CN103060023A

CN103060023A - 一种利用水稻秸秆制备生物油的方法

Info

Publication number: CN103060023A
Application number: CN2011103262638A
Authority: CN
Inventors: 张士成; 李长军; 陈建民; 林炯明
Original assignee: SHANGHAI FUHUAN BIO-ENERGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI FUHUAN BIO-ENERGY Co Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-04-24

Abstract

一种利用水稻秸秆制备生物油的方法，它涉及新能源技术和生物质资源综合利用技术领域。它的制备方法为：1、收集水稻秸秆，粉碎至1mm以下，将水稻秸秆粉末与一定比例的水混合捣浆，得到固液比为1∶100～50∶100的水稻秸秆浆液；2、将水稻秸秆浆液倒入高压反应釜内，搅拌升温至200～350℃，保持5～180min，迅速冷却至室温，收集反应混合物；3、将反应混合物固液分离，用有机溶剂对固相和液相分别进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂即得到生物油；本发明原料来源丰富，生产工艺简单，工艺条件温和，生产成本低，产物附加值高、，污染小，易于规模化生产。

Description

一种利用水稻秸秆制备生物油的方法

技术领域：

本发明属于新能源技术和生物质资源综合利用技术领域，具体涉及一种以水稻秸秆为原料制备生物油的方法。

背景技术：

全世界近一半人口以水稻作为主食，中国是种植水稻面积最多的国家，每年产生数以亿吨的水稻秸秆。对于水稻秸秆的一般处理方法是直接焚烧，不仅产生大量的气态污染物和颗粒物，严重影响环境质量；而且对于大气能见度产生巨大的影响，影响到交通秩序和飞机的升降，已成为我国区域环境质量、气候变化和人体健康的重要因素。开发水稻秸秆的综合利用技术对水稻产区的大气环境改善和水稻秸秆资源综合利用具有重要意义。

生物油是由废弃生物质通过热、化学转化而来的低分子有机化合物的混合物，可以直接用作低级燃料油，也可以进一步分离提炼获得精制的燃料油或化学品，可以有效替代原油。随着社会经济的迅速发展，对能源的需求越来越紧迫，中国的原油对外依存度已超过50％，同时，传统化石燃料如石油等正在日趋耗竭，因此积极采用生物油替代原油对于解决传统化石燃料的资源短缺问题具有重要意义。

生物质液化制备生物油的工艺大概有三类：间接液化、高温热解液化、低温直接液化等。间接液化工艺首先将生物质气化成小分子含碳化合物，如CO、CH₄等，然后再以这些小分子含碳化合物为原料，催化转化为低分子液体燃料或化学品，该工艺复杂，成本较高。高温热解液化，是在缺氧的条件下，将生物质高温下(一般为500-900℃)，直接液化得到生物油，该工艺能耗较高，生物油中通常含有一定水分，需要进一步精制获得生物油或生物基化学品。低温直接液化工艺是将生物质在溶剂介质中直接液化为生物油，该工艺相对成本较低，而且根据不同介质、催化剂等条件的变化，可以获得不同成分的生物油，适合制备不同生物基化学品，最近研究较多。

菅盘铭等(CN101407727A)将生物质在固体酸的作用下，在C₁-C₃一元醇的水溶液介质中，升温加压至200-280℃，压力位2-7MPa，保持0.5-10小时，冷却至常温后过滤，再将C₁-C₃的卤代烃分别对所得的滤液和滤渣进行萃取和抽提，合并萃取和抽提液，除去卤代烃和醇后得到生物油。该工艺采用一元醇有机溶剂作为介质，成本相对较高，且容易造成污染，产物的热值和成分不明确。

