CN104449790A - 一种利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法 - Google Patents

一种利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境保护和新能源技术领域，具体涉及一种利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法。首先将稻草干燥粉碎得到粉末，在高压反应釜内加入甘油-水共溶剂混合；向高压反应釜内充入N2，搅拌升温保持一定时间后，迅速冷却至室温，收集反应混合物；用有机溶剂对混合物进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂即得到生物油，有机溶剂可以回收、循环使用。本发明能够将废弃稻草高效转化为生物油，其产率达到40.25%~68.87%（占干稻草重），不仅能够提高稻草资源化利用价值产生经济效益，也能应用减少传统利用方式所产生的大气污染、土壤污染和水污染，产生巨大的生态效益。本发明能量利用率高、操作简单、产物分离方便、清洁无毒害。

Description

一种利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法
技术领域
本发明属于环境保护和新能源技术领域，具体涉及一种利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法。
背景技术
中国的农作物秸秆中组成最大的是稻草，超过全国农作物秸秆总产量的1/5以上。曾经农作物秸秆为广大农村必不可少的生产和生活物质。10多年来，随着农村能源结构改善和各类替代原料应用，加上秸秆分布零散、体积大、收集运输成本高，以及综合利用经济性差、产业化程度低等原因，秸秆出现了地区性、季节性、结构性过剩，大量秸秆资源未被利用，浪费较严重，导致种植业和养殖业脱节，制约循环农业发展。在中国水稻主产区，焚烧稻草现象时有发生，且屡禁不止，造成大气环境污染，严重时威胁到交通运输和农民生命财产安全，影响到城乡居民生活。
目前，稻草的资源化利用主要体现在可用来造纸、稻草编织、生产一次性餐具、加工板材，或者作为牲畜饲料、种植食用菌，作为肥料还田等。这些利用方式存在能源转化率低、环境污染严重、操作复杂等缺点。
稻草属于生物质能源，近年来生物质油的研究受到了越来越多的重视。生物质加压液化是制备生物油的一种新型工艺，具有原料来源广泛、能量利用率高、操作简单、产物分离方便、清洁无毒害等优点。
发明内容
本发明提出一种利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法，其特征在于主要步骤如下：
（1）将稻草干燥粉碎，得到40~180目大小的稻草粉末，倒入高压反应釜内，加入甘油-水共溶剂混合使形成固液比为1:50~1:5的混合液；
（2）向高压反应釜内充入0~6MPa的N2，搅拌并升温至200~450℃并保持5~120min，迅速冷却至室温，收集反应混合物；
（3）用有机溶剂对混合物进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂即得到生物油，有机溶剂可以回收、循环使用。
其中所述甘油-水共溶剂中甘油和水的体积比为10:1~1:50；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚、二氯甲烷或甲苯中的一种。
现有水热技术主要是以水为溶剂，生物油产率只能达到22%~30%（占干稻草重），并且产生大量固体残留物；本发明利用水-甘油混合溶剂，能够将废弃稻草高效转化为生物油，甘油可以附着在稻草纤维表面利用溶胀作用增强共溶剂与稻草组织的接触效率，使稻草中的纤维素、半纤维素和木质素被更充分的分离和分散，促进水热反应的进行，生物油产率达到40.25%~68.87%（占干稻草重），不仅能够提高稻草资源化利用价值，产生可观的经济效益，也能应用减少传统利用方式所产生的大气污染、土壤污染和水污染，产生巨大的生态效益；本发明与传统的稻草资源化利用工艺相比，具有能量利用率高、操作简单、产物分离方便、清洁无毒害等优点。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明，但不是对本发明的限定。
