CN102051193A - 一种生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法，涉及生物质资源利用领域。该方法以秸秆、玉米芯等农业废弃物为生物质原料，催化剂和石英砂共同作为床料，在流化床中进行常压在线催化热解，实现生物质在快速热解的同时进行催化脱氧的过程。热解产物依次经过三个控制在不同温度的冷凝器，实现重油、轻油和水相组分的有效分离。本发明避免了传统的制取低氧含量液体燃料中生物油蒸发－改性－冷凝等过程，具有投资少、运行成本低、易于大型化的优点。
Description
技术领域
本发明公开了一种生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法，涉及生物质资源利用领域。
背景技术
化石燃料的燃烧产生大量CO2，使全球“温室效应”日趋严重，气候变化已引起了全世界的广泛关注。另外，化石燃料的短缺以及因其利用带来的环境污染问题也越来越严重。可再生能源与化石能源相比，具有在利用过程中不会对环境产生破坏性的优点，因此提高可再生能源在能源利用中的比例是今后能源技术发展的主要方向。
生物质是光合作用的产物，是有机碳的惟一来源，是惟一可以替代石油资源制备液体燃料和化学品的可再生能源。据统计，我国目前可利用的农业秸秆、树木薪材废弃物量每年就有近8亿吨，可替代3.4亿吨标准煤，占全国一次能源消耗总量的15％。但是我国的生物质资源能有效利用的仅占生物质可利用资源的一半左右，每年还有4亿吨没有得到转化利用，被弃于自然环境或被露天焚烧，造成了环境污染。
生物质热解液化技术被认为是最具有发展潜力的生物质利用技术之一，相比生物质原料而言，热解液化产物--生物油具有能量密度高、易储存和运输方便等显著优点。生物油可以直接应用于工业锅炉、燃气轮机等设备，对生物油进行精制后可以用来代替汽车燃油。但是，生物油中氧含量高达30-40wt％(一股重油的含氧量在1wt％左右)，高位热值为16-19MJ/kg，不到石油的一半，此外，由于大量含氧不稳定化合物的存在，油加热到80℃就会发生聚合分解反应，因此油的应用范围受到很大的限制。一股而言，要想提高生物油的利用价值，必须对生物油进行精制处理。目前主要的精制方法包括催化加氢和催化裂解技术。催化加氢以Co-Mo、Ni-Mo等贵金属作为催化剂，价格比较昂贵，其次需要在高压(10MPa-20MPa)下进行操作，对设备的要求较高，而且操作中常发生反应器堵塞和催化剂失活等问题，一股被认为是不经济的精制方法。催化裂解是指在中温、常压，有催化剂存在的条件下，将生物油中的氧以CO、CO2和H2O的形式脱除。目前生物油催化裂解脱氧主要使用的催化剂有FCC催化剂、H型、Y型和β型沸石等，利用这些催化剂中酸性活性位点发生脱氧、脱羧基、脱羰基反应从而脱除生物油中的氧。但是这两种方法都存在升级目标产物产率较低和催化剂失活过快两大难题。另外，在这两种方法中生物油要经过蒸发-改性-冷凝等过程，需要大量的能量。
目前，中国专利(申请号：200710047218.2)公开了一种生物质油在线催化裂解精制的方法和装置，但生物质的催化热解和生物油的精制是在两个反应器中进行。中国专利(申请号：200710194641.5)公开了一种低氧生物油及其制备方法，该方法是以生物质和水为原料，在高温高压、催化剂作用下加氢液化转化为低氧生物油。该工艺需要在高压反应釜中进行，并且需要耗氢，能量投入较大，不易大型化。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法，旨在解决生物质快速热解转化的生物油含氧量较高的问题，提出一种经济简单的生物质转化为低氧含量液体燃料的方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法。该方法以秸秆、玉米芯为生物质原料，催化剂和石英砂共同作为床料，在流化床中进行常压在线催化热解，热解产物依次经过三个冷凝温度分别为100-150℃，45-55℃，0-5℃的冷凝器，冷凝产物分别为重油、轻油和水相组分。所述的在流化床中进行常压在线催化热解的温度为400-650℃。所述的催化剂为HZSM-5、MCM-41、FCC多孔催化剂。
