CN105542883B - 一种建筑废弃木头水热转化制备生物质油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑废弃木头水热转化制备生物质油的方法，属于生物质油制备领域。本发明以建筑废弃木头为原料，经切割、气流粉碎、干燥制得木屑，与对甲苯磺酸等在加热条件下，充分溶解混合后，于马弗炉中进行炭化处理，再经碾磨过筛得黑色炭基酸化催化剂，加入木屑与蒸馏水混合溶胀、保温加热抽滤所得的滤饼和四氢呋喃回流反应，过滤得滤液后蒸馏除去四氢呋喃，再进行多次萃取制得生物质油。本发明的有益效果是：本发明制得的生物质油中固体颗粒和高分子木质素裂解物易燃尽，产品粘度和表面张力小，雾化效果好，十六烷值达60～70；充分利用建筑废弃木头水热转化制备生物质油，实现了资源的可持续利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑废弃木头水热转化制备生物质油的方法，属于生物质油制备领域。
背景技术
生物质油是纤维素、半纤维素和木质素的各种降解物所组成的一种混合物。生物质主要包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆和农林产品加工残余物如甘渣、木屑等。生物质油是一种水分和复杂含氧有机物的混合物，即纤维素、半纤维素和木质素的各种降解物所组成的一种混合物。一是解决了农村焚烧秸秆带来的问题。目前，农作物秸秆量很大，保存困难，许多地区就地集中焚烧秸秆，不仅浪费能源，导致严重的环境污染，而且还引发大量的交通事故；二是改良土壤。生物质油生产过程中的附产物炭粉含有大量有机物和无机物，可以直接作为肥料下田。更重要的是，这种炭粉是有机肥，与化学肥料相比，它可以避免土壤板结，改善土壤品质，同时炭粉通过固体成型后，可以在工矿业中作为保温材料；三是增加了农民收入。农民可从秸秆的售卖和有机肥料下田中直接获取巨大的经济利益；四是增加了农村就业机会。五是项目实施还可能引起农村种植业结构改变，对于调整农村产业结构，加快循环经济发展具有切实的重要意义。目前生产的生物质油中一些固体颗粒和高分子木质素裂解物难以燃尽，且由于生物质油较大的粘度和表面张力使得其雾化效果较差，十六烷值低，点火困难。因此，在此基础上研究出一种雾化效果好，十六烷值高，使用容易的生物质油，具有重要的经济效益和社会价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前生产的生物质油中一些固体颗粒和高分子木质素裂解物难以燃尽，且由于生物质油较大的粘度和表面张力使得其雾化效果较差，十六烷值低，点火困难的弊端，提供了一种以建筑废弃木头为原料，经切割、气流粉碎、干燥制得木屑，与对甲苯磺酸等在加热条件下，充分溶解混合后，于马弗炉中进行炭化处理，再经碾磨过筛得黑色炭基酸化催化剂，加入木屑与蒸馏水混合溶胀、保温加热抽滤所得的滤饼和四氢呋喃回流反应，过滤得滤液后蒸馏除去四氢呋喃，再进行多次萃取制得生物质油的方法。本发明制备方法简单，所得产品雾化效果好，十六烷值高，使用容易。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
(1)选取建筑废弃木头，清洗木头表面的泥土和泥沙，将其置于通风处晾干，随后将其切割，制备成大小为10cm×10cm的木块，将木块置于70～80℃下进行干燥处理6～8h，待其完全干燥后，用气流粉碎，收集木屑并过筛，制备得80～100目的木屑，再将木屑置于60～80℃烘箱中干燥6～8h，制备得干燥后的木屑，备用；
