时甚至 几天，直至不同的原料转化成为具有更高能量密度的可比较的产品。在 此，反应体积优选至少在某些位置上与包围的紧凑的材料直接接触。所建议的方法的另一个优点在于，通过将来自包围材料的热量送回 反应体积中而在取出产品之后再次添加新的生物质，并且无需对反应进 行外部加热或者至少无需额外进行强烈的加热。这在许多情况下可以无需从外部输入热量而依次碳化更多的批次。因此，该方法原则上允许连 续添加生物质以及分批次运行。由此在本专利技术方法过程中通过量由于周 围土壤或水的热量缓冲可以大幅改变，而不会损害产品品质的均匀性。在此，该方法必须在地面以下的区域内进行，其中将足够质量的包 围材料用于热量缓冲。在此，该材料优选应当具有紧凑的结构，从而在反应体积的平均直径4倍的外围区域内具有对应于反应体积内所包含的 质量的至少8倍的总质量。这意味着基于直径为D且高度为H的圆柱形 反应体积，具有相同高度及4倍直径的圆柱形体积减去该圆柱形反应体 积应当包含相对于用悬浮液填充的反应体积所含质量的至少8倍质量， 从而对于所建议的方法实现特别良好的热量缓冲。诸如土壤、粘土、沙子或水的包围材料由于地面以下的压力能够至 少部分地补偿和吸收由反应产生的压力。因此用于水热碳化的反应器， 与地面以上的使用相比，对于地面以下的使用可以明显更薄壁的方式构 成。这额外地节约了成本。在一个特别简单的反应器方案中，该反应器 例如可由钢组成，其嵌入混凝土或钢筋混凝土在地面以下的中空空间中。 通过混凝土外壳向包围材料进行非常良好的热传递。该反应器的壁可以 非常薄壁的方式构成。此外，中空空间的壁也可以用作反应器壁。若需要，可以额外地用 防水材料内衬该中空空间。还可通过水中的合成添加剂实现该内衬。对 于周围的岩石可能可以通过该方法的反应产物如炭颗粒进行自动密封。若提高压力高于对应于反应温度的压力，则可以额外地使产品组成 均匀化。通过在反应体积中额外地施加压力，虽然在整个反应过程中压 力升高，随后再次下降，但是相对压力波动百分比较小。若反应体积内 的压力通过技术措施保持恒定或者至少基本上恒定，则是特别有利的。 通过这些措施使温度和压力互不相关。因此，水热碳化的操作员能够根 据输入料的组成选择压力，从而改善产品品质的均匀性。在施加额外的 压力时，可以不仅使最终产品的组成均匀化。具体而言，取决于输入材料通过提高的压力可以提高具有高能量密度的固体产品的产率，从而可 本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将生物质转化成更高能量密度的固体，尤其是转化成炭、腐殖质或泥炭的方法，其中将来自生物质的有机物质悬浮在水中以形成悬浮液，及将至少一部分待转化的悬浮液加热至反应温度并在提高的压力下通过水热碳化而转化成更高能量密度的固体，其特征在于，在位于地面以下的反应体积内实施所述转化过程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P艾斯纳，A马尔贝格，A施特布勒，M门纳，M安东涅蒂，
申请(专利权)人：弗劳恩霍弗应用技术研究院，
类型：发明
国别省市：DE[德国]