[发明专利]一种进行水热碳化反应的方法

说明书

本发明提供一种进行水热碳化反应的方法，该方法能够提高水热碳化反应产物收率。在水热碳化反应中，生物质转化成生物炭，其中反应产物收率取决于反应条件，反应条件还包括碳化反应持续时间，在这期间来自水和生物质的浆料保留在反应釜中，并承受一定的压力和温度。为获得最大产物收率，应尽可能使浆料中保留更多固态物。由于碳化反应期间，固态物的量如浆料pH值一样，其变化按照基本相似的曲线进行，但在反应过程中，固态物的量很难确定，而pH值在整个反应过程中均可测量，因此可通过监测PH值以获得固态物最大值的点，即当pH值为最大时，终止反应，此时能够获得最大的固态物量，而固态物最大值与生物炭相符合，由此提高反应产物收率。

技术领域

本发明涉及一种进行水热碳化反应的方法，具体涉及一种通过测量系统PH值以获得较高反应产物收率的水热碳化反应方法。

背景技术

进行水热碳化反应的方法，在现有技术中为将生物质引入到反应釜中，根据水热碳化反应进行条件，通过蒸汽的供给创造反应条件所需的压力和温度，并维持一定的反应时间。这种方法已经在技术出版物中多次公开，并在专利DE 10 2011001954 A1中有所描述，该专利文献中描述了在水热碳化反应的过程中，生物质和引入的蒸汽发生了混合，并且在混合的基础上，为压力和加热提供了大的反应表面和大的接触面，且该专利文献中明确指出，这样能够明显更快、更均匀地完成碳化反应。

水热碳化反应的基础是用于反应的生物质，其通常含有木质素，在木质素中含有用于碳化的纤维素。HTC过程（水热碳化反应过程）开始时，首先会发生水解，将纤维素转化成葡萄糖，葡萄糖溶解在工艺水中。水解只需要很短的时间，大约一到两分钟，在纤维素水解并转换成葡萄糖之后，随后发生碳化反应。正如上述步骤中所描述，碳化反应会通过生物质的混合而加速。通过这种方式确保了必要的反应条件，即压力约25Bar，温度约230℃，并尽可能使待处理的所有材料都能混合均匀。在发生实际碳化后，所谓的液化过程将是最后一个重要步骤，其中碳-成分连接在一起，形成了更大的分子，继而形成了HTC-煤。在生物质混合物即所谓的浆料中含有固态部分，在此方法中的最后一步是把反应产生的生物炭从工艺水中分离，从而使固态物均被作为生物炭一同从工艺水中进行了分离，分离后的工艺水还可供给到其他应用中作为处理水使用，或可以再次在反应中使用。

在这个反应过程中还应考虑的是，在工艺水中残留了一定量的炭，应如何使生物炭的收率有效提高。同样也必须考虑到，在反应釜中相对长的停留时间虽然可能会实现生物炭的高收率，但从逻辑上考虑，也同样会导致反应釜的一个较差的利用率，因此浆料在反应釜中不能长时间停留，这样有助于获得更经济的解决方案。然而现有技术中并没有涉及任何与解决上述技术问题相关的技术方案。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种进行水热碳化反应的方法，通过该方法，可明显降低浆料在反应釜中的停留时间，同时提高生物炭的收率，并因此带来更多的工艺水提取物。

根据本发明所提供的方法，在反应釜中发生水热碳化反应，使生物质和水蒸汽结合在一起。在压力和温度升高的情况下生物质发生碳化，并同时产生固态产物，其可以从积累的工艺水中分离的浆料中获得。可以确定的是，不具有水溶性碳的部分，可从浆料或工艺水中分离，但固态物的量的变化过程既不是恒定，也不是单调递增，更确切地说，从反应起始阶段，伴随着生物质就含有固态物，在接下里的阶段中生物质将进行分裂和碳化；随着碳化反应的发生，固态物会明显减少，因为原来的生物质被分裂；随着液化作用的开始，情况发生逆转，固态物再次增多，其中反应产物生物炭也作为固态物的一部分包含在浆料中。从这里开始，生物炭再次发生分裂，固态物明显减少，反应过程明显延长。

为了尽可能提高生物炭、固态物的收率，必须确定一个能够尽可能获得最多的固态物的时间点。然而问题是，固态物的量，在反应过程中不能简单地确定。虽然对于某些生物材料，可以通过一系列测试来确定一个理想的时间，但由于反应引入的生物材料有很大的不同，所需的系列测试会产生昂贵的费用。即使是不同批次的相同材料，也可能具有完全不同的值。