CN102277188A - 生物质热裂解液化燃用油技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物质热裂解液化燃用油技术，包括如下工艺步骤：(1)生物质预处理：用水、5mol/L盐酸、氢氟酸按照体积比20∶1∶0.5的比例配置浸泡液，浸泡30min，脱除灰分；(2)生物质热裂解；(3)生物油精制；将制得的重质生物油进行催化裂解，重质生物油预热到400℃，进入固定床反应器，温度保持在410-490℃，催化剂是择形分子筛催化剂ZSM-5、Na-ZSM-5、HZSM-5、或磷酸铝类分子筛，进料速率按设备大小控制在3-6m3/h，催化剂用量为生物油质量2％的条件下催化热裂解生物油。本发明脱除灰分，在热裂解过程中减小灰分的影响，使生物油的产量提高50％-60％。并且裂解反应后通过催化裂解的方法精制生物油，催化剂在中温、常压下通过热化学方法将生物油中的氧以CO、CO、HO的形式除去，使之转化为常温下稳定、油品质量高、能量密度高、可直接广泛应用的液体燃料。

Description

生物质热裂解液化燃用油技术
技术领域
本发明涉及一种用生物质制备生物油的方法。
背景技术
生物质热裂解技术是目前世界上生物质能研究的前沿技术之一。
根据反应温度和加热速度的不同，生物质热解工艺可分为慢速、常规、快速或闪速集中。低温慢速热裂解(＜500℃)，产物以木炭为主；高温闪速热裂解(700-1100℃)，产物以可燃气体为主；中温快速热裂解(500-650℃)，产物以生物油为主。
生物质热裂解液化是在中温(500-650℃)、高加热速率(104-105℃/s)和极短气体停留时间(＜2s)的条件下，将生物质直接热解，产物经快速冷却可使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前冷凝，从而得到高产量的生物质液体油。该技术最大的优点在于生物油易存储和易输运，不存在产品的就地消费问题，因而得到了国内外的广泛关注。生物质热裂解液化反应产生的生物油可通过进一步的分离和提取制成燃料油和化工原料；气体视其热值的高低可单独或与其它高热值气体混合作为工业或民用燃气；生物质炭可用作活性剂等。该技术是生物质转换技术的重要方式之一。
现有生物质裂解技术普遍存在的问题是生物质热裂解效率低，成本高，生物油黏度高、含氧量高、稳定性差、质量差：高密度(约1200Kg/m^3)；酸性强(pH值为2.8～3.8)；高水分含量(15％～30％)以及较低的发热量(14～18.5MJ/Kg)，影响燃烧性能。
发明内容
本发明的目的在于提高生物质转化率，并将复杂的生物质生产得到质量统一稳定的液化燃用油的方法。
本发明的技术方案为：一种生物质热裂解液化燃用油技术，包括如下工艺步骤：
(1)生物质预处理：
用水、5mol/L盐酸、氢氟酸按照体积比20∶1∶0.5的比例配置浸泡液，将生物质放置到浸泡液中浸泡30min，液面没过生物质，脱除灰分；将脱除灰分的生物质进行干燥，使生物质的水分含量干燥至低于生物质质量的8％；将干燥后的生物质切割成3-5mm的长度；
(2)生物质热裂解
将切割的生物质输送至流化床，加料速度控制在20-200kg/h，在500-650℃的无氧条件下裂解，调节载气流速，控制裂解气体停留时间在0.8～1.2s之间，热解气离开反应器后，进入旋风分离器，依靠离心作用，分离木炭，蒸汽进入冷凝器；其中，可冷凝的部分经过两级冷凝器冷却形成液体，液体进入油水分离器进行油水分离，得到生物油，不可冷凝的气体经过滤器净化后，送入储气罐。
(3)生物油精制
