CN101717655B - 生物质液化油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质液化油及其制备方法。该制备方法是将餐厨垃圾热解，得到生物质液化油。上述的餐厨垃圾经除杂后(即剔除骨头等硬物后的餐厨垃圾)，其含水率为50％-80％(质量百分比)，脂肪质量占餐厨垃圾中固体质量的比例为5％-10％，蛋白质质量占餐厨垃圾中固体质量的比例为10％-25％，碳水化合物质量占餐厨垃圾中固体质量的比例为3-10％。利用该方法得到的生物质液化油具有产率高、热值高、含氢量高、含氧量低等特点。

Description

生物质液化油及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物工程与能源领域，特别涉及生物质液化油及其制备方法。

背景技术

近年来，随着经济的持续高速发展，能源短缺与环境污染已成为我国实现可持续发展的两大瓶颈。这就要求我们在不断提高能源利用效率的同时，还必须加快可再生能源的开发利用进程，并寻求一种使废物实现资源化的解决途径。

餐厨垃圾，俗称泔脚，是居民在生活消费过程中形成的生活废物，厨余垃圾的主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。

随着人们生活水平的提高和和全球人口的迅速增长，餐厨垃圾的产量呈现明显的增长趋势，由于餐厨垃圾容易发酵、变质、腐烂，不仅会产生大量的毒素，散发恶臭气体，还会污染水体和空气，危害人们的身心健康。但是餐厨垃圾与其他生活垃圾相比，具有易腐烂、有机物及油脂含量高、营养丰富等特点，回收利用使其资源化意义深远，是通过热化学转化方法制备生物质液化油的上等原料。

发明内容

本发明的目的在于提供生物质液化油及其制备方法，利用该方法得到的生物质液化油具有产率高、热值高、含氢量高、含氧量低等特点。

本发明提供的生物质液化油的制备方法，是将餐厨垃圾热解，得到生物质液化油。

上述的餐厨垃圾经除杂后(即剔除骨头等硬物后的餐厨垃圾)，其含水率为50％-80％(质量百分比)，脂肪质量占餐厨垃圾中固体质量的比例为5％-10％，蛋白质质量占餐厨垃圾中固体质量的比例为10％-25％，碳水化合物质量占餐厨垃圾中固体质量的比例为3-10％。

上述热解在保护性气氛下进行，所述保护性气氛是将载气通入反应釜后得到的还原性气氛或惰性气氛。热解反应时，向反应釜内通入载气，驱赶空气，可避免原料与反应釜内的氧气发生反应，防止生物质液化油的产率降低。

上述还原性气氛所用的载气为还原性气体，该还原性气体可为氢气或一氧化碳，还可以为一氧化氮；惰性气氛所用的载气可以是惰性气体或氮气。

上述热解的反应温度为230℃-600℃；所述热解的反应时间为0-70分钟，不包括0分钟。

上述热解的条件是下述1)-6)中的任一种：

1)温度是275℃-335℃，反应时间是10-30分钟；

2)温度是280℃-300℃，反应时间是15-25分钟；

3)温度是300℃，反应时间是25分钟；

4)温度是295℃，反应时间是23分钟；

5)温度是285℃，反应时间是18分钟；

6)温度是290℃，反应时间是20分钟。

上述热解的反应中可加入催化剂，该催化剂与所述餐厨垃圾的固体含量的质量之比为(0-20)∶100，优选比值是(1-15)∶100；加入的催化剂可为碳酸盐；该碳酸盐可以为碳酸钾或碳酸钠。

利用本发明提供的方法制备的生物质液化油也属于本发明的保护范围之内。

本发明的另一目的在于提供生物质液化油作为生物质燃料的应用。

本发明的又一目的在于提供生物质液化油在制备柴油、汽油或煤油中的应用。将本发明提供的生物质液化油通过常规方法加工得到柴油、汽油或煤油。

本发明提供的生物质液化油的制备方法，是通过餐厨垃圾在液化装置中反应，经冷却、排除多余气体后得到生物质液化油。该方法制备生物质液化油达到了1∶3的能量输入输出效率。本发明还具有以下有益效果：

1、利用餐厨垃圾生物质液化可获得高质量的生物质液化油，且生物质液化油的产出率很高。以木材、农作物秸秆为原料的快速热解得到的生物质液化油的氢含量为6.2％，氧含量为37.3％，而本发明得到的平均值氢含量为8.3％，氧含量为11.9％，所以餐厨垃圾生物质液化油的H(氢)含量比木材或农作物秸秆的生物质液化油高，但O(氧)含量则较低，并且氢和碳的摩尔比为1∶(1.4-2.0)，因此餐厨垃圾生物质液化油的热值更高，平均热值高达34.47MJ/kg，同时较为稳定。

