CN101974346A - 生态油的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种生态油的制备方法，选生物质物料，在温度500℃条件下快速热解生物质物料，反应产生热解生物质气体和生物质颗粒的混合物，分离掉固体颗粒和生物质灰，低温冷凝后液化成生态油，然后去掉不可凝气体和杂质制成纯生态油。实现本制备方法的工艺步骤中，包括有固体热介质、液体热介质和气体冷介质三个循环利用步骤，使本制备方法能够最大限度地降低生产成本，工作流程安全性高，生态油纯度、热值高，而且不产生任何废水、废气和废渣，满足严格的环保要求，被广泛应用于生态油的制备领域。

Description

生态油的制备方法

技术领域

本发明属于新能源领域，具体是涉及一种生物质能源的制备方法。

背景技术

随着世界经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。人类目前使用的主要能源有石油、天然气和煤炭3种。根据国际能源机构统计，地球上这3种能源供人类开采的年限分别只有35年、50年和240年。因此，开发新能源已成关系人类社会可持续发展的重大课题。

生物质能是由植物与太阳能的光合作用而贮存于植物中的太阳能。据估计，植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1％。通过生物质能转换技术，可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料。

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源，保障能源安全，实现C0₂减排，促进经济、社会的可持续发展。生物质能将成为未来能源重要组成部分，专家估计到2015年全球总能耗将有40％来自生物质能源，主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化发展实现。

通过高温快速热解将生物质转变为液体燃料——生态油，是实现生物质能高效利用的重要途径之一。根据传热方式不同，生物质热裂解液化工艺一般可分为3类：(1)壁面间接加热式。其主要通过灼热的反应器表面与生物质接触，将热量传递到生物质使其快速升温从而达到快速热裂解，如英国Aston大学的烧蚀热裂解反应器、NREL提出的涡流反应器及荷兰Twente大学设计的旋转锥生物质热裂解制油反应器等；(2)辐射换热式，这类反应器的主要特征是由一高温的表面或热源提供生物质热裂解所需的热量，其主要通过热辐射进行热量传递，如美国Washington大学的热辐射反应器；(3)气固混合直接加热式，其主要是借助热气流或气固两相流对生物质进行快速加热，其能提供高的加热速率以及相对均匀的反应温度，同时快速流动的载气便于热裂解一次产物及时析出，如加拿大Waterloo大学的流化床热裂解系统、加拿大Ensyn提出的循环流化床反应器和GTFJ的快速引射流反应器等。

上述各种方法都有其缺点：(1)壁面间接加热式反应器的设备规模较为庞大，同时机械接触磨损厉害而使得运行维护成本也较高，因此在规模化应用中将受到限制，此类反应器一般主要提供机理性试验所需。(2)辐射式换热器换热效果较差，能耗大而难以规模化。(3)相比于前两种类型，国外已开发并且试图规模化的生物质热裂解液化反应方法。流化床(或循环流化床)热解液化工艺因能实现高的加热速率、较短的气体停留时间、简捷的温度控制、方便的炭回收、较低的投资以及成熟的设计方法而使得其成为目前最有发展潜力的热裂解制取液体燃料的工艺。

热裂解制取液体燃料的工艺有如：中国专利第CN200510057215.8号所揭示的一种生物质热解液化的工艺方法及其双塔式装置系统。其工艺方法包括把生物质材料送入热解反应塔内让高温流化气和高温载热体与生物质材料混合以对生物质进行热裂解的步骤，在分离器中把热解气与残碳、灰份进行气固分离的步骤，以及在冷凝器中把热解气冷凝成生态油的步骤等。其中，载热体是与热解气、残碳等一道从热解反应塔内输出循环系统的；残碳被用来对载热体进行预加热。其装置系统还包括将载热体和残碳一道与其他物质先分离一次的初级分离器、燃烧残碳的载热体加热塔、以及用于将从载热体加热塔内出来的载热体-废气-灰分进行分离的载热体分离器。但是，从以上描述可以看出，第CN200510057215.8号专利具有以下不足之处：第一，该方法需装备专门的氮气供应系统以向热解反应塔和载热体加热塔内供应氮气，这增加了系统的复杂性和制造成本；第二，冷凝器内用于对热解气进行冷凝的介质为水，因此，获得的生态油中将含有较大水分，要想使用还需采用专门设备进一步进行分离，这将增加工艺流程难度和成本；第三，从冷凝器出来的不凝结气体和载气作为回收气，直接被循环用作热解反应塔的一部分流化气、载热体加热塔的一部分助燃气、以及送料机构内的一部分循环热载气，因此，一方面，可以作为气体燃料的不凝结气体没有形成可向外界输送的燃气产品，这导致了价值损失，另一方面，这种混合的回收气中含有大量的水分和焦油，然而却没有经过充分处理就直接用于后续流程，导致恶性循环，不但导致生物质能转化率降低，而且还将导致设备损坏，甚至发生安全事故。