有益效果：该方法可以在常压下实现生物质的热解和催化脱氧在一个反应器中进行，避免了传统的制取低氧含量液体燃料中生物油蒸发-改性-冷凝等过程，节省了大量的能量，设备投资和运行成本都大大降低。
具体实施方式
该方法是在生物质热解过程中加入商业或自制催化剂，在热解液化的同时进行催化脱氧，以达到降低所得生物油氧含量的目的。该发明以秸秆、玉米芯等农业废弃物为生物质原料，催化剂和沙子共同作为床料，在流化床中400-650℃下对生物质进行在线催化热解。热解产物依次经过三个控制在不同温度的冷凝器，冷凝产物分别为重油、轻油和水相组分。
生物质快速热解和催化在同一流化床反应器中进行。所述的流化床床料为催化剂和石英砂的混合物，催化剂为HZSM-5、MCM-41、FCC等多孔催化剂。所述的三个冷凝温度分别为100-150℃、45-55℃、0-5℃。
实施例1：
首先将纯石英砂放入反应器中，连接反应器和三级冷凝器，通入惰性载气。加热反应器到550℃，三级冷凝器沿气流方向分别控制在100℃，45℃和0℃，上下波动在5℃之内。加入粉碎过的生物质物料，反应结束后收集三级冷凝的生物油，按收集温度的高低依次为重油、轻油和水相组分，计算它们的产率，并进行元素分析，结果如表1和2所示(工况一)。
实施例2：
首先将石英砂和HZSM-5催化剂按质量比9∶1混合放入反应器中，连接反应器和三级冷凝器，通入惰性载气。加热反应器到550℃，三级冷凝器沿气流方向分别控制在100℃，45℃和0℃，上下波动在5℃之内。加入粉碎过的生物质物料，反应结束后收集三级冷凝的生物油，按收集温度的高低依次为重油、轻油和水相组分，计算它们的产率，并进行元素分析，结果如表1和2所示(工况二)。
实施例3：
首先将石英砂和新鲜FCC催化剂按质量比9∶1混合放入反应器中，连接反应器和三级冷凝器，通入惰性载气。加热反应器到550℃，三级冷凝器沿气流方向分别控制在100℃，45℃和0℃，上下波动在5℃之内。加入粉碎过的生物质物料，反应结束后收集三级冷凝的生物油，按收集温度的高低依次为重油、轻油和水相组分，计算它们的产率，并进行元素分析，结果如表1和2所示(工况三)。
实施例4：
首先将石英砂和FCC平衡催化剂按质量比4∶1混合放入反应器中，连接反应器和三级冷凝器相连，通入惰性载气。加热反应器到550℃，三级冷凝器沿气流方向分别控制在100℃，45℃和0℃，上下波动在5℃之内。加入粉碎过的生物质物料，反应结束后收集三级冷凝的生物油，按收集温度的高低依次为重油、轻油和水相组分，计算它们的产率，并进行元素分析，结果如表1和2所示(工况四)。
表1不同工况下三级冷凝器收集油中油相和水相所占中收集液体总量的百分比
表2不同工况下收集的轻油的高位发热量(干燥基)和元素含量
Claims (3)
1.一种生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法，其特征在于该方法以秸秆、玉米芯为生物质原料，催化剂和石英砂共同作为床料，在流化床中进行常压在线催化热解，热解产物依次经过三个冷凝温度分别为100-150 ℃，45-55 ℃，0-5 ℃的冷凝器，冷凝产物分别为重油、轻油和水相组分。
2.根据权利要求1所述的生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法，其特征在于所述的催化剂为HZSM-5、MCM-41、FCC多孔催化剂。
3.根据权利要求1所述的生物质在线催化热解制取低氧含量液体燃料的方法，其特征在于所述的在流化床中进行常压在线催化热解的温度为400-650 ℃。
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