一级冷凝器得到的为重质生物油，密度大于1.0-1.5g/cm3，二级冷凝器得到的为轻质生物油，密度在0.8-1.0g/cm3，将制得的重质生物油进行催化裂解，重质生物油预热到400℃，进入固定床反应器，温度保持在410-490℃，催化剂是择形分子筛催化剂ZSM-5、Na-ZSM-5、HZSM-5、或磷酸铝类分子筛，进料速率按设备大小控制在3-6m3/h，催化剂用量为生物油质量2％的条件下催化热裂解生物油。2、如权利要求1所述的生物质热裂解液化燃用油技术，其特征在于：所述的生物质为农作物秸秆，包括玉米、小麦秸秆及花生壳。
本发明的有益效果为：本发明在生物质热解之前进行预处理，脱除灰分，在热裂解过程中减小灰分的影响，使生物油的产量提高50％-60％。并且裂解反应后通过催化裂解的方法精制生物油，催化剂在中温、常压下通过热化学方法将生物油中的氧以CO、CO、HO的形式除去，使之转化为常温下稳定、油品质量高、能量密度高、可直接广泛应用的液体燃料。
具体实施方式
本发明用以下非限定性实施例做进一步说明。
具体实施例1：以玉米秸秆为例：
一种生物质热裂解液化燃用油技术，包括如下工艺步骤：
(1)玉米秸秆预处理：
用水、5mol/L盐酸、氢氟酸按照体积比20∶1∶0.5的比例配置浸泡液，将玉米秸秆放置到浸泡也中浸泡30min，液面没过玉米秸秆，脱除灰分；将脱除灰分的玉米秸秆进行干燥，使玉米秸秆的水分含量干燥至低于玉米秸秆质量的8％；将干燥后的玉米秸秆切割成3-5mm的长度；
(2)玉米秸秆热裂解
将切割的玉米秸秆输送至流化床，加料速度控制在20kg/h，在500℃的无氧条件下裂解，调节载气流速，控制裂解气体停留时间在0.8s之间，热解气离开反应器后，进入旋风分离器，依靠离心作用，分离木炭，蒸汽进入冷凝器；其中，可冷凝的部分经过两级冷凝器冷却形成液体，液体进入油水分离器进行油水分离，得到生物油，不可冷凝的气体经过滤器净化后，送入储气罐。
(3)生物油精制
一级冷凝器得到的为重质生物油，密度大于1.0-1.5g/cm3，二级冷凝器得到的为轻质生物油，密度在0.8-1.0g/cm3，将制得的重质生物油进行催化裂解，重质生物油预热到400℃，进入固定床反应器，温度保持在410℃，催化剂是择形分子筛催化剂ZSM-5、Na-ZSM-5、HZSM-5、或磷酸铝类分子筛，进料速率按设备大小控制在3m3/h，催化剂用量为生物油质量2％的条件下催化热裂解生物油。
具体实施例2：以小麦秸秆为例：
一种生物质热裂解液化燃用油技术，包括如下工艺步骤：
(1)小麦秸秆预处理：
用水、5mol/L盐酸、氢氟酸按照体积比20∶1∶0.5的比例配置浸泡液，将小麦秸秆放置到浸泡也中浸泡30min，液面没过小麦秸秆，脱除灰分；将脱除灰分的小麦秸秆进行干燥，使小麦秸秆的水分含量干燥至低于小麦秸秆质量的8％；将干燥后的小麦秸秆切割成3-5mm的长度；
(2)小麦秸秆热裂解
将切割的小麦秸秆输送至流化床，加料速度控制在200kg/h，在650℃的无氧条件下裂解，调节载气流速，控制裂解气体停留时间在1.2s之间，热解气离开反应器后，进入旋风分离器，依靠离心作用，分离木炭，蒸汽进入冷凝器；其中，可冷凝的部分经过两级冷凝器冷却形成液体，液体进入油水分离器进行油水分离，得到生物油，不可冷凝的气体经过滤器净化后，送入储气罐。
(3)生物油精制
一级冷凝器得到的为重质生物油，密度大于1.0-1.5g/cm3，二级冷凝器得到的为轻质生物油，密度在0.8-1.0g/cm3，将制得的重质生物油进行催化裂解，重质生物油预热到400℃，进入固定床反应器，温度保持在490℃，催化剂是择形分子筛催化剂ZSM-5、Na-ZSM-5、HZSM-5、或磷酸铝类分子筛，进料速率按设备大小控制在6m3/h，催化剂用量为生物油质量2％的条件下催化热裂解生物油。