因此，提供一种可降低运行成本、可提高生态油产率、并且可获得洁净可燃气体的生物质快速热解液化方法成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够充分提高生物质能利用率并最大程度降低系统运行成本的生态油的制备方法。

本发明是这样实现的：一种生态油的制备方法，工艺步骤如下，(一)、在温度400～600℃条件下热解反应生物质物料，产生热解生物质气体和生物质颗粒的生物质混合物；(二)、将热解生物质气体中含有的固体颗粒分离掉；

(三)、对热解生物质气体迅速冷凝到80℃以下，液化成生物质油。

进一步地，所述第(二)步骤中还包括对热解生物质气体中含有的生物质碳进行分离步骤。

进一步地，其特征在于，所述第(二)步骤中还包括对热解生物质气体中含有的生物质碳灰进行分离的步骤。

再进一步地，对所述第(二)步骤后分离产生的固体颗粒、生物质碳、生物质灰进行加热作为步骤(一)热解反应的热循环介质利用。

所述第(三)步骤中的一部分生物质油经过对其含有的不可凝生物质气体进行分离的步骤，该步骤制备成生态油。

所述第(三)步骤中的另一部分生物质油经过进一步降温到50℃以下，作为步骤(三)冷凝用的冷循环介质。

对所述分离后的不可凝生物质气体进行去除焦油的步骤。

还包括对不可凝生物质气体进行加热，作为步骤(一)的热解反应的热循环介质利用。

所述步骤(一)的热解反应温度为400～500℃。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用冷凝下来的生态油作为冷凝介质的步骤，避免了由于外加冷凝介质而带来的进一步分离的繁琐工艺；

2.本发明采用加热符合要求的可燃介质，一方面，将可以作为气体燃料的不可凝生物质气体形成可向外界输送的燃气产品，提升了产品价值，另一方面，采用除去不可凝气体中的水分和焦油，从而使生成的可燃气可以作为循环热介质安全地用于后续流程，而不会导致恶性循环；

3.采用生成的可燃生物质气体作为循环热载气的步骤，既保证了热解所需要的还原性气氛，也避免了增加贫氧发生装置所需的设备投资，并且最大程度地降低了系统运行成本，并且，无需提供专门的氮气供应系统，进一步降低了成本；

4.采用白生成的生物质碳作为热源的步骤，通过剧烈燃烧生物质碳释放的热量对热载体进行加热，从而最大程度的降低了运行成本；

5.采用分离固体颗粒和生物质碳的步骤，将有机蒸汽(生物质气体)与热载体(不可凝生物质气体)和生物质碳在高温下进行彻底分离，从而保证了生态油的洁净度，避免了生态油后续处理带来的困难；

6.采用分离不可凝生物质气体的步骤，对经喷淋冷却后的不可凝气体组分携带的生态油和水分进行进一步的净化，除去可燃气体中的杂质，为可燃气体的循环利用提供保障；

7.采用加热循环热载气(不可凝生物质气体)的步骤，使余热得以充分回收利用，降低运行成本；

8.通过将生物质废弃物转化为可全部利用的生态油、可燃气(电力)和生物质灰(钾肥)的步骤，而且不产生任何废水、废气和废渣，满足对严格的环保要求；

9.本发明所得的生态油的最高产率可达75％以上，而且生态油的黏度适中，热值高(约18～22MJ/kg)，可以应用于工业锅炉和窑炉的燃料，还可以代替汽油、柴油作在重工业领域上应用，此外，还可以提取高附加值的化学品。

附图说明

图1为本发明生态油制备工艺流程图；

图2为本发明生态油制备工艺涉及的设备系统示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明生态油制作方法的工艺如下：