(2)按重量份数计，选取15～30份上述制备的干燥后的木屑、30～40份对甲苯磺酸和40～45份去离子水，使其搅拌混合10～15min，并对其缓慢加热至30～45℃，待其完全溶解后停止加热，冷却至20～30℃，放入坩埚中，在60～80℃下的烘箱中干燥6～8h；
(3)待干燥完成后，将其置于马弗炉中，在120～160℃下炭化处理2～3h，再按10℃/min的速度程序升温，待温度达200～240℃后，对其保温加热3～4h，随后停止加热使其自然冷却至20～30℃，收集黑色固体对其碾磨并过筛处理，得60～80目的黑色炭基酸化催化剂，备用；
(4)按固液质量比1:5，将步骤(1)备用的干燥后的木屑添加至蒸馏水中，对其剧烈搅拌使其充分溶胀后，添加至间歇性磁力反应釜中，用氮气对反应系统反复吹扫后，调节电压使其缓慢升温，升温速率为3～5℃/min；
(5)待其升温至80～85℃后，保温加热1～2h，随后停止加热并对其抽滤，收集滤饼并按重量份数计，选取30～55份制得的滤饼、5～10份的步骤(3)中备用的黑色炭基酸化催化剂和40～60份四氢呋喃，对其搅拌混合并加热使其回流反应3～4h，在回流的同时对其施加200～300W超声仪辅助振荡；
(6)待回流反应完成后，停止加热并冷却至20～30℃，对其过滤并收集滤液，随后对其蒸馏除去四氢呋喃，即可制得一种生物质油。
本发明的应用方法：将制得的生物质油作为燃料添加到燃油锅炉中，添加量与燃油锅炉体积比为2:3，使用后与石油相比，可减少10～12％的微粒、12～13％的一氧化碳排放量，该生物质油雾化效果好，十六烷值达60～70，点火容易，值得推广与使用。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)本发明制备方法简单，制得的生物质油中固体颗粒和高分子木质素裂解物易燃尽；
(2)所得产品粘度和表面张力小，雾化效果好，十六烷值达60～70；
(3)充分利用建筑废弃木头水热转化制备生物质油，实现了资源的可持续利用。
具体实施方式
首先选取建筑废弃木头，清洗木头表面的泥土和泥沙，将其置于通风处晾干，随后将其切割，制备成大小为10cm×10cm的木块，将木块置于70～80℃下进行干燥处理6～8h，待其完全干燥后，用气流粉碎，收集木屑并过筛，制备得80～100目的木屑，再将木屑置于60～80℃烘箱中干燥6～8h，制备得干燥后的木屑，备用；然后按重量份数计，选取15～30份上述制备的干燥后的木屑、30～40份对甲苯磺酸和40～45份去离子水，使其搅拌混合10～15min，并对其缓慢加热至30～45℃，待其完全溶解后停止加热，冷却至20～30℃，放入坩埚中，在60～80℃下的烘箱中干燥6～8h；待干燥完成后，将其置于马弗炉中，在120～160℃下炭化处理2～3h，再按10℃/min的速度程序升温，待温度达200～240℃后，对其保温加热3～4h，随后停止加热使其自然冷却至20～30℃，收集黑色固体对其碾磨并过筛处理，得60～80目的黑色炭基酸化催化剂，备用；再按固液质量比1:5，将备用的干燥后的木屑添加至蒸馏水中，对其剧烈搅拌使其充分溶胀后，添加至间歇性磁力反应釜中，用氮气对反应系统反复吹扫后，调节电压使其缓慢升温，升温速率为3～5℃/min；待其升温至80～85℃后，保温加热1～2h，随后停止加热并对其抽滤，收集滤饼并按重量份数计，选取30～55份制得的滤饼、5～10份备用的黑色炭基酸化催化剂和40～60份四氢呋喃，对其搅拌混合并加热使其回流反应3～4h，在回流的同时对其施加200～300W超声仪辅助振荡；最后待回流反应完成后，停止加热并冷却至20～30℃，对其过滤并收集滤液，随后对其蒸馏除去四氢呋喃，即可制得一种生物质油。
