技术领域
[0001] 本
发明涉及废弃生物质无害化处理技术领域，尤其涉及一种废弃生物质联产生物原油和甲烷的方法。
背景技术
[0002]
水热
液化是在一定
温度、压
力下，利用水的特殊效应，将生物质转化为
液体燃料或化学品。生物质转化率较高，对设备要求相对较低。生物质水热液化可以把固态的生物质转换成液体生物油，这些生物油通过提质精炼以后，可以替代部分燃油、作为燃油添加剂使用。
[0003] 但是在水热液化技术生产过程中，会产生大量的水相和
生物炭，水相中含有大量的
碳氮营养物质以及部分有毒有害物质，COD含量为8000～150000mg/L。因此，水相并不能直接进行排放，需要进一步处理。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种废弃生物质联产生物原油和甲烷的方法，本发明利用水热液化技术中产生的生物炭作为强化剂，强化水相进行厌
氧发酵，实现了生物质无害化处理、有效降低水相中COD含量的同时，还能实现碳资源的充分利用，缓解
能源危机，减少大气污染，保护环境。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0006] 本发明提供了一种废弃生物质联产生物原油和甲烷的方法，包括以下步骤：
[0007] 将废弃生物质进行水热液化反应，所有产物进行过滤，得到水相产物和非水相产物；
[0008] 将所述非水相产物进行萃取，得到生物原油和生物炭；
[0009] 将所述水相产物和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。
[0010] 优选的，所述废弃生物质的水分含量为70～95％。
[0011] 优选的，所述废弃生物质的来源包括
木质纤维素生物质和/或
粪便；
[0012] 所述木质
纤维素生物质为椰壳、花生壳、秸秆和木屑中的一种或几种。
[0013] 优选的，所述水热液化反应的温度为220～400℃，所述水热液化保留时间为0～300min。
[0014] 优选的，所述萃取的萃取剂为
有机溶剂；
[0015] 所述
有机溶剂为丙
酮、二氯甲烷、三氯甲烷和己烷中的一种或几种。
[0016] 优选的，所述水相产物和生物炭的
质量比为1～3：1。
[0017] 优选的，所述厌氧发酵的接种物为：将
厌氧消化污泥经
葡萄糖驯化培养，放置，耗尽所述厌氧消化污泥中的有机物后的产物。
[0018] 优选的，所述厌氧发酵的
水力停留时间为3～5天，发酵温度为30～55℃。
[0019] 优选的，所述厌氧发酵的出
水循环次数为3～10次。
[0020] 本发明提供了一种废弃生物质联产生物原油和甲烷的方法，包括以下步骤：将废弃生物质进行水热液化反应，所有产物进行过滤，得到水相产物和非水相产物；将所述非水相产物进行萃取，得到生物原油和生物炭；将所述水相产物和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。本发明提供的方法首先通过水热液化反应将废弃生物质中的致病菌杀死的同时，实现了生物质的高值化，实现了无害化的处理；同时水热液化过程可以使得到的生物炭具有较多的微孔结构，通过上述生物炭强化对水相进行厌氧发酵处理过程中，可缓解厌氧发酵过程中的酸抑制和
氨抑制，
加速发酵过程中的
电子传递、缩短启动期，增强系统的
稳定性，对厌氧发酵的甲烷化过程起到促进作用，较大程度的提高产甲烷效率，进而有效的降低了水相中COD的含量，使整个过程没有废弃物的排放，基本实现碳资源的充分利用，缓解能源危机，减少大气污染，保护环境。
附图说明
[0021] 图1为本发明所述废弃生物质联产生物原油和甲烷的
流程图。
具体实施方式
[0022] 本发明提供了一种废弃生物质联产生物原油和甲烷的方法，包括以下步骤：
[0023] 将废弃生物质进行水热液化反应，所有产物进行过滤，得到水相产物和非水相产物；
[0024] 将所述非水相产物进行萃取，得到生物原油和生物炭；
[0025] 将所述水相产物和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷(如图1所示)。
[0026] 在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0027] 本发明将废弃生物质进行水热液化反应，所有产物进行过滤，得到水相产物和非水相产物；
[0028] 在本发明中，所述废弃生物质的来源优选包括木质纤维素生物质和/或粪便；所述木质纤维素生物质优选为椰壳、花生壳、秸秆和木屑中的一种或几种。在本发明中，所述废弃生物质的水分含量优选为70～95％，更优选为75～90％，最优选为80～85％；当所述废弃生物质的水分含量不满足上述要求时，优选通过在所述废弃生物中加水来达到上述水分含量范围。
[0029] 在本发明中，所述水热液化反应的温度优选为220～400℃，更优选为250～350℃，最优选为280～320℃；所述水热液化反应的时间优选为0～300min，更优选为20～150min，最优选为50～100min。
[0030] 在本发明中，所述水热液化反应优选在间歇式反应釜或连续式反应釜中进行。
[0031] 所述水热液化完成后，本发明优选将得到的产物体系冷却至室温，本发明对所述冷却没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可，在本发明的具体
实施例中，所述冷却优选为自然冷却。
[0032] 本发明对所述过滤没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
