CN112106619A - 一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，属于废物处理技术，包括步骤：在反应器内填充园林废弃物后，使用高温的过热蒸汽对园林废弃物进行加热；过热蒸汽在反应器内与园林废弃物接触，快速将热量传递给园林废弃物，园林废弃物快速升温并进行选择性裂解反应，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，园林废弃物经过反应后产生的易挥发物质随尾气排出反应器，固体产物被分离用作基质原材料；分离后的尾气被重新通过加热装置变为高温的过热蒸汽重新用以加热园林废弃物使之发生相关反应。本发明的过热蒸汽作为热源驱动的裂解过程加热效率高，并且出口处的过热蒸汽通过控制可以完全循环，经过再次加热后继续作为热源使用。
Description
技术领域
本发明属于废物处理技术领域，具体涉及一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法。
背景技术
园林废弃物每年产量巨大，对环境会造成极大的污染且不好处理。传统的裂解技术是将有机物置于密闭无氧或低氧的环境内，通过一定的温度和压力，将其转化为生物碳、生物油或生物气等产品，当前也有少量的研究试图利用裂解技术将生物质转化为一种可以替代泥炭的产品，但将园林废弃物用作原料的研究很少。
现有技术很难将园林废弃物转化成基质原料，或者说无法定向的去除园林废弃物中的某些成分，从而产生的产品不能作为基质使用。常规的热源对反应原料的加热模式相较于过热蒸汽存在加热效率低，且热量无法回收等缺点。
生物质的裂解过程通常需要外界供给能量用以维持反应的发生，常用的供热方式是先给炉壁加热，再通过炉壁将热量传递给有机物。由于气体的热容较低，很少有使用气体作为反应热源的。而过热蒸汽相比较一般的气体，热容大得多，并且过热蒸汽对有机物的传热也更加容易，因此使用过热蒸汽作为热源加热有机物可以极大的降低热量的损耗并且提高反应效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，以解决上述背景技术中提出的问题；本发明使用更高效的传热媒介(过热蒸汽)加快反应过程，并且该传热媒介可以更好的回收利用，从而降低了这个过程的能耗。使用过热蒸汽处理，对园林废弃物的理化性质进行改变，变成基质的原料。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，包括以下步骤：
S101：在反应器内填充园林废弃物后，使用高温的过热蒸汽对园林废弃物进行加热；
S102：过热蒸汽在反应器内与园林废弃物接触，快速将热量传递给园林废弃物，园林废弃物快速升温并进行选择性裂解反应，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，园林废弃物经过反应后产生的易挥发物质随尾气排出反应器，固体产物被分离用作基质原材料，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度大于100℃，即尾气温度大于100℃；
S103：分离后的尾气被重新通过加热装置变为高温的过热蒸汽重新用以加热园林废弃物使之发生相关反应。
作为优选，步骤S101中，所述过热蒸汽选择温度超过100℃的高温水蒸气。
作为优选，步骤S101中，所述园林废弃物选择城市绿化过程中绿色植物产生的叶子枝条的废弃物。
作为优选，步骤S101中，高温的过热蒸汽的产生过程如下：首先使用蒸汽发生器产生温度100-120℃的蒸汽，产生的蒸汽通过加热装置快速升温至101-1000℃，之后通入反应器。
作为优选，步骤S101中，所述加热装置为电磁加热装置。
作为优选，步骤S102中，所述选择性裂解反应的时间1-60min。
作为优选，步骤S102中，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度>100℃。
作为优选，步骤S102中，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，但园林废弃物的主体结构纤维素、木质素、半纤维素被大量保留。
作为优选，步骤S102中，所述基质原材料为植物种植时可以替代土壤的人工土壤。
园林废弃物不能作为基质的原因是里面含有很多的物质会影响植物的生长(主要有3类化合物：①脂肪族化合物。包括脂肪醇、脂肪酸甘油酯、糖类(包括淀粉)、蛋白质、生物碱和果胶质等，主要存在于薄壁细胞中。②萜类化合物。包括挥发油和树脂酸类，主要存在于树脂道中。③芳香族化合物。大多是1个或多个酚羟基取代的多酚类化合物)，因此需要将其去除。
本发明利用过热蒸汽的本质是用其优异的加热能力来使园林废弃物变成高温(实验结论是最优200-350℃)，并通过控制反应时间(最优1-60min)，将这类物质裂解掉，但同时作为主体结构的纤维素、木质素大量保留了，而这俩个物质含量超过了50％，是可以作为基质材料使用的，对植物没有毒性。
第二点用过热蒸汽的原因是，过热蒸汽在上述反应过程中会活化反应的产物，使其具有优异的保水、持水、孔隙率等性能，作为基质使用时效果会比较好。
本发明的原理，即利用过热蒸汽是为了1)快速将园林废弃物加热2)通过高温和过热蒸汽结合将园林废弃物中具有生物毒性的部分成分去除并同时保留绝大部分的木质素、纤维素和半纤维素，作为基质的主体结构材料3)过热蒸汽处理可以活化剩余材料的活性，保持较好的性质，可以用作基质使用。
本发明的有益效果：