实施例1
    将稻草干燥，剪切磨碎到180目大小，取5g稻草粉倒入250ml高压反应釜内并加入150ml甘油-水共溶剂，共溶剂体积比甘油/水=10:1，搅拌调成浆液，气体环境为空气，边搅拌边升温至200℃，保持120min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物。产物固液分离后，固相产物用150ml乙酸乙酯萃取，减压蒸馏乙酸乙酯液相，得到生物油，同时回收乙酸乙酯；水相产物用150ml乙酸乙酯萃取分离，将乙酸乙酯液相减压蒸馏得到生物油，同时回收乙酸乙酯。固相生物油和水相生物油的总产率即为总生物油产率，为68.87%（占干稻草重）。
实施例2
将稻草干燥，剪切磨碎到120目大小，取10g稻草粉倒入250ml高压反应釜内并加入150ml甘油-水共溶剂，共溶剂体积比甘油/水=2:1，搅拌调成浆液，通入2MPa的N2，边搅拌边升温至300℃，保持90min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物。产物固液分离后，固相产物用150ml乙醚萃取，减压蒸馏乙醚液相，得到生物油，同时回收乙醚；水相产物用150ml乙醚萃取分离，将乙醚液相减压蒸馏得到生物油，同时回收乙醚。固相生物油和水相生物油的总产率即为总生物油产率，为56.79%（占干稻草重）。
实施例3
将稻草干燥，剪切磨碎到80目大小，取20g稻草粉倒入250ml高压反应釜内并加入150ml甘油-水共溶剂，共溶剂体积比甘油/水=1:5，搅拌调成浆液，通入4MPa的N2，边搅拌边升温至350℃，保持30min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物。产物固液分离后，固相产物用150ml二氯甲烷萃取，减压蒸馏二氯甲烷液相，得到生物油，同时回收二氯甲烷；水相产物用150ml二氯甲烷萃取分离，将二氯甲烷液相减压蒸馏得到生物油，同时回收二氯甲烷。固相生物油和水相生物油的总产率即为总生物油产率，为45.16%（占干稻草重）。
实施例4
将稻草干燥，剪切磨碎到40目大小，取30g稻草粉倒入250ml高压反应釜内并加入150ml甘油-水共溶剂，共溶剂体积比甘油/水=1:50，搅拌调成浆液，通入6MPa的N2，边搅拌边升温至450℃，保持5min，通自来水使冷却至室温，倒出反应混合物。产物固液分离后，固相产物用150ml甲苯萃取，减压蒸馏甲苯液相，得到生物油，同时回收甲苯；水相产物用150ml甲苯萃取分离，将甲苯液相减压蒸馏得到生物油，同时回收甲苯。固相生物油和水相生物油的总产率即为总生物油产率，为40.25%（占干稻草重）。
对照例1 
参考实施例1 的配方和方法，不同的是以水为溶剂。总生物油产率为29.39%（占干稻草重）。
对照例2 
参考实施例2 的配方和方法，不同的是以水为溶剂。总生物油产率为27.58%（占干稻草重）。
对照例3 
参考实施例3 的配方和方法，不同的是以水为溶剂。总生物油产率为25.12%（占干稻草重）。
对照例4 
参考实施例4 的配方和方法，不同的是以水为溶剂。总生物油产率为23.22%（占干稻草重）。上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1. 一种利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法，其特征在于主要步骤如下：
（1）将稻草干燥粉碎，得到40~180目大小的稻草粉末，倒入高压反应釜内，加入甘油-水共溶剂混合使形成固液比为1:50~1:5的混合液； 
（2）向高压反应釜内充入0~6MPa的N2，搅拌并升温至200~450℃并保持5~120min，迅速冷却至室温，收集反应混合物；
（3）用有机溶剂对混合物进行萃取和抽提，分离并过滤有机相，除去有机溶剂即得到生物油，有机溶剂可以回收、循环使用；
其中，所述甘油-水共溶剂中甘油和水的体积比为10:1~1:50。
2.如权利要求1所述的利用稻草在甘油-水共溶剂体系中高效制备生物油的方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚、二氯甲烷或甲苯中的一种。
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