CN101984025B - 一种含油微藻加压催化炼油技术 - Google Patents

一种含油微藻加压催化炼油技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含油微藻加压催化炼油技术，其步骤是将湿态微藻直接倒入高压反应釜内，再向反应釜内加入一定量的有机溶剂和路易斯酸催化剂，向反应釜中充入2-4MPa的CO2，搅拌升温至300-450℃，反应时间为30-60min，再冷却至室温得粗产物；分离得到液相产物，除去部分有机溶剂和绝大部分水分，再向其中添加微乳化助剂，得到微乳化生物燃油。本发明采用湿态的微藻为原料，避免了含油微藻干燥消耗大量能量的缺点；所生产的微乳化生物燃料油稳定性好、不分层、不沉淀、耐高温、易储藏；热值高、燃烧充分、灰分少；可用于替代家庭用燃料和部分工业燃料，具有广阔的应用空间。

Description

一种含油微藻加压催化炼油技术
技术领域
本发明属于微藻新能源领域，更具体的说是涉及一种微藻加压催化生产生物燃油的技术。
背景技术
随着社会和经济的发展，能源问题越来越突出，人类社会对能源的依赖越来越明显，但化石燃料（如石油、煤炭）正在日趋竭尽，同时化石燃料的使用也带来了许多环境问题，比如酸雨、温室效应。这些重大难题正在迫使各国政府考虑开发新能源，其中生物质能源的开发引起了各国的关注，天然植物不仅可以吸收大气中的CO2，减轻温室效应，还可以制造生物燃油，缓解能源危机。
现阶段一些国家利用其生物资源包括木材和农作物秸秆等较丰富的优势，已经研究发展了一套利用生物质热解产生烃类化合物的可再生生物能源利用技术。尽管我国是农业大国，但木材和秸秆大部分被用作造纸原料，剩余的成为农村的日常燃料，所以这种模式在中国难有成效。
而今微藻制油成为生物质能源领域新的研究热点。微藻作为热解原料有如下优点：在水中生长，不占用耕地；生长繁殖速度快，适应能力强，4-7天就可以收获一次，原料可谓取之不尽，用之不竭；微藻富含蛋白质、脂类、多糖等，不含木质素，所以在较低温度下就可以热解，并且得到较好品质的生物油。
目前，微藻制备生物油普遍采用直接热解法和液化法。直接热解法工艺简单，油的收率较高，但油的品质不好；一般的液化法虽然原料不需要干燥，但是反应中需要较高的压力，产物的分离过程也较繁琐。
通过微藻生产的生物燃油，要么品质不佳，其产品各项技术指标如热值、稳定性、色度等与石油产品相比达不到相应的国家标准；要么油品分离困难，生物油中含有大量水分、有机溶剂，无法直接用于现在的各种燃油设备。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种以有机溶剂和CO2为助剂的含油微藻加压催化炼油技术，以微乳化法生产生物燃油，避免液化法分离困难的缺点。
本发明的目的通过以下步骤实现：
（1）将絮凝收集到的微藻藻泥加入反应釜，向其中加入质量比为1:1富含氢的有机溶剂和质量百分比为2.5%-7.5%的路易斯酸催化剂，再向反应釜中充入2-4MPa CO2，搅拌升温至200-350℃，反应时间为20-60min，最后冷却到室温；
（2）将生成的粗产物经过滤或离心分离得到液相产物，通过蒸馏除去部分有机溶剂、再静置分层除去绝大部分水分，得到粗制生物油；然后向粗制生物油中添加体积百分数为4%的微乳化助剂，在1000-1500rpm下搅拌2-5min使其混合均匀，制成微乳化生物燃油。
所述微藻是扁藻、三角褐指藻、新月菱形藻、金藻、角毛藻、异胶藻、塔胞藻或盐藻中的一种或多种。
所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇中的一种或多种。
所述路易斯催化剂为FeCl3、AlCl3、KAl(SO4)2·12H2O、BF3中的一种或多种。
所述微乳化助剂为正戊醇、油酸、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）。
本发明的优点是所制成微乳化生物燃油稳定性好、不分层、不沉淀、耐高温、易储藏；热值高、燃烧充分、灰分少；微乳化燃油使用过程中，油品与水形成的水包油（W/O）、油包水结构(O/W)，水遇热汽化,造成“微爆现象”使油滴更分散，使燃烧更充分；高温下的水分子和油品中的碳发生水煤气反应，更有利于油品充分燃烧，提高热值；其热值完全满足民用和部分工业用的要求，可替代家庭和酒店等的液化气，节省了大量能源。
具体实施方式
下面通过具体实施例来详细说明本发明。
实施例1：取适量微藻藻液，添加FeCl3絮凝剂，离心分离浓缩液得到藻泥。取40g藻泥（含水率70～90%）加入容积为250ml的高压反应釜中，向其中加入40g甲醇作为有机溶剂，加入1gFeCl3催化剂，再向反应釜中充入2MPa CO2，搅拌升温至300℃，反应30min，然后通冷凝水冷却至室温；将釜内物料倒出，并用甲醇清洗残余物，将生成的混合物离心，除去固体残渣，得到生物油、甲醇、水的混合液，将液体通过蒸馏除去部分甲醇，再将液相静置分层，除去95%的水，得到粗制生物油。再向生物油中添加体积百分数为2%的正戊醇（助溶剂）和体积百分数2%乳化剂（油酸+OP-10，质量比1:1），在1200rpm下，搅拌4min，制得微乳化的生物燃油。
制得的微乳化燃油的各项性能为：热值在33.4kJ/kg以上，完全满足民用和部分工业用对热值的要求；20℃下,粘度在5.0×10-3mPa·s，具有较好的流动性；燃烧烟灰释放量很少，不到4%；外观透明，稳定时间长，在室温条件下放置三个月不分层。
实施例2：取适量微藻藻液，添加FeCl3絮凝剂，离心分离浓缩液得到藻泥，取40g藻泥（含水率70～90%）加入容积为250ml高压反应釜中，向其中加入40g甲醇，加入2gAlCl3催化剂，再向反应釜内充入3MPa 的CO2，搅拌升温至300℃，反应40min，然后通冷凝水冷却至室温，将釜内物料倒出，并用甲醇清洗残余物，将生成的混合物离心，除去固体残渣，得到生物油、甲醇、水的混合液，将液体通过蒸馏除去部分甲醇，再将液相静置分层，除去95%的水，得到粗制生物油。再向生物油中添加体积百分数2%的正戊醇（助溶剂）和体积百分数2%乳化剂（油酸+OP-10，质量比1:1），在1200rpm下，搅拌3min，制得微乳化的生物燃油。
制得的微乳化燃油的各项性能为：热值在33.4kJ/kg以上，完全满足民用和部分工业用对热值的要求；20℃下,粘度在5.5×10-3mPa·s，具有较好的流动性；燃烧烟灰释放量很少，不到4%；外观透明，稳定时间长，在室温条件下放置三个月不分层。
实施例3：取适量微藻藻液，添加FeCl3絮凝剂，离心分离浓缩液得到藻泥，取40g藻泥（含水率70～90%）加入容积为250ml高压反应釜中，再向其中加入40g乙醇，加入2gBF3催化剂，向反应釜内充入4MPa 的CO2，搅拌升温至350℃，反应60min，然后通冷凝水冷却至室温，将釜内物料倒出，并用乙醇清洗残余物，将生成的混合物离心，除去固体残渣，得到生物油、乙醇、水的混合液，将液体通过蒸馏除去部分乙醇，再将液相静置分层，除去95%的水，得到粗制生物油。再向生物油中添加体积百分数2%的正戊醇（助溶剂）和体积百分数2%乳化剂（油酸+OP-10，质量比1:1），在1400rpm下，搅拌2min，制得微乳化的生物燃油。
制得的微乳化燃油的各项性能为：热值在33.4kJ/kg以上，完全满足民用和部分工业用对热值的要求；20℃下,粘度在5.5×10-3mPa·s，具有较好的流动性；燃烧烟灰释放量很少，不到4%；外观透明，稳定时间长，在室温条件下放置三个月不分层。
实施例4：取适量微藻藻液，添加FeCl3絮凝剂，离心分离浓缩液得到藻泥，取40g藻泥（含水率70～90%）加入容积为250ml高压反应釜中，再向其中加入40g丙醇，加入3gFeCl3催化剂，向反应釜内充入2MPa的 CO2，搅拌升温至450℃，反应60min，然后通冷凝水冷却至室温，将釜内物料倒出，并用丙醇清洗残余物，将生成的混合物离心，除去固体残渣，得到生物油、丙醇、水的混合液，将液体通过蒸馏除去部分丙醇，再将液相静置分层，除去95%的水，得到粗制生物油。再向生物油中添加体积百分数2%的正戊醇（助溶剂）和体积百分数2%乳化剂（油酸+OP-10，质量比1:1），在1300rpm下，搅拌2min，制得微乳化的生物燃油。
制得的微乳化燃油的各项性能为：热值在33.4kJ/kg以上，完全满足民用和部分工业用对热值的要求；20℃下,粘度在5.5×10-3mPa·s，具有较好的流动性；燃烧烟灰释放量很少，不到4%；外观透明，稳定时间长，在室温条件下放置三个月内不分层。
针对以上实施例，对于使用有机溶剂甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇中的一种，路易斯酸FeCl3 、AlCl3、KAl(SO4)2·12H2O 、BF3中的任意一种，重复上述实验，所得结果相似。