(一)选用生物质物料，即农林废弃物，如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠、木屑等，将其干燥、粗粉碎；

(二)在温度500℃条件下快速热解生物质物料，反应产生热解生物质气体和生物质颗粒的混合物；

(三)将热解生物质气体中含有的固体颗粒(如可燃碳和沙等)分离掉，分离出的固体颗粒经加热后作为热介质供步骤(二)热解反应循环利用；

(四)进一步对热解生物质中含有的生物质碳灰分离掉，分离出的生物质碳灰经加热后作为热介质供步骤(二)热解反应循环利用；

(五)对热解生物质气体迅速冷凝到80℃以下，液化成生物质油，其中一部分生物质油分离掉不可凝生物质气体制成生态油，而剩下部分生物质油继续降温至50℃以下，作为冷介质冷凝步骤(五)中的热解生物质气体。

(六)对步骤(五)中的不可凝生物质气体除去焦油后加热到400℃以上，作为热介质供步骤(二)循环热解反应利用。

按上述制备方法，制得含水分为20％的生态油，该生态油除水分以外的组分的质量百分含量为：

乙酸20.55％、丙酮12.40％、1，6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖9.86％、1，4-二恶烷-2，5-二醇7.90％、1-羟基-2-丙酮7.85％、甲醇6.72％、邻苯二酚2.50％、1-乙酰氧基-2-丁酮2.40％、甲酸2.25％、2(5H)-呋喃酮2.12％、甲酸乙酸酐1.72％、糠醛1.56％、2-甲氧基-4-甲基-苯酚1.60％、β-D-吡喃葡萄糖1.62％、2-甲氧基苯酚1.59％、1，3，5-三氧六环1.02％、3-甲基-3-(1-乙氧基乙氧基)-1-丁烯0.98％、3-甲基-1，3-环戊二酮1.18％、四氢-8a-甲基-4H，5H-吡喃[4，3-d]-1，3-二氧己1.18％、香草醛0.93％；2，6-二甲氧基苯酚0.90％、3-甲氧基-1，2-苯二酚0.95％、D-甘露糖0.89％、氧代丙酸乙醋0.72％、1，2-乙二醇单乙酯0.66％、1，2，3-三甲氧基5-甲苯0.57％、4-羟基-3-5-二甲氧基-苯甲酸0.69％、1-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-乙酮0.62％、丙酸0.52％、1，2，4-三甲氧基苯0.56％、1-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-2-丙酮0.54％、4-甲基-1，2-苯二酚0.48％；1，4∶3，6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖0.46％、4-羟基-3-甲氧基-苯乙酸0.45％、5-羟甲基-2-糠醛0.41％、戊醛0.43％、2-甲氧基-3-(2-烯丙基)-苯酚0.31％、甲氧基丁子香酚0.29％、4-乙基-2-甲氧基苯酚0.32％、1-(4-羟基3，5-二甲氧基苯基)-乙酮0.34％、2-戊酮0.28％、3-丁氧基-2-甲基-1-丁烯0.29％.、碳酸异丙烯酯0.19％、己酸异丙酯0.15％、2-羟基丙酸0.05％。

不难看出，应用本发明的制备方法制得的生态油的组分(不含水分)大致分类：酸类25％、酮类27％、醇类14％、酚类9％、醛类3％、酯类2％、其它类20％，其可作燃料油的替代燃料，广泛应用于工业锅炉中燃烧用。

实现制备生态油的工艺方法的系统如下：

参照图2，该生态油制备系统由储料仓1、螺旋进料器2、热解反应器3、旋风分离装置4、气固分离装置5、固体热循环介质加热器6、冷凝塔7、储油罐8、换热器9、油气分离器10、储油室11、除焦装置12、引风机13、储气柜14、气体热循环介质加热器15、热解反应启动器16组成。

其中，储料仓1用于储存干燥的生物质物料，如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠、木屑等农林废弃物；