实例1
首先选取建筑废弃木头，清洗木头表面的泥土和泥沙，将其置于通风处晾干，随后将其切割，制备成大小为10cm×10cm的木块，将木块置于70℃下进行干燥处理6h，待其完全干燥后，用气流粉碎，收集木屑并过筛，制备得80目的木屑，再将木屑置于60℃烘箱中干燥6h，制备得干燥后的木屑，备用；然后按重量份数计，选取15份上述制备的干燥后的木屑、40份对甲苯磺酸和45份去离子水，使其搅拌混合10min，并对其缓慢加热至30℃，待其完全溶解后停止加热，冷却至20℃，放入坩埚中，在60℃下的烘箱中干燥6h；待干燥完成后，将其置于马弗炉中，在120℃下炭化处理2h，再按10℃/min的速度程序升温，待温度达200℃后，对其保温加热3h，随后停止加热使其自然冷却至20℃，收集黑色固体对其碾磨并过筛处理，得60目的黑色炭基酸化催化剂，备用；再按固液质量比1:5，将备用的干燥后的木屑添加至蒸馏水中，对其剧烈搅拌使其充分溶胀后，添加至间歇性磁力反应釜中，用氮气对反应系统反复吹扫后，调节电压使其缓慢升温，升温速率为3℃/min；待其升温至80℃后，保温加热1h，随后停止加热并对其抽滤，收集滤饼并按重量份数计，选取30份制得的滤饼、10份备用的黑色炭基酸化催化剂和60份四氢呋喃，对其搅拌混合并加热使其回流反应3h，在回流的同时对其施加200W超声仪辅助振荡；最后待回流反应完成后，停止加热并冷却至20℃，对其过滤并收集滤液，随后对其蒸馏除去四氢呋喃，即可制得一种生物质油。
将制得的生物质油作为燃料添加到燃油锅炉中，添加量与燃油锅炉体积比为2:3，使用后与石油相比，可减少10％的微粒、12％的一氧化碳排放量，该生物质油雾化效果好，十六烷值达60，点火容易，值得推广与使用。
实例2
首先选取建筑废弃木头，清洗木头表面的泥土和泥沙，将其置于通风处晾干，随后将其切割，制备成大小为10cm×10cm的木块，将木块置于75℃下进行干燥处理7h，待其完全干燥后，用气流粉碎，收集木屑并过筛，制备得90目的木屑，再将木屑置于70℃烘箱中干燥7h，制备得干燥后的木屑，备用；然后按重量份数计，选取22份上述制备的干燥后的木屑、35份对甲苯磺酸和43份去离子水，使其搅拌混合13min，并对其缓慢加热至37℃，待其完全溶解后停止加热，冷却至25℃，放入坩埚中，在70℃下的烘箱中干燥7h；待干燥完成后，将其置于马弗炉中，在140℃下炭化处理2.5h，再按10℃/min的速度程序升温，待温度达220℃后，对其保温加热3.5h，随后停止加热使其自然冷却至25℃，收集黑色固体对其碾磨并过筛处理，得70目的黑色炭基酸化催化剂，备用；再按固液质量比1:5，将备用的干燥后的木屑添加至蒸馏水中，对其剧烈搅拌使其充分溶胀后，添加至间歇性磁力反应釜中，用氮气对反应系统反复吹扫后，调节电压使其缓慢升温，升温速率为4℃/min；待其升温至83℃后，保温加热1.5h，随后停止加热并对其抽滤，收集滤饼并按重量份数计，选取42份制得的滤饼、7份备用的黑色炭基酸化催化剂和51份四氢呋喃，对其搅拌混合并加热使其回流反应3.5h，在回流的同时对其施加250W超声仪辅助振荡；最后待回流反应完成后，停止加热并冷却至25℃，对其过滤并收集滤液，随后对其蒸馏除去四氢呋喃，即可制得一种生物质油。
将制得的生物质油作为燃料添加到燃油锅炉中，添加量与燃油锅炉体积比为2:3，使用后与石油相比，可减少11％的微粒、12.5％的一氧化碳排放量，该生物质油雾化效果好，十六烷值达65，点火容易，值得推广与使用。
实例3
