[发明专利]一种木质纤维废弃物水热炭化联产生物甲烷的方法

说明书

本发明公开了一种木质纤维废弃物水热炭化联产生物甲烷的方法，通过在水中加入氯化胆碱和氯化铁形成自催化溶解体系，显著降低了水热炭化反应温度，不仅降低了过程能耗，还可以提高水热炭的比表面积，提高其吸附能力。同时在得到固体炭的同时，生成了富酸小分子液体产物，该产物接入厌氧发酵菌种可快速生成生物甲烷。相比其他酸碱预处理等增效方法，本方法过程简单、可持续性更好、应用潜力更大。

技术领域

本发明属于有机固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种木质纤维废弃物水热炭化联产生物甲烷的方法。

背景技术

水热炭化是有机固体废弃物资源化的一种重要途径，由于反应条件温和﹑原料适应性强等优点而被广泛关注，水热炭已被证实具有高碳含量、低氧含量、强疏水性、高热值和能量密度等特点，可以用于碳固定、土壤改良、固体燃料、吸附和催化等领域。当前已被报道用于水热炭化的有机固体废弃物及其炭化温度有：菌渣类，如食用菌菌渣200-250℃(CN104312590A)﹑沼渣200-240℃ (CN111847938A)﹑藻渣藻泥160-220℃(CN105668564A)等，蔬菜果皮类，如茭白150-350℃(CN106044745B)﹑柚子皮230℃(CN112547009A)﹑文冠果200-240℃(CN106044745B)﹑龙眼核160-320℃(CN105969412A)﹑西瓜皮170℃(CN109503526B)等，污泥粪便类，如市政污泥200-260℃ (CN109876770A)﹑城市垃圾250-400℃(CN106753461B)﹑畜禽粪便200-350℃ (CN110523767A)等和木质纤维类，如汉麻秆200-290℃(CN111747409A)﹑无患子残渣200-290℃(CN110357095B)﹑青稞秸秆220℃(CN112121764A) ﹑麦秸秆200℃(CN112138699A)﹑毛竹160-200℃(CN112194132A)等。尽管上述现有技术相对于热解制炭(300-800℃)的水热反应温度已经大大降低，但炭化温度仍然较高，降低炭化过程能耗对于提高有机固体废弃物资源化利用的经济性意义重大。中国专利CN109628499A公开了一种用于提高园林废弃物产生物燃气的高温水热方法，是以水和氯化胆碱为反应溶液对园林废弃物原料或/与其他木质纤维素生物质进行预处理，在保留纤维素和半纤维素等可发酵糖的情况下，最大程度脱除木质素，显著提高其生物燃气的发酵效率，进而实现园林废弃物的高效能源转化，但是却并不涉及有机固体废弃物水热碳化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种木质纤维废弃物水热炭化制备水热炭的方法。

本发明的第二个目的在于提供所述木质纤维废弃物水热炭化制备水热炭的方法在制备生物甲烷中的应用

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

一种木质纤维废弃物水热炭化制备水热炭的方法，将氯化胆碱、水按质量比 2～5:1混合，再按固液比1：10～20g/ml与农林废弃物混合，并添加FeCl₃，于高压反应釜中，140～180℃反应3～9h；反应结束后，固液分离，固体产物干燥即得农林废弃物水热炭。

本发明提供的基于氯化胆碱-水-氯化铁的自催化溶解体系，可以在低温下实现木质纤维素组分高效炭化，显著降低炭化反应温度，不仅降低了过程能耗，还可以提高水热炭的比表面积，提高其吸附能力。同时在得到固体炭的同时，生成了富酸小分子液体产物，可进一步可快速厌氧发酵生成生物甲烷。

优选地，所述FeCl₃催化剂的添加量为1～4g/g物料。

进一步优选地，所述FeCl₃催化剂的添加量为2～4g/g物料。

优选地，固液比为1:10g/ml。

优选地，氯化胆碱、水质量比为2～3:1。

优选地，所述反应为160～180℃反应3～5。