CN101235312B - 利用微波辐照裂解生物质制取生物油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用微波辐照裂解生物质制取生物油的方法，属微波辐照技术及生物质废弃物资源利用技术领域。本发明以有机生物质为原料，在微波辐照装置中以甘油或离子液体为微波吸收介质或吸收剂，在温度150～250℃，无氧环境条件下使生物质大分子物质在微波辐照和加热双重作用下发生裂解反应，生成小分子碳氢化合物；气体产物经冷凝、萃取或蒸馏，最终制得生物油。本发明方法对环境无污染，裂解温度低，反应时间短，获得油品可以作为燃料使用。本发明方法为生物质废弃物资源的利用以及制取生物油开辟了一条新途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用微波辐照裂解生物质制取生物油的方法，属微波辐照技术及生物质废弃物资源利用技术领域。
背景技术
生物质是通过光合作用或间接利用光合作用的产物形成的有机物质，主要包括农林业产品及其废弃物、水生动植物等等。生物质废弃物主要有秸秆、稻壳、锯末、碎木块、甘蔗渣等。这些废弃物大多被直接燃烧处理，这造成了资源的极大浪费。为此生物质废弃物的资源化受到广泛的关注。
目前对于生物质资源化研究包括直接液化、气化等，其中直接液化包括高压液化、热裂解、酸水解等。各种工艺均存在一定的缺点，其中高压液化操作困难，转化率低；热裂解结焦率高，油品热值小；酸水解获得水解液糖酸分离困难，废酸处理影响环境等。
微波是一种高频率的电磁波，其频率范围300兆赫至300千兆赫；它具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大基本特性。它对于物质的作用主要表现为热效应和非热效应。微波通过这两种效应共同作用于生物质，能够替代传统的热裂解，和传统热裂解相比，微波辐照裂解不仅加热速度快，容易控制，而且由于非热效应的协同作用，使生物质液化具有一定的选择性。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波辐照裂解生物质制备生物油的方法，为生物质废弃物资源化开辟了一条新途径。
本发明是一种利用微波辐照裂解生物质制取生物油的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.将有机生物质废弃物经清洗、干燥、分碎、筛分处理后所得的粒径为10～40目的颗粒粉料与微波吸收介质离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯化物、1-丁基-4-甲基咪唑类氯化物或者甘油相混合，生物质废弃物的颗粒粉料与所述任一种微波吸收介质的重量配比为1∶0.5～1∶10；将上述两者混合物一起放置于微波辐照装置的反应器中；加热裂解反应过程中通入氮气保护性气体以保证反应在无氧条件下进行；加热升温，控制微波辐照裂解温度为150～250℃温度范围内，辐照裂解反应时间为5～30分钟；
b.将上述反应得到的裂解气体产物通过一冷凝装置，并收集冷凝产物于收集器中；
c.将收集器中的冷凝产物进行进一步处理，处理方式采用不同微波吸收介质而有所不同；采用以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯化物和1-丁基-4-甲基咪唑类氯化物为微波吸收介质和采用甘油为微波吸收介质的两种处理方式分别如下：
(1)以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯化物和1-丁基-4-甲基咪唑类氯化物为微波吸收介质的冷凝产物，采用超临界二氧化碳萃取法获得生物油：萃取压力为13.8MPa，萃取温度为40℃；CO2流量为10kg/小时；萃取时间1小时；
(2)以甘油为微波吸收介质的冷凝产物，采用直接蒸馏的方法，其馏程为150-250℃，最终获得生物油。
本发明方法的优点是：对环境无污染，裂解温度低，反应时间短，获得油品可以作为燃料使用。本发明方法为生物质废弃物的利用以及制取生物油开辟了一条新途径。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
实施例1
本实施例中的工艺过程和步骤如下：
(1)取平均粒度为20目的生物质废弃物干基——杉木屑20g与甘油混合，放置于石英反应器中；干基与甘油的重量配比为1∶4，即加甘油50ml；将反应器放置于2450MHz的微波反应器中，开启微波装置，控制裂解温度为200℃，使上述物质在微波作用下进行裂解反应；反应气体产物经过冷凝装置并收集冷凝产物。
(2)裂解反应进行至20分钟，基本无冷凝产物再生成，停止加热。
(3)将收集器中的冷凝产物进行蒸馏，获得馏程为150-250℃的生物油15.6g。
实施例2
本实施例中的工艺过程和步骤与上述实施例1完全相同。所不同的是：干基与甘油的重量配比为1∶6，即甘油75ml。最终制得生物油47.9g。
实施例3
本实施例中的工艺过程和步骤如下：
(1)取平均粒度为20目的生物质废弃物干基——杉木屑30g与离子液体1-丁基-4-甲基-咪唑类氯化物混合，放置于石英反应器中；干基与离子液体的重量配比为1∶1，即加离子液体30g；将石英反应器放置于2450MHz的微波反应器中，开启微波装置，控制裂解温度为200℃，使上述物质在微波作用下进行裂解反应；反应气体产物经过冷凝装置并收集冷凝产物。
(2)裂解反应进行至10分钟，基本无冷凝产物再生成，停止加热。
(3)将收集器中的冷凝产物用超临界CO2萃取法进行萃取，其工艺参数为：萃取压力18.3MPa，萃取温度40℃；CO2流量为10kg/小时；萃取时间为1小时；最终获得生物油5.3g，相对于木屑的得率为17.7％。
实施例4
本实施例中的工艺过程和步骤与上述实施例3相同。所不同的是：采用的离子液体1-丁基-4-甲基-咪唑类氯化物的量为40g，获得的裂解液体产物经过超临界二氧化碳萃取，后获得生物油5.8g，相对于木屑的得率为19.3％。
实施例5
本实施例中的工艺过程和步骤与上述实施例3相同。所不同的是：采用的离子液体为1-丁基-3-甲基-咪唑类氯化物30g，控制裂解温度为220℃，获得的裂解液体产物经过超临界二氧化碳萃取，后获得生物油5.5g，相对于木屑的得率为18.3％。
上述实施例所得的最终产物，经GB/T 384-1988方法检测，其热值可以达到28MJ/L。
Claims (1)
1.一种利用微波辐照裂解生物质制取生物油的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.将有机生物质废弃物经清洗、干燥、粉碎、筛分处理后所得的粒径为10～40目的颗粒粉料与微波吸收介质离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯化物、1-丁基-4-甲基咪唑类氯化物或者甘油相混合，生物质废弃物的颗粒粉料与所述任一种微波吸收介质的重量配比为1∶0.5～1∶10；将上述混合物一起放置于微波辐照装置的反应器中；加热裂解反应过程中通入氮气保护性气体以保证反应在无氧条件下进行；加热升温，控制微波辐照裂解温度为150～250℃温度范围内，辐照裂解反应时间为5～30分钟；
b.将上述反应得到的裂解气体产物通过一冷凝装置，并收集冷凝产物于收集器中；
c.将收集器中的冷凝产物进行进一步处理，处理方式采用不同微波吸收介质而有所不同；采用以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯化物和1-丁基-4-甲基咪唑类氯化物为微波吸收介质和采用甘油为微波吸收介质的两种处理方式分别如下：
(1)以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯化物和1-丁基-4-甲基咪唑类氯化物为微波吸收介质的冷凝产物，采用超临界二氧化碳萃取法获得生物油：萃取压力为13.8MPa，萃取温度为40℃；CO2流量为10kg/小时；萃取时间1小时；
(2)以甘油为微波吸收介质的冷凝产物，采用直接蒸馏的方法，其馏程为150-250℃，最终获得生物油。
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