CN101182422A - 一种低氧生物油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低氧生物油及其制备方法，生物油是以生物质和水为原料，在高温高压、催化剂作用下加氢直接液化制成的，生物质采用淡水藻、食品废弃物及畜禽排泄物，制成的生物油的化学组成为：烃类50～60at％、酚类30～40at％、酯类6～10at％、醇类4～10at％。其优点是：产品含氧量低，热值高，粘度适中，贮存稳定。本工艺将直接液化与加氢结合，转化率达100％，能量效率较传统直接液化工艺提高8～24％。

Description

一种低氧生物油及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低氧生物油及其制备方法，属于生物质工程中生物质热化学转化制生物油领域。
背景技术
生物质是和生物有关的物质的总称，废弃物类生物质包括木材厂等地的木材加工残渣，建设用残材、造纸残渣、畜禽的排泄物、下水道污泥、食品废弃物等；未利用的生物质是指经常被埋回农田或丢弃在山林湖泊中，绝大部分没有被利用的农作物的非食用部分。
将这些生物质热化学转化制生物油的方法目前有快速热分解和直接液化等。高含水率的生物质原料，不适用快速热分解，只能用直接液化法。
生物油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，在各种生物油中，苯酚、蒽、萘、菲和一些酸的含量相对较大。
目前直接液化工艺主要有以下几种：①美国的PERC工艺和LBL工艺是以木材为原料，采用碳酸钠作催化剂，在还原性气体一氧化碳作用下进行液化，生物油收率约35％(质量分数)。②日本资源环境产业技术综合研究所的液化工艺也是以木材为原料，但只用催化剂碳酸钠，不用还原性气体，生物油收率约50％(质量分数)。③日本的Organo以市政污泥为原料，不加催化剂和还原性气体进行液化，污泥的50％被转化为生物油(有机物的质量分数)。
发明内容
本发明的目的是提供一种以生物质淡水藻、食品废弃物及畜禽排泄物为原料，在高温高压(温度180～450℃，压力10～35MPa)条件下，以稀土碱金属为催化剂，采用加氢直接液化法制备的低氧生物油及其制备方法。生物油含氧量低、分子量小，发热量高，粘度适中，贮存稳定性好。
本发明的生物油是以生物质和水为原料制成的，生物质采用淡水藻、食品废弃物及畜禽排泄物，制成的生物油的化学组成为：烃类50～60at％、酚类30～40at％、酯类6～10at％、醇类4～10at％。
具体制备工艺步骤如下：
1)、原料预处理：将生物质原料切碎到粒度1～10cm；
2)、第一反应器：将生物质原料与水按质量比调至1∶3～5，通入高压釜反应器中加热，在温度180～240℃，压力10～14MPa条件下，反应20～70min后，进行减压蒸馏，减压蒸馏的压力范围为0.1～0.5MPa，水蒸气和小分子有机物以气体形式脱除，得到液体部分即为粗油；
3)、第二反应器：在粗油中加入0.5～0.7at％的稀土碱金属盐催化剂，混合后送入流动床式反应器，同时通入氢气，在温度300～450℃，压力15～35MPa范围下，进行加氢反应，粗油中的大量氧以水的形式脱除，控制碘值125时停止加氢，产物经分离器将水和C4以下的烃类小分子燃气分离并回收，液体和固体部分经蒸馏分离出木炭和低氧生物油。
本工艺的生成物：生物油50～60at％、木炭8～12at％、气体7～15at％，水中有机物10～20at％。
所述稀土碱金属盐催化剂为碳酸钠和稀土镧复合物的混合物。
本发明的有益效果：本发明采用高含水率的生物质(淡水藻、食品废弃物、畜禽排泄物)为原料，以稀土碱金属盐为催化剂，经高温高压加氢直接液化，制得低氧生物油。产品含氧量低，热值高，粘度适中，贮存稳定。本工艺将直接液化与加氢结合，转化率达100％，能量效率较传统直接液化工艺提高8～24％。
本发明的低氧生物油与其它工艺的产品对比如下表所示：
表1.生物油的性质对比
项目 PERC工艺 LBL工艺     日本资源环境产业技术综合研究所     日本Organo的市政污泥工艺 本技术发明工艺
元素组成(质量分数)/％   C     76.1     81.4     72     71     81.5
  H     7.3     7.8     6     9     10.5
  O     16.6     10.8     22     16     8.0
H/C摩尔比     1.15     1.15     1.00     1.52     1.55
相对密度     1.1     1.1     -     -     1.4
高位发热量/MJ.kg-1     31.4     36.0     29～30     33～34     40
黏度/mPa.s     -     -     ＞106     -     ＞104
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
现以淡水藻为原料，结合本发明工艺流程图，进一步介绍本发明的具体工艺步骤：
1、原料预处理：
收集淡水藻为生物质原料，切碎到粒度1～10cm。
2、第一反应器：
将淡水藻与水调至1∶3(质量比)，通入高压釜反应器中加热，在温度200℃，压力10MPa条件下，反应60min后，进行减压蒸馏，水蒸气和小分子有机物以气体形式脱除，得到液体部分即为粗油。
3、第二反应器：
在粗油中加入0.5％(质量分数)的稀土碱金属催化剂(碳酸钠和5at％的稀土镧复合物)，混合后送入流动床式反应器，同时通入氢气，在温度400℃，压力20MPa下，进行加氢反应。粗油中的大量氧以水的形式脱除，控制碘价125时停止加氢。产物经分离器将水和小分子燃气(C4以下烃类物质)分离回收。液体和固体部分经高压蒸馏分离出木炭和低氧生物油。
制得低氧生物油的各项参数如下：
表2.低氧生物油的参数
项目     指标
元素组成(质量分数)/％     C     81.5
    H     10.5
    O     8.0
化学成分组成(质量分数)/％     烃类     60
    酚类     30
    酯类     6
    醇类     4
H/C摩尔比     1.55
相对密度     1.4
高位发热量/MJ.kg-1     40
黏度/mPa.s     ＞104

Claims (3)

1.一种低氧生物油，其特征是：该生物油是以生物质和水为原料制成的，生物质采用淡水藻、食品废弃物及畜禽排泄物，制成的生物油的化学组成为：烃类50～60at％、酚类30～40at％、酯类6～10at％、醇类4～10at％。
2.一种根据权利要求1所述的低氧生物油的制备方法，其特征是：具体制备工艺步骤如下：
1)、原料预处理：将生物质原料切碎到粒度1～10cm；
2)、第一反应器：将生物质原料与水按质量比调至1∶3～5，通入高压釜反应器中加热，在温度180～240℃，压力10～14MPa条件下，反应20～70min后，进行减压蒸馏，减压蒸馏的压力范围为0.1～0.5MPa，水蒸气和小分子有机物以气体形式脱除，得到液体部分即为粗油；
3)、第二反应器：在粗油中加入0.5～0.7at％的稀土碱金属盐催化剂，混合后送入流动床式反应器，同时通入氢气，在温度300～450℃，压力15～35MPa范围下，进行加氢反应，粗油中的大量氧以水的形式脱除，控制碘值125时停止加氢，产物经分离器将水和C4以下的烃类小分子燃气分离并回收，液体和固体部分经蒸馏分离出木炭和低氧生物油。
3.根据权利要求2所述的低氧生物油的制备方法，其特征是：所述稀土碱金属盐催化剂为碳酸钠和稀土镧复合物的混合物。
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