2、利用餐厨垃圾生物质液化制备的生物质液化油具有良好的市场前景和环境效益。产生得到的生物质液化油可以用作生物质燃料。反应后废水含有大量的N、P、K等元素，经简单处理后可成为优质肥料，剩余固体小于原料总固体的5.2％，气态产物主要为CO₂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

下述实施例中，如无特殊说明，均为常规方法。

实验所用的餐厨垃圾来自中国人民大学食堂，对餐厨垃圾桶内的餐厨垃圾进行充分搅拌，待混合均匀后用取样工具采样，样品中主要包括蔬菜、肉、鱼、主食(米饭、面食)。

术语：“含水率”是餐厨垃圾中水的质量与餐厨垃圾的总质量的比例；“脂肪含量”是指餐厨垃圾中脂肪的质量与餐厨垃圾中固体质量的比例；“蛋白质含量”是指餐厨垃圾中蛋白质的质量与餐厨垃圾中固体质量的比例；“碳水化合物含量”是指餐厨垃圾中碳水化合物的质量与餐厨垃圾中固体质量的比例。

实施例1、未加入催化剂，不通入载气制备生物质液化油

一、生物质液化油的制备

1、将采集到得餐厨垃圾剔除骨头等硬物后用食物粉碎机将其充分粉碎，再稀释成固体含量为20％的(质量百分比)原料(即含水率为80％的原料)，作为待用样品。其中，脂肪含量为5％，蛋白质含量为10％，碳水化合物含量为3.16％。

2、餐厨垃圾的热解：将800g样品装入带搅拌桨的2升高压反应釜内，密封。反应温度为285℃，恒温反应18分钟后开始冷却，待温度降低到35℃时卸下排气阀，取出反应所得的生物质液化油。剩余含有N、P和K的污水经处理后可作为肥料。

二、生物质液化油的品质分析

1、生物质液化油的热值

按照《石油产品热值测定》(GB/T384-81)提供的方法检测由餐厨垃圾制备的生物质液化油的热值，实验重复3次，平均热值达34.12MJ/kg。利用本实施例上述步骤一提供的方法制备的生物质液化油，其能量输入输出效率达1∶3。

2、生物质液化油的产率分析

将得到的由餐厨垃圾生产的生物质液化油除以原料的总挥发性固体的质量，得到生物质液化油的产率，达50％。其中，挥发性固体(VS)表示三种物质(水样中的悬浮物、胶体和溶解性物质)中的有机物。

挥发性固体的质量计算方法：将瓷坩埚洗净并在600℃马弗炉中灼烧1h，取出冷却，取原料样品置于坩埚中，然后放入干燥箱内在105℃±2℃下干燥至恒重，得到的是总固体的质量，记作a克，将干燥后的样品放入马弗炉中，在600℃灼烧2h，取出冷却称重，得到的质量记作b克，则总挥发固体质量＝(a-b)克。

2、生物质液化油的含氢量、含氧量分析

按照《石油工业新技术与标准规范手册》提供的方法测定生物质液化油的含氢量和含氧量。

实验重复3次，由餐厨垃圾生产的生物质液化油的含氢量平均高达7.6％，比木材或农作物秸秆的生物质液化油中的含氢量(6.2％)高；由餐厨垃圾生产的生物质液化油的含氧量平均为12.9％，比木材或农作物秸秆的生物质液化油中的含氧量(37.2％)低。

实施例2、未加入催化剂，以氮气为保护性气体制备生物质燃料油

一、生物质液化油的制备

1、将采集到得餐厨垃圾样品剔除骨头等硬物后用食物粉碎机将其充分粉碎，并稀释成固体质量含量为20％(即含水率为80％)的总固体含量的原料。其中，脂肪含量为7％，蛋白质含量为15％，碳水化合物含量为4.20％。

2、餐厨垃圾的热解：将800克样品装入带搅拌桨的2升高压反应釜内，密封。将氮气通入高压反应釜以驱赶空气，使餐厨垃圾在惰性气体中热解，反应温度为290℃，恒温反应20分钟后开始冷却，带温度降低到35℃时卸下排气阀，取出生物质液化油。剩余含有N、P、K的污水经处理后可作为肥料。

二、生物质液化油的品质分析

1、生物质液化油的热值

按照实施例一提供的方法检测由餐厨垃圾生产的生物质液化油的热值，实验重复3次，平均值达34.39MJ/kg。利用本实施例的步骤一提供的方法来制备生物质液化油，其能量输入输出效率达1∶3。

