CN102260512A - 一种超声波在生物质焦油脱水中的应用 - Google Patents

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吴诗勇
宋菲菲
吴幼青
高晋生
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Abstract

本发明涉及一种超声波在生物质焦油脱水方面的应用。该应用方式主要包括取样、称量、装样、超声、分离等过程，所得各组分进入后期资源化，超声波频率范围：大于50KHz小于100KHz，超生强度＞0.5w/cm2，超生波温度为20-55℃，超声时间为15-60分钟。本发明借助超声波的穿透性和空化效应等作用，打破水在焦油中的乳化液状态，使水分和焦油有机成分高效清晰地分层，然后静置分离，生物质焦油的含水量从原来的20-50％下降到10％以内，为生物质焦油后期资源化应用打好基础。另外，所使用的超声波仪器和其它设备均为功率低、耗能少的设备，与其他脱水技术相比，达到了能耗低、效率高和脱水量大的目的。

Description

一种超声波在生物质焦油脱水中的应用
技术领域
本发明涉及一种超声波在生物质焦油脱水中的应用，具体涉及利用超声波原理，将超声波应用于生物质焦油中所含大部分水分的脱除，属于含水油品的水分脱除技术领域。 
背景技术
超声波是一种高频率(＞20000Hz)的声波，它方向性好，穿透力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，易于穿透细微的缝隙和小孔，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。近期的研究发现，将超声波应用在组织块脱水(专利公开号CN101241054A)，污泥脱水(专利公开号CN1821130A)和果蔬强化渗透脱水(专利公开号CN1641300A)等方面，效果显著。 
生物质焦油是生物质热解或干馏过程中产生的液体副产物，存在高水分、高含氧量、高挥发分、中热值的特点，所含水分挥发后达到一定温度可以着火燃烧、燃烧后剩余灰分较少的低硫燃料。它含有成百上千种有机物成分，通过蒸馏分离可以得到不同馏分，再加工可以得到塑料、合成纤维、燃料、合成橡胶、耐高温材料等重要化工原料以及具有替代部分液体车用燃料的潜力。 
但是含水量高的生物质焦油直接进行蒸馏，水分会使系统的压力显著增加，能耗增大，处理能力降低。水在焦油中会形成比较稳定的乳浊液，高温蒸发后，破坏蒸馏塔内气液平衡，影响馏分蒸出的速率和质量，另外大量水分的存在延长了蒸馏时间，造成大量的能源浪费。所以在生物质焦油蒸馏前有必要进行水分脱除工作。 
传统的煤焦油一般采用加热静置脱水和管式炉脱水联合的方法进行脱水处理。它的缺点是脱水时间长、能耗高、效率低。生物质焦油含水量较煤焦油高，水分脱除工作难度更大，而有关生物质焦油脱水的研究尤其超声波在生物质焦油脱水上的应用还鲜有报道。 
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波在生物质焦油脱水中的应用，具体是在较低的温度环境中，利用超声波的穿透和空化效应等作用，打破水在焦油中的乳浊液 状态，使生物质焦油中的水分和有机成分迅速清晰地分层，然后静置冷却分离，脱出的水和脱水后的焦油分别进入后期资源化，从而达到脱水量大、脱水时间短、节约能源的目的。 
本发明借助超声波和一些简单的设备使生物质焦油水分脱除工作比用其他方法(煤焦油所述方法)节约能源，费用低且过程简单，通过控制超声波的频率、温度和时间等条件之间的关系，既提高了脱水效率，又保护了焦油在后期蒸馏过程中各组分的产量，具有很高的经济效益。 
本发明是通过以下技术方案实现的： 
一种超声波在生物质焦油脱水中的应用，其特征在于，所述的应用方式包括： 
将生物质焦油取样，称量，装样，焦油容器轴向竖直放置在超声波发生装置中，然后开启超声波，超声波频率范围：50KHz＜超声波频率＜100KHz，超生强度＞0.5w/cm2，超生波发生装置温度为20-55℃，超声时间连续10～60分钟；记录容器内焦油水分随时间的分层情况，至分层完全后，静置冷却分离，脱出的水分和脱水后的焦油分别进入后期资源化。 
本发明的有益效果是：借助超声波的空化作用，通过对超声波使用频率、时间及温度等相关条件的控制，打破水在焦油中的乳化液状态，促使水分和焦油有机成分短时间内清晰地分层，然后静置冷却分离，达到了操作简单、能源消耗低和水分脱除率高的目的，有效地保护了生物质焦油中的低沸点轻组分。本发明具有节约能源、脱水效果好的优点。 
附图说明
图1为本发明超声波生物质焦油脱水技术的工艺流程示意图。 
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的是利于更好的理解而不是限制本发明的内容。 
实施例一： 
取样，依次称量42.00g，42.80g，41.22g，41.55g和41.79g含水量39％的 生物质裂解焦油，分别装入编号为1#，2#，3#，4#，5#的100ml量筒中。在温度30℃，将1#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声35分钟，然后取出静置分离；升温至35℃，将2#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声23分钟，然后取出静置分离；升温至45℃，将3#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声17分钟，然后取出静置分离；升温至50℃，将4#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声12分钟，然后取出静置分离；升温至55℃，将5#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声10分钟，然后取出静置分离。实验结果见表1。 
实施例二： 
取样，依次称量40.08g，41.76g，43.52g，42.55g和42.09g含水量24.8％的生物质炭化焦油，分别装入编号为1#，2#，3#，4#和5#的100ml量筒中。在温度30℃，将1#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声24分钟，然后取出静置分离；升温至35℃，将2#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声18分钟，然后取出静置分离；升温至45℃，将3#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声13分钟，然后取出静置分离；升温至50℃，将4#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声10分钟，然后取出静置分离；升温至55℃，将5#量筒轴向竖直放入超声波发生装置中，连续超声10分钟，然后取出静置分离。实验结果见表2。 
焦油脱水结果如下表所示： 
表1：生物质裂解焦油超声脱水率 
表2：生物质焦炭化油超声脱水率 
焦油脱水率计算公式： 
Wt％＝M/M0*100 
其中：M为生物质焦油中脱出的水的质量，单位g； 
M0为生物质焦油中原有的水的质量，单位g。 
从以上实施例的结果可以看出，超声波在生物质焦油脱水方面的应用，效果显著。超声温度在30℃-55℃之间，裂解和炭化焦油的脱水率分别可以达到86.85％-92.23％和88.63％-93.76％。整个操作过程在较低的环境温度(低于苯和丙酮等有机物的沸点)下进行，脱除水分的同时有效的降低了焦油中低沸点馏分的流失率，有利于生物质焦油的后期资源化，例如通过蒸馏分离得到不同馏分，再加工得到塑料、合成纤维、燃料、合成橡胶、耐高温材料等重要化工原料以及具有替代部分液体车用燃料的潜力，而且节约了能源保护了环境。 

Claims (1)

1.一种超声波在生物质焦油脱水中的应用，其特征在于，所述的应用方式包括：
将生物质焦油取样，称量，装样，焦油容器轴向竖直放置在超声波发生装置中，然后开启超声波，超声波频率范围：50KHz＜超声波频率＜100KHz，超生强度＞0.5w/cm2，超生波发生装置温度为20-55℃，超声时间为10-60分钟；至分层完全后，静置冷却分离，脱出的水分和脱水后的焦油分别进入后期资源化。
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CN104150661A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 山西潞安矿业(集团)有限责任公司 一种煤气水焦油分离方法及装置

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CN200940134Y (zh) * 2006-08-30 2007-08-29 中国石油天然气股份有限公司 外对射型超声波原油脱水装置

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