(1)本发明过热蒸汽的加热效率比一般的方式更加的好，尾气可以循环利用，且反应过程不使用任何的气体(如氮气等)作为保护气，使用水作为过热蒸汽的来源绿色环保。
(2)本发明的过热蒸汽作为热源驱动的裂解过程相比较一般的炉壁加热方式具有更高的加热效率，并且出口出的过热蒸汽通过控制可以完全循环，经过再次加热后继续作为热源使用。
(3)本发明整个过程不使用其他的化学药剂，绿色安全且经济高效。
(4)为达到上述目的本发明专利的技术方案是使用过热蒸汽作为裂解反应的热源，可以将园林废弃物快速变为基质原材料。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
针对技术的缺点：园林废弃物不能作为基质的原因是里面含有很多的物质会影响植物的生长(主要有3类化合物：①脂肪族化合物。包括脂肪醇、脂肪酸甘油酯、糖类(包括淀粉)、蛋白质、生物碱和果胶质等，主要存在于薄壁细胞中。②萜类化合物。包括挥发油和树脂酸类，主要存在于树脂道中。③芳香族化合物。大多是1个或多个酚羟基取代的多酚类化合物)，因此需要将其去除。现有技术很难将园林废弃物转化成基质原料，或者说无法定向的去除园林废弃物中的某些成分，从而产生的产品不能作为基质使用。常规的热源对反应原料的加热模式相较于过热蒸汽存在加热效率低，且热量无法回收等缺点。
实施例1，一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，包括以下步骤：
S101：在反应器内填充园林废弃物后，使用高温的过热蒸汽对园林废弃物进行加热；
S102：过热蒸汽在反应器内与园林废弃物接触，快速将热量传递给园林废弃物，园林废弃物快速升温并进行选择性裂解反应，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，园林废弃物经过反应后产生的易挥发物质随尾气排出反应器，固体产物被分离用作基质原材料，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度大于100℃，即尾气温度大于100℃；
S103：分离后的尾气被重新通过加热装置变为高温的过热蒸汽重新用以加热园林废弃物使之发生相关反应。
本实施例中，步骤S101中，所述过热蒸汽选择温度超过100℃的高温水蒸气。
本实施例中，步骤S101中，所述园林废弃物选择城市绿化过程中绿色植物产生的叶子枝条的废弃物。
本实施例中，步骤S101中，高温的过热蒸汽的产生过程如下：首先使用蒸汽发生器产生温度100℃的蒸汽，产生的蒸汽通过加热装置快速升温至101℃，之后通入反应器。
本实施例中，步骤S101中，所述加热装置为电磁加热装置。
本实施例中，步骤S102中，所述选择性裂解反应的时间50min。
本实施例中，步骤S102中，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度200℃。
本实施例中，步骤S102中，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，但园林废弃物的主体结构纤维素、木质素、半纤维素被大量保留。
本实施例中，步骤S102中，所述基质原材料为植物种植时可以替代土壤的人工土壤。
实施例2，一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，包括以下步骤：
S101：在反应器内填充园林废弃物后，使用高温的过热蒸汽对园林废弃物进行加热；
S102：过热蒸汽在反应器内与园林废弃物接触，快速将热量传递给园林废弃物，园林废弃物快速升温并进行选择性裂解反应，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，园林废弃物经过反应后产生的易挥发物质随尾气排出反应器，固体产物被分离用作基质原材料，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度大于100℃，即尾气温度大于100℃；
S103：分离后的尾气被重新通过加热装置变为高温的过热蒸汽重新用以加热园林废弃物使之发生相关反应。
本实施例中，步骤S101中，所述过热蒸汽选择温度超过100℃的高温水蒸气。
本实施例中，步骤S101中，所述园林废弃物选择城市绿化过程中绿色植物产生的叶子枝条的废弃物。
本实施例中，步骤S101中，高温的过热蒸汽的产生过程如下：首先使用蒸汽发生器产生温度120℃的蒸汽，产生的蒸汽通过加热装置快速升温至1000℃，之后通入反应器。
本实施例中，步骤S101中，所述加热装置为电磁加热装置。
本实施例中，步骤S102中，所述选择性裂解反应的时间10min。
本实施例中，步骤S102中，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度350℃。
本实施例中，步骤S102中，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，但园林废弃物的主体结构纤维素、木质素、半纤维素被大量保留。
本实施例中，步骤S102中，所述基质原材料为植物种植时可以替代土壤的人工土壤。
实施例3，一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，包括以下步骤：
S101：在反应器内填充园林废弃物后，使用高温的过热蒸汽对园林废弃物进行加热；