陈洪章等(CN101172932A)将秸秆经蒸汽爆破处理后，加入多元醇和硫酸，在110-130℃温度下，液化反应1-2小时，得到植物秸秆液化产物-生物质多元醇。

张士成等(CN200910054288.X，CN200910195815.9，CN201010291801.X)分别以藻类、水葫芦、沙生灌木为原料，在水介质中，在温度200-450℃，0-6MPa惰性气体条件下，液化5-120分钟，液化产物经有机溶剂萃取，得到生物油。专利CN201110154276.1提到以藻类生物质为原料，在低级烷基醇介质中，在温度150-350℃ 条件下，液化得到脂肪酸烷基酯。以上专利没有采用水稻秸秆作为原料，而且工艺条件和生物油产物组成与本发明也均有差别。

发明内容：

本发明的目的是提供一种利用水稻秸秆制备生物油的方法，它原料来源丰富，生产工艺简单，工艺条件温和，生产成本低，产物附加值高、，污染小，易于规模化生产。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的制备方法为：1、收集水稻秸秆，粉碎至1mm以下，将水稻秸秆粉末与一定比例的水混合捣浆，得到固液比为1∶100～50∶100的水稻秸秆浆液；2、将水稻秸秆浆液倒入高压反应釜内，搅拌升温至200～350℃，保持5～180min，迅速冷却至室温，收集反应混合物；3、将反应混合物固液分离，用有机溶剂对固相和液相分别进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂即得到生物油。

所述的制备方法3用于萃取和抽提的有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、正己烷、环己烷、丙酮。

所述的制备方法3得到的生物油的主要成分为脂肪酸、酚类化合物和环戊烯酮类化合物；酚类化合物的含量可达60％以上。

本发明的水稻秸秆转化率可达65-87％；生物油产油率达到30-45％，热值30MJ/Kg以上。

本发明以水稻秸秆为原料，以绿色溶剂水作为反应介质，在相对温和的条件下，将水稻秸秆液化为生物油，该生物油热值较高，可以作为低级燃料直接使用；同时该生物油中富含多种高附加值化合物，可以作为进一步提炼生物基化学品的原料。

本发明具有以下有益效果：原料来源丰富，生产工艺简单，工艺条件温和，生产成本低，产物附加值高、，污染小，易于规模化生产。

附图说明：

图1为本发明实施例1生物油的GC-MS检测图谱；

图2为本发明实施例2生物油的GC-MS检测图谱；

图3为本发明实施例3生物油的GC-MS检测图谱。

具体实施方式：

本具体实施方式采用以下技术方案：它的制备方法为：1、收集水稻秸秆，粉碎至1mm以下，将水稻秸秆粉末与一定比例的水混合捣浆，得到固液比为1∶50的水稻秸秆浆液；2、将水稻秸秆浆液倒入高压反应釜内，搅拌升温至200℃，保持5min，迅速冷却至室温，收集反应混合物；3、将反应混合物固液分离，用有机溶剂对固相和液相分别进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂即得到生物油。

本具体实施方式的水稻秸秆转化率可达65-87％；生物油产油率达到30-45％，热值30MJ/Kg以上。

本具体实施方式以水稻秸秆为原料，以绿色溶剂水作为反应介质，在相对温和的条件下，将水稻秸秆液化为生物油，该生物油热值较高，可以作为低级燃料直接使用；同时该生物油中富含多种高附加值化合物，可以作为进一步提炼生物基化学品的原料。

本具体实施方式原料来源丰富，生产工艺简单，工艺条件温和，生产成本低，产物附加值高、，污染小，易于规模化生产。

实施例1：

参看图1，以水稻秸秆为原料，将秸秆粉碎至40目，取40g水稻秸秆粉末倒入250ml高压反应釜内，加入160ml蒸馏水，搅拌调成浆液，将高压反应釜密封；边搅拌边升温至300℃，保持10min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物，并用四氢呋喃清洗釜腔；利用漏斗将混合物分为固、液两相。用150ml四氢呋喃对固相进行抽提，分离萃取抽提液，用漏斗过滤四氢呋喃相，再减压蒸馏回收四氢呋喃即得生物油，水稻秸秆的转化率为85.15％，生物油产率为36.95％，热值为31.64MJ/Kg，生物油的主要成分为酚类化合物、脂肪酸、环戊烯酮类化合物等，其中酚类化合物占66.19％，脂肪酸占12.63％，环戊烯酮类化合物占7.93％。生物油的GC-MS检测图谱见图1。

