一種海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，包括以下步驟：(1)收集海藻、水生外來入侵植物干燥，切割或粉碎后再篩分，進(jìn)入微波熱解裝置，進(jìn)行混合攪拌，調(diào)節(jié)微波功率蒸發(fā)水分；(2)水分蒸發(fā)后，停止混合攪拌裝置，將溫度控制在450～600℃，反應(yīng)時(shí)間在10～20min，微波輻射頻率為2450MHz，功率為0～750W連續(xù)可調(diào)，進(jìn)行微波高溫?zé)峤馓幚恚?3)微波熱解產(chǎn)生的混合油氣經(jīng)過冷卻后再送入分離裝置，分離裝置將混合油氣分離為生物油、燃?xì)夂惋w灰；其中生物油產(chǎn)率為30～60％，可燃?xì)饣厥章蕿?0～20％，焦炭產(chǎn)率為30～50％，實(shí)現(xiàn)了生物油、可燃?xì)夂徒固咳喽嗦?lián)產(chǎn)。
【專利說明】一種海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海藻與水生外來入侵植物回收利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]化石資源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)今經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展所面臨和必須解決的兩大問題。一方面，有限的化石資源日趨耗盡，石油短缺和價(jià)格上漲已經(jīng)成為制約全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一；另一方面，化石資源利用造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，并可能導(dǎo)致全球變暖和災(zāi)害性氣候頻發(fā)等系列問題，由此造成每年數(shù)千億美元的損失。上述危機(jī)已經(jīng)引起全球有識(shí)之士的關(guān)注和思考，許多國家紛紛投入巨資積極開展相關(guān)研發(fā)工作，生物質(zhì)能的開發(fā)就是其中一項(xiàng)重要的組成部分。利用油料作物生產(chǎn)生物柴油和利用淀粉作物生產(chǎn)燃料乙醇是當(dāng)前全球生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的重要內(nèi)容。一方面，由于目前的生物質(zhì)能開發(fā)主要以農(nóng)作物為原料，導(dǎo)致了與糧食、耕地、水等資源競(jìng)爭(zhēng)的局面；另一方面，上述原料的發(fā)展空間有限，難以滿足未來市場(chǎng)的需求。海藻與入侵植物的混合生物質(zhì)能的開發(fā)為解決上述問題提供了一條可能有效的出路。
[0003]海藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的一類重要生物類群，在維護(hù)大氣(CO2A)2)平衡以及維持食物鏈結(jié)構(gòu)方面具有舉足輕重的地位。生物每年通過光合作用可固定8X 101(lt碳，生產(chǎn)1.46X 10nt的生物質(zhì)，其中40%應(yīng)歸功于藻類的光合作用。海藻的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長周期短；海藻養(yǎng)殖可以在廣大的海面上進(jìn)行，不需要水資源與土地的投入，其養(yǎng)殖過程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；海洋每年能提供非常豐富的藻類生物量；種類繁多，各類海藻生長季節(jié)不單一，可以交替大量繁殖，保證全年資源充足。天然狀態(tài)下，大型褐藻類(如海帶、裙帶菜、馬尾藻等)的生產(chǎn)力是每年每平方米生產(chǎn)3300?11300g的干物質(zhì)。紅藻的生產(chǎn)力與褐藻相當(dāng)。養(yǎng)殖條件下海藻的生產(chǎn)力較高，養(yǎng)殖的海帶7個(gè)月的時(shí)間每平方米海面生產(chǎn)15000g干物質(zhì)(每公頃150噸)。同時(shí)一些海藻的自我生長繁殖能力也極其旺盛。大規(guī)模栽培海藻改善海洋富營養(yǎng)化環(huán)境后，所收獲的大量海藻生物質(zhì)可以通過熱解技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為焦炭、生物油和合成氣等多種燃料形式，生產(chǎn)可再生生物質(zhì)能源，既減輕了近海海洋環(huán)境污染問題，又可為社會(huì)提供豐富的燃料資源，可謂一舉兩得。