S102：过热蒸汽在反应器内与园林废弃物接触，快速将热量传递给园林废弃物，园林废弃物快速升温并进行选择性裂解反应，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，园林废弃物经过反应后产生的易挥发物质随尾气排出反应器，固体产物被分离用作基质原材料，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度大于100℃，即尾气温度大于100℃；
S103：分离后的尾气被重新通过加热装置变为高温的过热蒸汽重新用以加热园林废弃物使之发生相关反应。
本实施例中，步骤S101中，所述过热蒸汽选择温度超过100℃的高温水蒸气。
本实施例中，步骤S101中，所述园林废弃物选择城市绿化过程中绿色植物产生的叶子枝条的废弃物。
本实施例中，步骤S101中，高温的过热蒸汽的产生过程如下：首先使用蒸汽发生器产生温度110℃的蒸汽，产生的蒸汽通过加热装置快速升温至700℃，之后通入反应器。
本实施例中，步骤S101中，所述加热装置为电磁加热装置。
本实施例中，步骤S102中，所述选择性裂解反应的时间30min。
本实施例中，步骤S102中，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度300℃。
本实施例中，步骤S102中，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，但园林废弃物的主体结构纤维素、木质素、半纤维素被大量保留。
本实施例中，步骤S102中，所述基质原材料为植物种植时可以替代土壤的人工土壤。
上述实施例1-3，利用过热蒸汽的本质是用其优异的加热能力来使园林废弃物变成高温(实验结论是最优200-350℃)，并通过控制反应时间(最优1-60min)，将这类物质裂解掉，但同时作为主体结构的纤维素、木质素大量保留了，而这俩个物质含量超过了50％，是可以作为基质材料使用的，对植物没有毒性。
第二点用过热蒸汽的原因是，过热蒸汽在上述反应过程中会活化反应的产物，使其具有优异的保水、持水、孔隙率等性能，作为基质使用时效果会比较好。
本发明的原理，即利用过热蒸汽是为了1)快速将园林废弃物加热2)通过高温和过热蒸汽结合将园林废弃物中具有生物毒性的部分成分去除并同时保留绝大部分的木质素、纤维素和半纤维素，作为基质的主体结构材料3)过热蒸汽处理可以活化剩余材料的活性，保持较好的性质，可以用作基质使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101：在反应器内填充园林废弃物后，使用高温的过热蒸汽对园林废弃物进行加热；
S102：过热蒸汽在反应器内与园林废弃物接触，快速将热量传递给园林废弃物，园林废弃物快速升温并进行选择性裂解反应，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，园林废弃物经过反应后产生的易挥发物质随尾气排出反应器，固体产物被分离用作基质原材料，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度大于100℃，即尾气温度大于100℃；
S103：分离后的尾气被重新通过加热装置变为高温的过热蒸汽重新用以加热园林废弃物使之发生相关反应。
2.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S101中，所述过热蒸汽选择温度超过100℃的高温水蒸气。
3.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S101中，所述园林废弃物选择城市绿化过程中绿色植物产生的叶子枝条的废弃物。
4.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S101中，高温的过热蒸汽的产生过程如下：首先使用蒸汽发生器产生温度100-120℃的蒸汽，产生的蒸汽通过加热装置快速升温至101-1000℃，之后通入反应器。
5.根据权利要求4所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S101中，所述加热装置为电磁加热装置。
6.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S102中，所述选择性裂解反应的时间1-60min。
7.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S102中，通过控制气体流速使得释放一定热量后的过热蒸汽温度>100℃。
8.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S102中，绝大多数具有植物毒性的物质被降解，但园林废弃物的主体结构纤维素、木质素、半纤维素被大量保留。
9.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将园林废弃物转化为基质材料的方法，其特征在于：步骤S102中，所述基质原材料为植物种植时可以替代土壤的人工土壤。
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2020
- 2020-09-23 CN CN202011005297.2A patent/CN112106619A/zh active Pending
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