[0033] 得到水相产物和非水相产物后，本发明将所述非水相产物进行萃取，得到生物原油和生物炭；在本发明中，所述萃取的萃取剂优选为有机溶剂；所述有机溶剂优选为丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷和己烷中的一种或几种；当所述有机溶剂优选为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定。本发明对所述萃取的具体过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
[0034] 所述萃取完成后，本发明优选对非水相产物进行过滤和蒸馏，本发明对所述过滤和蒸馏没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
[0035] 在本发明中，所述生物原油经过提质后可作为液体燃油使用。在本发明中，经过水热液化反应和萃取过程后，得到的生物原油为主要产物，生物炭为副产物。
[0036] 得到生物原油和生物炭后，本发明将所述水相产物和生物炭混合，进行厌氧发酵，得到甲烷。在本发明中，所述水相产物和生物炭的质量比优选为1～3：1，更优选为2:1。在本发明中，所述厌氧发酵的接种物优选为将厌氧消化污泥经葡萄糖驯化培养，放置，耗尽所述厌氧消化污泥中的有机物后的产物；本发明对所述厌氧消化污泥的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可；在本发明的实施例中，所述厌氧消化污泥的来源具体选择为污
水处理厂。在本发明中，所述葡萄糖的用量优选为2g/L(所述“g/L”理解为1升厌氧消化污泥需要2g葡萄糖)；在本发明中，所述驯化培养的时间优选为7天；本发明对所述驯化培养的其它条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述放置的时间优选为10～15天。在本发明中，所述厌氧发酵的水力停留时间优选为3～5天，更优选为4天，温度优选为30～55℃，更优选为35～45℃。在本发明中，所述厌氧发酵的出水循环次数优选为3～10次，更优选为5～6次。本发明对所述厌氧发酵的其它条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的厌氧发酵制备甲烷的发酵条件进行设置即可。
[0037] 在本发明中，所述厌氧发酵的过程中水相产物作为厌氧发酵的底物，生物炭作为水相厌氧发酵产甲烷的强化介质，由于生物炭具有较多的微孔结构，在厌氧发酵体系中可缓解酸抑制和氨抑制，加速发酵过程中的电子传递，对厌氧发酵的甲烷化过程起到促进作用，较大程度的提高了产气量。
[0038] 下面结合实施例对本发明提供的废弃生物质联产生物原油和甲烷的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0039] 实施例1
[0040] 将10g秸秆和40g水混合(底物含水率为81％)，放入反应釜中，进行水热液化(220℃，30min)，自然冷却至室温，过滤，得到水相产物和非水相产物；
[0041] 将所述非水相产物用丙酮进行萃取后，依次进行过滤和蒸馏，得到生物原油和生物炭；
[0042] 将500g水相和500g秸秆炭混合，进行厌氧发酵(水力停留时间为3d、温度为30℃、出水循环次数为5次)，得到甲烷。与不添加任何生物炭的对照组相比，秸秆炭强化厌氧发酵的产气高峰提前7d，水相COD去除率为75.6％。
[0043] 实施例2
[0044] 将10g木屑和20g水混合(底物含水率为70％)，放入反应釜中，进行水热液化(320℃，300min)，自然冷却至室温，过滤，得到水相产物和非水相产物；
[0045] 将所述非水相产物用丙酮进行萃取后，依次进行过滤和蒸馏，得到生物原油和生物炭；
[0046] 将500g水相和250g花生壳炭混合，进行厌氧发酵(水力停留时间为4d、温度为40℃、出水循环次数为4次)，得到甲烷。与不添加任何生物炭的对照组相比，花生壳炭强化厌氧发酵的产气高峰提前5d，水相COD去除率为72.8％。
[0047] 实施例3
[0048] 将10g猪粪和30g水混合(底物含水率为95％)，放入反应釜中，进行水热液化(400℃，90min)，自然冷却至室温，过滤，得到水相产物和非水相产物；
[0049] 将所述非水相产物用丙酮进行萃取后，依次进行萃取和蒸馏，得到生物原油和生物炭；
[0050] 将500g水相和167g椰壳炭混合，进行厌氧发酵(水力停留时间为3d、温度为55℃、出水循环次数为10次)，得到甲烷。与不添加任何生物炭的对照组相比，花生壳炭强化厌氧发酵的产气高峰提前6d，水相COD去除率为83.7％。
[0051] 由以上实施例可知，本发明提供的方法首选通过水热液化反应将废弃生物质中的致病菌杀死的同时，实现了生物质的高值化，实现了无害化的处理；同时水热液化过程可以使得到的生物炭具有较多的微孔结构，通过上述生物炭强化对水相进行厌氧发酵处理过程中，可缓解厌氧发酵过程中的酸抑制和氨抑制，加速发酵过程中的电子传递、缩短启动期，增强系统的稳定性，对厌氧发酵的甲烷化过程起到促进作用，较大程度的提高产甲烷效率。进而有效的降低了水相中COD的含量，使整个过程没有废弃物的排放，基本实现碳资源的充分利用，缓解能源危机，减少大气污染，保护环境。
[0052] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
