一种生物质负碳转化利用方法与流程

本发明涉及生物质转化，尤其是涉及一种生物质负碳转化利用方法。

背景技术：

1、我国秸秆资源每年高达9亿吨。因为秸秆体积大，存贮运输成本高，所以有效利用率很低。通常方圆20公里的粮食产区秸秆可达到50万吨。一个年处理2-10万吨/年标准规模的秸秆存储和炭化厂可以满足附近粮食产区的需求，解决秸秆运输和存储的问题。本专利可实施在粮食产区建设分布式秸秆炭化厂，规模设计在年处理2-10万吨范围。由于这些厂建设在农村地区，其设计需要简便、环保且安全。集中化的生物炭和二氧化碳厂则建设在城镇的化工区，便于进行改性和加工利用，进一步提高产品附加值。

2、目前我国生物炭市场的需求量约为2亿吨，而实际产能仅有1000多万吨，存在巨大的缺口。大部分的炭化装置都是小型装置，产品仅为单一的生物炭。这类小型装置的缺点是能耗高、污染大。产量一直无法提高的原因，主要是盈利空间太小。在生物质利用的过程中增加捕集二氧化碳的环节也已经开展了一段时间，但是没有得到大范围的推广，主要原因是昂贵的碳捕集的成本进一步侵蚀了生物质转化的经济效益。本专利采用全新的工业设计来实现生物质的炭化，生产高质量的生物炭和高浓度的二氧化碳。秸秆炭化装置需要大量供能，本专利提出利用尾气废热、焦油富氧燃烧供热，以及利用绿电(风能、太阳能)来补充能量，实现尾气的闭路循环和对当地电网的最小使用。在分布式秸秆炭化装置现场，不设置生物炭的进一步处理装置。生物炭从附近的多个分布式炭化装置运输到大型生物炭集中处理工厂，形成多种高附加值生物炭产品。

3、生物质的转化过程是全生命周期分析(lca)意义上的“零排放”。在整个生物质的转化利用过程中，二氧化碳是一个循环利用的过程，并不会增多大气中的二氧化碳含量。因此如果能够捕集和利用生物质转化过程中的二氧化碳，就能形成一个负碳过程，从而抵消难于减排企业(例如热电厂，钢铁厂，水泥厂，航空公司等)的二氧化碳排放，助力我国实现2030年碳达峰和2060年碳中和的目标。

4、目前国内生物质主要被用于燃烧发电、热化学转化及发酵生产生物质能源。虽然有大量的科研经费投入到利用生物质生产精细化工产品(例如航空燃料，生物柴油，化肥等)，但由于这些产品的生产成本远高于市场上同类产品，大规模产业化仍然面临很大的难题。除个别过程外，大部分生物质转化利用过程仍处于小规模实验阶段。负碳过程并非当前生物质转化利用过程的主要关注点，因此尚未得到系统的研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种生物质负碳转化利用方法，将经济效益和负碳过程作为双重目标，以解决生物质转化利用过程大规模工业生产以及低成本二氧化碳捕集的难题。在新的生物质热解过程的设计中，我们采取了和传统的精细加工逆向的思路，大大简化生物质热解过程之后的产品数量，集中于少数两个主力产品：生物炭和生物二氧化碳。分布式秸秆炭化装置通过生产过程设计和参数的优化实现了低成本生产生物炭和二氧化碳的目标。通过经济衡算，分布式炭化装置在实现盈利的同时形成了可验证的负碳指标，为实现可持续的商业模式奠定了基础。值得指出的是，生物质炭化的原料不仅限于秸秆，这一新技术也可以应用于各类农林废弃物，如木材、稻壳等适宜的原料。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种生物质负碳转化利用方法，包括以下步骤：

3、s1、在粮食和林业产区就近设置分布式炭化厂，将就近收集的秸秆、木材废弃物、稻壳在分布式炭化厂中热解炭化；

4、s2、将热解炭化的产物分离，将气体产物运输到二氧化碳集中工厂及固体产物运输到生物炭集中工厂；

5、s3、二氧化碳集中工厂将气体产物用于制生物天然气、生物甲醇、其他化工利用、地质利用及地质封存，在生物炭集中工厂将固体产物用于精细化利用、供热发电及土壤修复。

6、优选的，在步骤s1中，生物质资源热解炭化是利用尾气废热、焦油富氧燃烧供热，以及利用绿电来补充能量，实现尾气的闭路循环和对当地电网的最小使用，极大的减少了对能量的浪费及对环境的影响。

7、优选的，在步骤s1中，就近建立年处理2-10万吨/年标准规模的秸秆存储和炭化厂处理附近粮食产区的秸秆等废弃生物质资源，解决秸秆等废弃生物质资源运输和存储的问题。

8、优选的，在步骤s1中，通过设计全新的热解炭化装置来处理生物质资源，通过富氧燃烧焦油，尾气闭路循环，该热解炭化装置可以生产更高质量的生物炭和更高浓度的二氧化碳。

9、优选的，在步骤s1中，利用的绿电(风能、太阳能等可再生能源发电)不仅可用于热解炭化的补充能量，还可用于电解水以产生氧气及氢气。氧气将用于焦油的富氧燃烧以生产二氧化碳，而氢气将与二氧化碳合成生物天然气及生物甲醇等化工利用。