[0004]外來入侵植物是從其原生地，借助人為或自然力進(jìn)入新棲息地，并在新棲息地失去控制而爆發(fā)性擴(kuò)散，造成農(nóng)林牧漁減產(chǎn)，生物多樣性下降，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降等危害的植物。我國每年由外來種入侵造成的經(jīng)濟(jì)損失超過1198.76億元，占到國內(nèi)生產(chǎn)總值1.36%，僅用于打撈鳳眼蓮的費(fèi)用就超過I億元。能夠成功入侵的水生外來物種，往往具有先天的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，它們有很強(qiáng)的營養(yǎng)繁殖能力，如鳳眼蓮(Eichhornia crassipes)；或能很快適應(yīng)不同的生境，如空心蓮子草(Alternanthera philoxeroides)；一旦在新的滋生地?cái)[脫了人為的控制和天敵的制約，就會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)性的瘋長，排擠本土物種并形成單一優(yōu)勢(shì)種群，最終導(dǎo)致滋生地物種多樣性、遺傳多樣性的喪失，如互花米草(Spartinaalterniflora)、大米草(Spartina anglica)等。高效的光合作用與高生產(chǎn)力、高忙能、生物量巨大使得水生外來入侵植物資源成為一種特殊的生物質(zhì)能源植物，將水生外來入侵植物進(jìn)行生物質(zhì)能開發(fā)也是控制其惡性擴(kuò)張?jiān)斐缮鷳B(tài)危害的有效辦法。
[0005]將海藻或水生外來入侵植物分別作為生物質(zhì)能源原料均有報(bào)道。王爽等研究了海藻熱解制備生物油的方法(Wang S，Wang Q, Jiang X M, et al.Composit1nalanalysis of b1-oil derived from pyrolysis of seaweed[J].Energy Convers1n andManagement, 2013, 68:273-280.)王小娟(2013)報(bào)道了鳳眼蓮與低階煤低溫共熱解轉(zhuǎn)化研究(武漢科技大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2013)。陳慧清(2006)報(bào)道了大米草水解液發(fā)酵生產(chǎn)生物柴油和燃料乙醇的初步研究(西南交通大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2006)。互花米草厭氧生物轉(zhuǎn)化的試驗(yàn)研究也有初步報(bào)道(陳廣銀等，中國環(huán)境科學(xué)，2009，29 (8) =861-866.楊世關(guān)等，2008，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(5) =196-199.)人們已經(jīng)意識(shí)到水生入侵植物的能源利用可行性，但并未針對(duì)性最大限度地根據(jù)其特性進(jìn)行轉(zhuǎn)化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，該方法可以將海藻和水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解，能產(chǎn)生大量的可回收利用的生物油、可燃?xì)夂徒固?，達(dá)到多聯(lián)產(chǎn)利用。
[0007]本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，包括以下步驟:
[0008](I)收集海藻、水生外來入侵植物干燥至恒重，切割或粉碎后再篩分收集長度或直徑小于1mm的顆粒，按質(zhì)量比I?3:1進(jìn)入微波熱解裝置，同時(shí)進(jìn)行混合攪拌，通過調(diào)節(jié)微波功率使溫度上升至100°C，用以蒸發(fā)水分1-2小時(shí)；
[0009](2)水分蒸發(fā)階段結(jié)束后，停止微波熱解反應(yīng)器中的混合攪拌裝置，提高微波輻射功率，將溫度控制在450?600°C，反應(yīng)時(shí)間在10?20min，微波輻射頻率為2450MHz，功率為O?750W連續(xù)可調(diào)，進(jìn)行微波高溫?zé)峤馓幚恚?br> [0010](3)微波熱解產(chǎn)生的混合油氣經(jīng)過冷卻至O-零下10度后再送入分離裝置，分離裝置將混合油氣分離為生物油、可燃?xì)夂徒固?；其中生物油產(chǎn)率為30?60%，可燃?xì)饣厥章蕿?0?20%，焦炭產(chǎn)率為30?50%，實(shí)現(xiàn)了生物油、可燃?xì)夂徒固咳喽嗦?lián)產(chǎn)。
[0011]本發(fā)明通過將海藻和水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解而實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，此類方法未見研究報(bào)道。除了協(xié)同熱解產(chǎn)生品質(zhì)較好的生物油外，還有較高產(chǎn)量的焦炭和可燃不凝氣(可燃?xì)?收集加以利用。不同于只是為了生產(chǎn)生物油，還需處理殘留的焦炭與可燃?xì)?，本發(fā)明中三者都是高經(jīng)濟(jì)值的產(chǎn)物，協(xié)同微波熱解能達(dá)到較優(yōu)的多聯(lián)產(chǎn)效果。
[0012]同時(shí)，本發(fā)明考慮到海藻與入侵類水生類生物質(zhì)各自特征采用微波混合熱解，并采用特定的比例與工況，能夠最大化達(dá)到三相優(yōu)化產(chǎn)物，同時(shí)微波熱解后的焦炭也具有較好的活性較高經(jīng)濟(jì)型。