螺旋进料器2用于将生物质物料推送入热解反应器3中；

热解反应器3用于热解生物质物料，使生物质物料在高温500℃条件下热解反应，产生生物质气体和生物质颗粒(主要是可燃碳和沙)；

旋风分离装置4用于分离生物质气体中挟带的生物质颗粒；

气固分离装置5有于进一步分离生物质气体中挟带的生物质碳灰；

固体热循环介质加热器6用于加热固体颗粒和生物质碳灰，成为固体热循环介质送入热解反应器中循环利用；

冷凝塔7用于将400℃左右的生物质气体迅速冷凝到80℃以下，液化成生物质油，一部分为含不可凝生物质气体的生物质油进入油气分离器10，而另一部分生物质油进入储油罐8，该冷凝塔由两级冷凝塔串联组成；

换热器9用于将储油罐中8的生物质油进一步冷凝至50℃以下，成为液体冷循环介质供冷凝塔循环利用；

油气分离器10用于分离掉生物质油中含有的不可凝生物质气体，经分离后的生物质油即成为成品的生态油进入储油室11；

除焦装置12用于除去不可凝生物质气体中含有的焦油，除焦油后的生物质气体由引风机13进入储气柜储存；

气体热循环介质加热器15用于加热不可凝生物质气体至400℃以上，成为液体热循环介质，由反应启动器16送入热解反应器循环利用；

热解反应启动器16用于第一次启动热解反应器3工作。

下面结合生态油的工艺步骤和制备系统并参照图1和图2，对制备生态油的工作流程进行详述：首先，经过粉碎和干燥后的生物质物料进入储料仓1，由螺旋进料器2推送入热解反应器3中，由热解启动器16启动热解反应器3工作，在500℃的高温下，生物质物料充分热解反应，产生生物质气体和生物质固体颗粒(生物质可燃碳和沙)的生物质混合物；接着，生物质混合物进入依次进入旋风分离器4和气固分离器5分离出生物质气体和生物质颗粒、生物质碳灰，生物质气体进入冷凝塔7，而生物质颗粒进入固体热循环介质加热器6加热后作为固体热循环介质循环进入热解反应器以循环利用；接着，生物质气体在两级串联的冷凝塔7中被迅速冷凝至80℃以下液化成生物质油，其中一部分含有不可凝生物质气体的生物质油进入油气分离器10，而另一部分生物质油进入储油罐8中并由换热器9进一步降温至50℃以下，以便供冷凝塔7循环利用；接着，含有不可凝生物质气体的生物质油经过气油分离器10继续分离出不可凝生物质气体即成为成品的生态油在储油室11；接着，不可凝生物质气体由除焦装置12过滤掉焦油，经引风机13进入储气柜14；最后，不可凝生物质气体由气体热循环介质加热器15加热成为400℃以上气体热循环介质，经反应启动器16送入热解反应器3提供热能循环利用。

Claims (9)

1.一种生态油的制备方法，包括以下工艺步骤：

(一)、在温度400～600℃条件下热解反应生物质物料，产生热解生物质气体和生物质颗粒的生物质混合物；

(二)、将热解生物质气体中含有的固体颗粒分离掉；

(三)、对热解生物质气体迅速冷凝到80℃以下，液化成生物质油。

2.根据权利要求1所述的生态油的制备方法，其特征在于，所述第(二)步骤中还包括对热解生物质气体中含有的生物质碳进行分离步骤。

3.根据权利要求1所述的生态油的制备方法，其特征在于，所述第(二)步骤中还包括对热解生物质气体中含有的生物质碳灰进行分离的步骤。

4.根据权利要求2或3所述的生态油的制备方法，其特征在于，对所述第(二)步骤分离产生的固体颗粒、生物质碳、生物质灰进行加热作为步骤(一)热解反应的热循环介质利用。

5.根据权利要求1所述的生态油的制备方法，其特征在于，所述第(三)步骤中的一部分生物质油经过对其含有的不可凝生物质气体进行分离的步骤，该步骤制备成生态油。

6.根据权利要求1所述的生态油的制备方法，其特征在于，所述第(三)步骤中的另一部分生物质油经过进一步降温到50℃以下，作为步骤(三)冷凝用的冷循环介质。

7.根据权利要求5所述的生态油的制备方法，其特征在于，对所述分离后的不可凝生物质气体进行去除焦油的步骤。

8.根据权利要求7所述的生态油的制备方法，其特征在于，还包括对不可凝生物质气体进行加热，作为步骤(一)的热解反应的热循环介质利用。

9.根据权利要求1所述的生态油的制备方法，其特征在于，所述步骤(一)的热解反应温度为400～500℃。 

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