10、优选的，在步骤s2中，本专利提出二氧化碳的提纯分阶段进行。如有需要，在分布式生物质炭化工业装置现场进行简易的提浓，以保证卡车或管线液态运输，并满足无腐蚀性成分的要求。二氧化碳从附近的多个分布式炭化工业装置运输到大型二氧化碳提纯工厂，形成最终的高纯度二氧化碳。

11、优选的，在步骤s3中，高纯度二氧化碳可用于驱油提高采收率。二氧化碳驱油是提高低渗透油田采收率的主要方法之一，可以提高采收率10％至20％，并且二氧化碳驱油对于二氧化碳纯度要求不高，可节省二氧化碳提纯成本。

12、优选的，所述的生物质热解炭化工艺会产生少量液体产物(木醋液、木焦油等)，可进一步提高二氧化碳驱油及封存效率。

13、优选的，在步骤s3中，高纯度二氧化碳的化学转化生产有机碳酸酯、聚碳酸亚丙酯等高值化学品。二氧化碳的大规模工业化学转化正在逐步成熟。一旦突破，化学转化生产会对二氧化碳有大量的需求并产生大量商业价值。

14、优选的，在步骤s3中，高纯度二氧化碳可用以地质封存，二氧化碳的地质封存是达到双碳目标、促进可持续发展的重要途经。

15、优选的，在步骤s3中，生物炭可用于供热发电、土壤修复及进一步的精细化利用。精细化利用包括生产但不局限于制造电池电极、活性炭等高附加值产品。

16、优选的，在步骤s1中，所述分布式炭化厂中使用新型的热解炭化工艺与生产参数优化，简化生物质热解炭化主要产物为生物炭与二氧化碳。

17、优选的，在步骤s1中，所述分布式炭化厂中使用新型的热解炭化工艺与生产参数优化，并且通过焦油富氧燃烧及尾气闭路循环等方式，生产高浓度二氧化碳，从而避免了使用昂贵的二氧化碳捕集装置。

18、因此，本发明采用上述一种生物质负碳转化利用方法，可以克服现有生物质转化工业化和低成本二氧化碳捕集的技术难题，就近解决秸秆等农业废弃物处理问题，高效利用生物质炭化产物，提供可验证的负碳指标。本发明过程兼具经济效益和负碳过程，有利于我国乡村振兴及双碳目标的实现。

19、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，在步骤s1中，生物质资源热解炭化是利用尾气废热、焦油富氧燃烧供热，以及利用绿电来补充能量。

3.根据权利要求2所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，在步骤s1中，利用的绿电不仅用于热解炭化的补充能量，还用于电解水以产生氧气及氢气，氧气将用于焦油的富氧燃烧以生产高浓度二氧化碳，而氢气将与高浓度二氧化碳合成生物天然气及生物甲醇化工利用。

4.根据权利要求1所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，所述分布式炭化厂年处理标准规模秸秆、木材废弃物、稻壳废弃物2-10万吨/年。

5.根据权利要求2所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，所述绿电由可再生能源发电产生的电能。

6.根据权利要求5所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，所述可在能能源发电包括风能、太阳能发电。

7.根据权利要求3所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，在步骤s3中，所述高纯度二氧化碳用于驱油提高采收率或地质封存。

8.根据权利要求1所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，所述热解炭化的产物还包括液体产物。

9.根据权利要求8所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，所述液体产物包括木醋液、木焦油。

10.根据权利要求3所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，所述的高浓度二氧化碳用于化学转化生产有机碳酸酯、聚碳酸亚丙酯。

11.根据权利要求1所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，步骤s3中，所述固体产物用于精细化利用包括制造电池电极、活性炭。

12.根据权利要求1所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，在步骤s1中，所述分布式炭化厂中使用新型的热解炭化工艺与生产参数优化，简化生物质热解炭化主要产物为生物炭与二氧化碳。

13.根据权利要求1所述的一种生物质负碳转化利用方法，其特征在于，在步骤s1中，所述分布式炭化厂中使用新型的热解炭化工艺与生产参数优化，并且通过焦油富氧燃烧及尾气闭路循环方式，生产高浓度二氧化碳。

技术总结本发明公开了一种生物质负碳转化利用方法，包括将农业废弃物、木材残余物等生物质通过分布式炭化工厂就近转化，转化过程包括但不限于热解炭化处理，通过热解装置设计及生产参数优化集中生产少数主力产品(生物炭与高浓度二氧化碳)，处理后的产物运输到集中化的生物炭和二氧化碳工厂进行更加精细化的利用。本发明采用上述的一种生物质负碳转化利用方法，可以克服现有生物质转化工业化和低成本二氧化碳捕集的技术难题，就近解决秸秆等农林废弃物处理问题，高效利用生物质炭化产物，提供可验证的负碳指标。本发明过程兼具经济效益和负碳过程，有利于我国乡村振兴及双碳目标的实现。技术研发人员：杨涛,常杰,芮振华,刘月亮,姜弘志,徐春明,卢春喜,刘梦溪受保护的技术使用者：杨涛技术研发日：技术公布日：2024/5/6