[0013]在上述海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法中:
[0014]步驟(I)中所述的海藻為綠藻門、紅藻門或褐藻門海藻。
[0015]所述的海藻為滸苔、石莼、裙帶菜、江蘺、紫菜、海帶、馬尾藻或巨藻。
[0016]步驟(I)中所述的水生外來入侵植物為禾本科、豆科、莧科或雨久花科植物。
[0017]所述的水生外來入侵植物為鳳眼蓮、空心蓮子草、互花米草或大米草。
[0018]步驟(I)中收集海藻、水生外來入侵植物干燥至恒重，切割或粉碎成長度或直徑小于50mm的顆粒后再篩分收集長度或直徑小于1mm的顆粒。
[0019]步驟(I)中海藻、水生外來入侵植物分別由螺旋輸送機(jī)雙向送料，按質(zhì)量比2:1進(jìn)入微波熱解裝置。
[0020]步驟(3)中所述的分離裝置為固、液、氣三相分離裝置。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)資源優(yōu)化利用，我國陸上生物質(zhì)資源相對(duì)分散緊缺，海藻資源豐富，水生外來入侵植物危害嚴(yán)重，亟需有效控制辦法，兩者混合使用符合我國國情；
[0023](2)節(jié)約能源消耗，海藻與水生外來入侵植物協(xié)同熱解時(shí)，蒸發(fā)水分與熱解分階段同時(shí)在微波熱解裝置內(nèi)進(jìn)行，并非常規(guī)的干燥脫離于微波熱解；同時(shí)海藻會(huì)釋放能量，而外來入侵植物能夠吸收能量，兩者互相耦合能量，可節(jié)省微波熱量的供給；
[0024](3)微波熱解與常規(guī)熱解比較，熱解速度快，效率高；穿透性好，特別適合兩種物料混合熱解，同時(shí)對(duì)大尺寸物體(海藻)的熱解也極為方便和均勻；同時(shí)微波熱解對(duì)焦炭的物理特性損失也最小，便于得到最佳的焦炭；
[0025](4)海藻與水生外來入侵植物生物質(zhì)元素組成方面具有互補(bǔ)作用，海藻生物質(zhì)灰分高，本身含有大量無機(jī)鹽，對(duì)外來入侵植物的熱解過程具有催化作用；
[0026](5)水生外來入侵植物含氧量較高，單獨(dú)利用其生產(chǎn)的生物油含氧量較高，而海藻含氧量相對(duì)較低，能夠有效減少混合制油的氧含量，提高生物油的品質(zhì)；
[0027](6)海藻產(chǎn)生的可燃?xì)夂瑲錃夂图淄榈雀邿嶂禋?，海藻和互米花草等共熱解生成的焦炭孔隙率較大(尤其海藻的焦炭孔隙率較大)，可用于吸附劑、水泥等多種高產(chǎn)值利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖1所示，本實(shí)施例提供的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，包括以下步驟:
[0032](I)選擇滸苔和空心蓮子草花進(jìn)行協(xié)同微波熱解；
[0033](2)兩種原料經(jīng)過干燥至恒重后，粉碎、篩分，收集長度為8mm的顆粒，分別由螺旋輸送機(jī)雙向送料，按質(zhì)量比1:1進(jìn)入微波熱解裝置，同時(shí)進(jìn)行混合攪拌，通過調(diào)節(jié)微波功率使溫度上升至100°c，用以蒸發(fā)水分I小時(shí)；
[0034](3)水發(fā)蒸發(fā)階段結(jié)束后，停止微波熱解反應(yīng)器中的混合攪拌裝置，提高微波輻射功率，將油、氣、炭多聯(lián)產(chǎn)的最佳溫度控制在450?600°C，反應(yīng)時(shí)間在10?20min，微波輻射頻率為2450MHz，功率為O?750W連續(xù)可調(diào)；
[0035](4)熱解產(chǎn)生的混合油氣經(jīng)過冷卻裝置冷卻至O-零下10度后再送入分離裝置，分離裝置為固、液、氣三相分離裝置，分離裝置將混合油氣分離為生物油、可燃?xì)夂徒固?，得到的生物油送入?chǔ)罐儲(chǔ)存，焦炭進(jìn)行收集。液相油產(chǎn)率可以達(dá)到35%左右，焦炭產(chǎn)率45%左右，可燃?xì)鉃?0%左右。
[0036]實(shí)施例2
[0037]如圖1所示，本實(shí)施例提供的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，包括以下步驟:
[0038](I)選擇馬尾藻和互花米草進(jìn)行協(xié)同微波熱解；
[0039](2)兩種原料經(jīng)過干燥至恒重后，粉碎、篩分，收集長度為5mm的顆粒，分別由螺旋輸送機(jī)雙向送料，按質(zhì)量比2:1進(jìn)入微波熱解裝置，經(jīng)過兩者的熱解熱重試驗(yàn)分析可知，該比例能協(xié)同熱解達(dá)到三相產(chǎn)物最佳，且此時(shí)微波耗能最小，同時(shí)進(jìn)行混合攪拌，通過調(diào)節(jié)微波功率使溫度上升至100°C，用以蒸發(fā)水分1.5小時(shí)；
[0040](3)水發(fā)蒸發(fā)階段結(jié)束后，停止微波熱解反應(yīng)器中的混合攪拌裝置，提高微波輻射功率，將油、氣、炭多聯(lián)產(chǎn)的最佳溫度控制在450?600°C，反應(yīng)時(shí)間在10?20min，微波輻射頻率為2450MHz，功率為O?750W連續(xù)可調(diào)；