具体实施例3：以花生壳为例：
一种生物质热裂解液化燃用油技术，包括如下工艺步骤：
(1)花生壳预处理：
用水、5mol/L盐酸、氢氟酸按照体积比20∶1∶0.5的比例配置浸泡液，将花生壳放置到浸泡也中浸泡30min，液面没过花生壳，脱除灰分；将脱除灰分的花生壳进行干燥，使花生壳的水分含量干燥至低于花生壳质量的8％；将干燥后的花生壳切割成3-5mm的长度；
(2)花生壳热裂解
将切割的花生壳输送至流化床，加料速度控制在100kg/h，在550℃的无氧条件下裂解，调节载气流速，控制裂解气体停留时间在1s之间，热解气离开反应器后，进入旋风分离器，依靠离心作用，分离木炭，蒸汽进入冷凝器；其中，可冷凝的部分经过两级冷凝器冷却形成液体，液体进入油水分离器进行油水分离，得到生物油，不可冷凝的气体经过滤器净化后，送入储气罐。
(3)生物油精制
一级冷凝器得到的为重质生物油，密度大于1.0-1.5g/cm3，二级冷凝器得到的为轻质生物油，密度在0.8-1.0g/cm3，将制得的重质生物油进行催化裂解，重质生物油预热到400℃，进入固定床反应器，温度保持在450℃，催化剂是择形分子筛催化剂ZSM-5、Na-ZSM-5、HZSM-5、或磷酸铝类分子筛，进料速率按设备大小控制在5m3/h，催化剂用量为生物油质量2％的条件下催化热裂解生物油。
Figure BSA00000543162800041
轻质生物油极性氧含量低，流动性好，低含量残渣使得其具有良好的燃烧性，可以直接利用。重质生物油，具有较高的氧化性、相对不稳定性、腐蚀性和粘稠，直接用它来取代传统的石油受到了限制；另外重油有很强的吸湿性，放置一段时间后会分为两层，一层为高度的粘稠物质，另一层则为水和化学品，这也大大降低了生物油的热值。经过精制后解决了此项问题。
本发明上述的实施例是对本发明的说明而不能限制本发明，在与本发明权利要求书相当的含义和范围内的任何改变和组合，都应认为是在权利要求书的范围内。

Claims (2)

1.一种生物质热裂解液化燃用油技术，其特征在于：包括如下工艺步骤：
(1)生物质预处理：
用水、5mol/L盐酸、氢氟酸按照体积比20∶1∶0.5的比例配置浸泡液，将生物质放置到浸泡液中浸泡30min，液面没过生物质，脱除灰分；将脱除灰分的生物质进行干燥，使生物质的水分含量干燥至低于生物质质量的8％；将干燥后的生物质切割成3-5mm的长度；
(2)生物质热裂解
将切割的生物质输送至流化床，加料速度控制在20-200kg/h，在500-650℃的无氧条件下裂解，调节载气流速，控制裂解气体停留时间在0.8～1.2s之间，热解气离开反应器后，进入旋风分离器，依靠离心作用，分离木炭，蒸汽进入冷凝器；其中，可冷凝的部分经过两级冷凝器冷却形成液体，液体进入油水分离器进行油水分离，得到生物油，不可冷凝的气体经过滤器净化后，送入储气罐；
(3)生物油精制
一级冷凝器得到的为重质生物油，密度大于1.0-1.5g/cm3，二级冷凝器得到的为轻质生物油，密度在0.8-1.0g/cm3，将制得的重质生物油进行催化裂解，重质生物油预热到400℃，进入固定床反应器，温度保持在410-490℃，催化剂是择形分子筛催化剂ZSM-5、Na-ZSM-5、HZSM-5、或磷酸铝类分子筛，进料速率按设备大小控制在3-6m3/h，催化剂用量为生物油质量2％的条件下催化热裂解生物油。
2.如权利要求1所述的生物质热裂解液化燃用油技术，其特征在于：所述的生物质为农作物秸秆，包括玉米、小麦秸秆及花生壳。
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