Claims (5)

1.一种含油微藻加压催化炼油技术，其特征在于它包括以下步骤：
（1）将絮凝收集到的微藻藻泥加入反应釜，向其中加入质量比为1:1富含氢的有机溶剂和质量百分比为2.5%-7.5%的路易斯酸催化剂，再向反应釜中充入2-4MPa CO2，搅拌升温至200-350℃，反应时间为20-60min，最后冷却到室温；
（2）将生成的粗产物经过滤或离心分离得到液相产物，通过蒸馏除去部分有机溶剂、再静置分层除去绝大部分水分，得到粗制生物油；然后向粗制生物油中添加体积百分数为4%的微乳化助剂，在1000-1500rpm下搅拌2-5min使其混合均匀，制成微乳化生物燃油。
2.如权利要求1所述含油微藻加压催化炼油技术，其特征在于所述微藻是扁藻、三角褐指藻、新月菱形藻、金藻、角毛藻、异胶藻、塔胞藻或盐藻中的一种或多种。
3.如权利要求1所述含油微藻加压催化炼油技术，其特征在于所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇中的一种或多种。
4.如权利要求1所述含油微藻加压催化炼油技术，其特征在于所述路易斯酸为FeCl3、AlCl3、KAl(SO4)2·12H2O、BF3中的一种或多种。
5.如权利要求1所述含油微藻加压催化炼油技术，其特征在于所述微乳化助剂为正戊醇、油酸、烷基酚聚氧乙烯醚。
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