[0041](4)熱解產(chǎn)生的混合油氣經(jīng)過冷卻裝置冷卻至O-零下10度后再送入分離裝置，分離裝置將混合油氣分離為生物油、可燃?xì)夂惋w灰，得到的生物油送入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，焦炭進(jìn)行收集，液相油產(chǎn)率可以達(dá)到40%左右，焦炭產(chǎn)率35%左右，可燃?xì)鉃?5%左右。
[0042]實(shí)施例3
[0043]如圖1所示，本實(shí)施例提供的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，包括以下步驟:
[0044](I)選擇龍須菜和鳳眼蓮進(jìn)行協(xié)同微波熱解；
[0045](2)兩種原料經(jīng)過干燥至恒重后，粉碎、篩分，收集長度為Imm的顆粒，分別由螺旋輸送機(jī)雙向送料，按質(zhì)量比3:1進(jìn)入微波熱解裝置，同時(shí)進(jìn)行混合攪拌，通過調(diào)節(jié)微波功率使溫度上升至100°C，用以蒸發(fā)水分2小時(shí)；
[0046](3)水發(fā)蒸發(fā)階段結(jié)束后，停止微波熱解反應(yīng)器中的混合攪拌裝置，提高微波輻射功率，將油、氣、炭多聯(lián)產(chǎn)的最佳溫度控制在450?600°C，反應(yīng)時(shí)間在10?20min，微波輻射頻率為2450MHz，功率為O?750W連續(xù)可調(diào)；
[0047](4)熱解產(chǎn)生的混合油氣經(jīng)過冷卻裝置冷卻至O-零下10度后再送入分離裝置，分離裝置將混合油氣分離為生物油、可燃?xì)夂惋w灰，得到的生物油送入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，進(jìn)行收集，液相油產(chǎn)率可以達(dá)到40%左右，焦炭產(chǎn)率48%左右，可燃?xì)鉃?2%左右。
[0048]本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是包括以下步驟: (1)收集海藻、水生外來入侵植物干燥至恒重，切割或粉碎后再篩分收集長度或直徑小于1mm的顆粒，按質(zhì)量比I?3:1進(jìn)入微波熱解裝置，同時(shí)進(jìn)行混合攪拌，通過調(diào)節(jié)微波功率使溫度上升至100°C，用以蒸發(fā)水分1-2小時(shí)； (2)水分蒸發(fā)階段結(jié)束后，停止微波熱解反應(yīng)器中的混合攪拌裝置，提高微波輻射功率，將溫度控制在450?600°C，反應(yīng)時(shí)間在10?20min，微波輻射頻率為2450MHz，功率為O?750W連續(xù)可調(diào)，進(jìn)行微波高溫?zé)峤馓幚恚? (3)微波熱解產(chǎn)生的混合油氣經(jīng)過冷卻至O-零下10度后再送入分離裝置，分離裝置將混合油氣分離為生物油、可燃?xì)夂徒固?；其中生物油產(chǎn)率為30?60%，可燃?xì)饣厥章蕿?0?20%，焦炭產(chǎn)率為30?50%，實(shí)現(xiàn)了生物油、可燃?xì)夂徒固咳喽嗦?lián)產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是:步驟(I)中所述的海藻為綠藻門、紅藻門或褐藻門海藻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是:所述的海藻為滸苔、石莼、裙帶菜、江蘺、紫菜、海帶、馬尾藻或巨藻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是:步驟(I)中所述的水生外來入侵植物為禾本科、豆科、莧科或雨久花科植物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是:所述的水生外來入侵植物為鳳眼蓮、空心蓮子草、互花米草或大米草。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是:步驟(I)中收集海藻、水生外來入侵植物干燥至恒重，切割或粉碎成長度或直徑小于50mm的顆粒后再篩分收集長度或直徑小于1mm的顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是:步驟(I)中海藻、水生外來入侵植物分別由螺旋輸送機(jī)雙向送料，按質(zhì)量比2:1進(jìn)入微波熱解裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻與水生外來入侵植物協(xié)同微波熱解多聯(lián)產(chǎn)利用的方法，其特征是:步驟(3)中所述的分離裝置為固、液、氣三相分離裝置。
【文檔編號(hào)】C10B53/02GK104263390SQ201410485977
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】徐姍楠, 王爽, 劉永 申請(qǐng)人:中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所