实施例2：

参看图2，以水稻秸秆为原料，将秸秆粉碎至150目，取20g水稻秸秆粉末倒入250ml高压反应釜内并加入160ml蒸馏水，搅拌调成浆液，将高压反应釜密封；边搅拌边升温至280℃，保持30min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物，并用二氯甲烷清洗釜腔；利用漏斗将混合物分为固、液两相。用150ml二氯甲烷对固相进行抽提，分离萃取抽提液，用漏斗过滤二氯甲烷相，再减压蒸馏回收二氯甲烷即得生物油，水稻秸秆的转化率为70.02％，生物油产率为34.74％，热值为33.64MJ/Kg，生物油的主要成分为酚类化合物、脂肪酸、环戊烯酮类化合物等，其中酚类化合物占69.14％，脂肪酸占5.55％，环戊烯酮类化合物占8.99％。生物油的GC-MS检测图谱见图2。

实施例3：

参看图3，以水稻秸秆为原料，将秸秆粉碎至80目，取30g水稻秸秆粉末倒入250ml高压反应釜内并加入170ml蒸馏水，搅拌调成浆液，将高压反应釜密封；边搅拌边升温至340℃，保持60min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物，并用丙酮清洗釜腔；利用漏斗将混合物分为固、液两相。用150ml丙酮对固相进行抽提，分离萃取抽提液，用漏斗过滤丙酮相，再减压蒸馏回收丙酮即得生物油，水稻秸秆的转化率为86.68％，生物油产率为41.58％，热值为34.12MJ/Kg，生物油的主要成分为酚类化合物、环戊烯酮类化合物、烷烃等，其中酚类化合物占62.24％，脂肪酸占10.17％，环戊烯酮类化合物占8.36％、烷烃占7.54％。生物油的GC-MS检测图谱见图3。

实施例4：

以水稻秸秆为原料，将秸秆粉碎至80目，取30g水稻秸秆粉末倒入250ml高压反应釜内并加入170ml蒸馏水，搅拌调成浆液，将高压反应釜密封；边搅拌边升温至300℃，保持15min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物，并用正己烷清洗釜腔；利用漏斗将混合物分为固、液两相。用150ml正己烷对固相进行抽提，分离萃取抽提液，用漏斗过滤正己烷相，再减压蒸馏回收正己烷即得生物油，水稻秸秆的转化率为84.83％，生物油产率为35.79％，热值为33.46MJ/Kg，生物油的主要成分为酚类化合物、环戊烯酮类化合物等，其中酚类化合物占64.15％，脂肪酸占8.32％，环戊烯酮类化合物占7.63％。

Claims

1.一种利用水稻秸秆制备生物油的方法，其特征在于它的制备方法为：1、收集水稻秸秆，粉碎至1mm以下，将水稻秸秆粉末与一定比例的水混合捣浆，得到固液比为1∶100～50∶100的水稻秸秆浆液；2、将水稻秸秆浆液倒入高压反应釜内，搅拌升温至200～350℃，保持5～180min，迅速冷却至室温，收集反应混合物；3、将反应混合物固液分离，用有机溶剂对固相和液相分别进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂即得到生物油。

2.根据权利要求1所述的一种利用水稻秸秆制备生物油的方法，其特征在于所述的制备方法3用于萃取和抽提的有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、正己烷、环己烷、丙酮。

3.根据权利要求1所述的一种利用水稻秸秆制备生物油的方法，其特征在于所述的制备方法3得到的生物油的主要成分为脂肪酸、酚类化合物和环戊烯酮类化合物。

4.根据权利要求3所述的一种利用水稻秸秆制备生物油的方法，其特征在于所述的酚类化合物的含量达60％以上。