首先选取建筑废弃木头，清洗木头表面的泥土和泥沙，将其置于通风处晾干，随后将其切割，制备成大小为10cm×10cm的木块，将木块置于80℃下进行干燥处理8h，待其完全干燥后，用气流粉碎收集木屑并过筛，制备得100目的木屑，再将木屑置于80℃烘箱中干燥8h，制备得干燥后的木屑，备用；然后按重量份数计，选取30份上述制备的干燥后的木屑、30份对甲苯磺酸和40份去离子水，使其搅拌混合15min，并对其缓慢加热至45℃，待其完全溶解后停止加热，冷却至30℃，放入坩埚中，在80℃下的烘箱中干燥8h；待干燥完成后，将其置于马弗炉中，在160℃下炭化处理3h，再按10℃/min的速度程序升温，待温度达240℃后，对其保温加热4h，随后停止加热使其自然冷却至30℃，收集黑色固体对其碾磨并过筛处理，得80目的黑色炭基酸化催化剂，备用；再按固液质量比1:5，将备用的干燥后的木屑添加至蒸馏水中，对其剧烈搅拌使其充分溶胀后，添加至间歇性磁力反应釜中，用氮气对反应系统反复吹扫后，调节电压使其缓慢升温，升温速率为5℃/min；待其升温至85℃后，保温加热2h，随后停止加热并对其抽滤，收集滤饼并按重量份数计，选取55份制得的滤饼、5份备用的黑色炭基酸化催化剂和40份四氢呋喃，对其搅拌混合并加热使其回流反应4h，在回流的同时对其施加300W超声仪辅助振荡；最后待回流反应完成后，停止加热并冷却至30℃，对其过滤并收集滤液，随后对其蒸馏除去四氢呋喃，即可制得一种生物质油。
将制得的生物质油作为燃料添加到燃油锅炉中，添加量与燃油锅炉体积比为2:3，使用后与石油相比，可减少12％的微粒、13％的一氧化碳排放量，该生物质油雾化效果好，十六烷值达70，点火容易，值得推广与使用。
Claims (1)
1.一种建筑废弃木头水热转化制备生物质油的方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)选取建筑废弃木头，清洗木头表面的泥土和泥沙，将其置于通风处晾干，随后将其切割，制备成大小为10cm×10cm的木块，将木块置于70～80℃下进行干燥处理6～8h，待其完全干燥后，用气流粉碎，收集木屑并过筛，制备得80～100目的木屑，再将木屑置于60～80℃烘箱中干燥6～8h，制备得干燥后的木屑，备用；
(2)按重量份数计，选取15～30份上述制备的干燥后的木屑、30～40份对甲苯磺酸和40～45份去离子水，使其搅拌混合10～15min，并对其缓慢加热至30～45℃，待其完全溶解后停止加热，冷却至20～30℃，放入坩埚中，在60～80℃下的烘箱中干燥6～8h；
(3)待干燥完成后，将其置于马弗炉中，在120～160℃下炭化处理2～3h，再按10℃/min的速度程序升温，待温度达200～240℃后，对其保温加热3～4h，随后停止加热使其自然冷却至20～30℃，收集黑色固体对其碾磨并过筛处理，得60～80目的黑色炭基酸化催化剂，备用；
(4)按固液质量比1:5，将步骤(1)备用的干燥后的木屑添加至蒸馏水中，对其剧烈搅拌使其充分溶胀后，添加至间歇性磁力反应釜中，用氮气对反应系统反复吹扫后，调节电压使其缓慢升温，升温速率为3～5℃/min；
(5)待其升温至80～85℃后，保温加热1～2h，随后停止加热并对其抽滤，收集滤饼并按重量份数计，选取30～55份制得的滤饼、5～10份的步骤(3)中备用的黑色炭基酸化催化剂和40～60份四氢呋喃，对其搅拌混合并加热使其回流反应3～4h，在回流的同时对其施加200～300W超声仪辅助振荡；
(6)待回流反应完成后，停止加热并冷却至20～30℃，对其过滤并收集滤液，随后对其蒸馏除去四氢呋喃，即可制得一种生物质油。
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