2、生物质液化油的产率分析

按照实施例一提供的方法测定生物质液化油的产率，达到52％。

1、生物质液化油的含氢量、含氧量分析

按照实施例一提供的方法测定生物质液化油的含氢量和含氧量。

实验重复3次，由餐厨垃圾生产的生物质液化油的含氢量平均高达8.1％，比木材或农作物秸秆的生物质液化油中的含氢量(6.2％)高；餐厨垃圾的生物质液化油的含氧量为12.0％，比木材或农作物秸秆的生物质液化油中的含氧量(37.2％)低。

实施例3、加入催化剂，以氢气为载气制备生物质燃料油

一、生物质液化油的制备

1、收集餐厨垃圾，将餐厨垃圾制成固体质量含量为25％(即含水率为75％)的总固体量的原料，待用。其中，脂肪含量为10％，蛋白质含量为20％，碳水化合物含量为6.37％。

2、将600克的原料及3克的催化剂(碳酸钠)送入带搅拌桨的2升高压反应釜内(即催化剂与餐厨垃圾的固体含量的质量之比为3∶600*25％＝2∶100)，密封。用氢气驱赶反应釜内的空气，碳酸钠作为催化剂，反应温度为295℃，恒温反应23分钟后，冷却，当温度降低到40℃时，卸下排气阀，得到餐厨垃圾的生物质液化油。剩余含有N、P和K的废水经处理后可作为肥料。

二、生物质液化油的品质分析

1、生物质液化油的热值

由餐厨垃圾生产的生物质液化油的热值(按照实施例一提供的方法检测)，实验重复3次，平均热值达34.64MJ/kg。利用本实施例的步骤一提供的方法来制备生物质液化油，其能量输入输出效率达1∶3。

2、生物质液化油的产率分析

按照实施例一提供的方法计算由餐厨垃圾生产的生物质液化油的产率，达55％。

1、生物质液化油的含氢量、含氧量分析

按照实施例一提供的方法测定生物质液化油的含氢量、含氧量，实验重复3次，由餐厨垃圾生产的生物质液化油的含氢量平均高达8.5％，比木材或农作物秸秆的生物质液化油中的含氢量(6.2％)高；餐厨垃圾的生物质液化油的含氧量为11.2％，比木材或农作物秸秆的生物质液化油中的含氧量(37.2％)低。

实施例4、加入催化剂，以氦气为载气制备生物质液化油

一、生物质液化油的制备

1、收集餐厨垃圾，测得餐厨垃圾中含50％的总固体(即含水率为50％)，待用。其中，脂肪含量为10％，蛋白质含量为25％，碳水化合物含量为8.19％。

2、将800克的原料及56克的催化剂(碳酸钾)送入带搅拌桨的2升高压反应釜内(也即催化剂与餐厨垃圾的用量之比为56∶800*0.50＝14∶100)，密封。用氦气驱赶反应釜内空气，碳酸钾作为催化剂，反应温度为300℃，恒温反应25分钟后，冷却，当温度降低到45℃时，卸下排气阀，得到由餐厨垃圾生产的生物质液化油。剩余含有N、P和K的污水经处理后可作为优质肥料。

二、生物质液化油的品质分析

由固体含量为50％的餐厨垃圾生产的生物质液化油的热值、含氢量和含氧量等各项指标与实施例三相同，只是产率为58％。

实施例5、加入催化剂，以一氧化碳为载气制备生物质液化油

一、生物质液化油的制备

1、收集餐厨垃圾，测得餐厨垃圾中含40％的总固体(即含水率为60％)，待用。其中，脂肪含量为8.3％，蛋白质含量为22％，碳水化合物含量为7.1％。

2、将800g的原料及48g的催化剂(碳酸钾)送入带搅拌桨的2升高压反应釜内(也即催化剂与餐厨垃圾的用量之比为15∶100)，密封。用一氧化碳驱赶反应釜内空气，碳酸钾作为催化剂，反应温度为300℃，恒温反应22分钟后，冷却，当温度降低到45℃时，卸下排气阀，得到由餐厨垃圾生产的生物质液化油。剩余含有N、P和K的污水经处理后可作为优质肥料。

一、生物质液化油的品质分析

由固体含量为40％的餐厨垃圾生产的生物质液化油的热值、含氢量和含氧量等各项指标与实施例三相同，只是产率为56％。

Claims (1)

1.生物质液化油的制备方法，包括如下步骤：

收集餐厨垃圾，测得餐厨垃圾中含50%的总固体即含水率为50%，其中，脂肪含量为10%，蛋白质含量为25%，碳水化合物含量为8.19%；

将800克的原料及56克的催化剂碳酸钾送入带搅拌桨的2升高压反应釜内，催化剂与餐厨垃圾的用量之比为56：800*0.50=14：100，密封；用氦气驱赶反应釜内空气，碳酸钾作为催化剂，反应温度为300℃，恒温反应25分钟后，冷却，当温度降低到45℃时，卸下排气阀，得到由餐厨垃圾生产的生物质液化油。