CN106281394A - 一种连续式水热液化制备生物油的方法 - Google Patents

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徐贵生
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Abstract

本发明属于可再生生物质能源应用领域，公开了一种连续式水热液化制备生物油的方法。具体方案为将生物质经粉碎、制浆等预处理制成一定浓度的生物质料浆液，经料浆泵送入预热器中预热后，进入连续流动管式反应器中发生水热液化反应，所得反应混合物经固液分离及油水分离后，最终得到目标产物生物油及副产物水相、固体残渣等。其中，生物油可进一步加氢处理后转化为汽柴油，水相中的有机物可气化成可燃气体。本发明所述的方法实现了生物油的连续式生产，在缩短时间的同时能够获得较高的液化率和产油率，且连续运行成本低，极易实现工业化放大生产生物油，从而减缓化石能源过渡消耗导致的能源危机，具广泛的应用前景。

Description

一种连续式水热液化制备生物油的方法
技术领域
本发明涉及一种连续式水热液化制备生物油的方法，特别适用于微藻连续水热液化制备生物油，属于可再生生物质能源应用领域。
背景技术
生物质能源是继煤、石油、天然气之后的第四大能源，具有清洁、可再生、来源广泛、资源丰富等显著特点，因而如何合理有效的利用这一资源引起了国内外学者的普遍关注。其中，通过生物质热化学转化制备的生物燃料可作为传统化石燃料的替代燃料，能够缓解化石燃料短缺及其利用导致的相关环境污染问题。
目前，热裂解和水热液化是最为常见的生物质热化学转化方法。热裂解技术是在中温、较短的停留时间以及无氧的条件下将生物质快速热解成液体生物油、固体残炭和不可冷凝气体的过程。然而，该工艺需要对原料进行能量密集的干燥脱水处理，且热裂解所得的生物油存在产率低、氧含量高、稳定性差等缺点，限制了在发动机上的应用。相比之下，水热液化无须对原料进行干燥脱水处理，尤其适合高含水量的生物质，反应温度（150~350℃）也明显低于热裂解技术，且通过水热液化所得的生物油产率高、氧含量较低，热值与柴油相近，对原料具有广泛的通用性。
传统的水热液化工艺是在间歇式高温高压反应釜力进行，虽然工艺简单，易于操作，但是该反工艺只适用于实验室规模研究制备生物油，对反应设备要求严格，存在最大的技术缺陷是不能够直接实现工业化放大生产。如何能够实现生物油的连续式生产，是该工艺由实验室走向工业化放大生产的必经之路，也是该技术面临的最直接的问题，因而开发一种新型高效的连续式水热液化制备生物油的方法具有重要意义。
连续式水热液化与传统的间歇式水热液化的最大不同之处就在于可实现连续给料并且源源不断的生产生物油，从而实现生物油的商业化生产。同时，连续式水热液化可对反应过程进行合适的调控，避免间歇式水热液化的高耗时和高耗能，有利于获得更高的液化率及产油率，经济可行性更可靠。虽然关于间歇式水热液化制备生物油的相关专利多种多样，但是关于连续式水热液化制备生物油的方法却未见报道，因而，本发明公开了一种可实现连续式水热液化制备生物油的方法。
发明内容
为了克服传统间歇式水热液化能耗高、时间长和难以实现工业化生产等不足，本发明提供了一种连续式水热液化制备生物油的方法，可实现生物油的连续生产，为水热液化工艺的工业化放大生产提供了一条途径。
本发明所采用的具体实施步骤为：
（1）将生物质经粉碎机粉碎成颗粒粉末后与水充分混合均匀制成具有一定浓度的生物质料浆液；
（2）采用料浆泵将混合均匀的生物质料浆液送入预热器中预热并保温一段时间；
（3）接着送入连续流动管式反应器中，加热至预设温度进行水热液化反应；
（4）待反应结束后，对反应混合物进行固液分离得到固体残渣和液体混合物，将固体残渣干燥；
（5）对步骤（4）得到的液体混合物进行油水分离得到目标产物生物油和水相产物。
本发明的方法中，所述生物质为农林业废弃物或海藻生物质。
进一步地，所述生物质为秸秆、木屑、微藻或大藻生物质。
进一步地，所述生物质为微藻生物质。
步骤（1）中，所述生物质的颗粒粒径为80~200目；所述生物质料浆液中的固体浓度为5~30%。
步骤（2）中，所述预热器的预热温度为80~120℃，保温时间为0~3min。
步骤（3）中，所述连续流动管式反应中的反应压力为50~250bar，水热液化反应的温度为300~350℃，反应的时间为5~20min。
步骤（4）中，所述固体残渣干燥的温度为105℃，时间为8~12h。
步骤（5）中所述生物油可以进一步加氢精制成生物柴油和汽油，作为内燃机替代燃料；所述水相中的有机物可气化成可燃性气体，作为工业或民用燃。
本发明的有益效果是：
（1）以资源丰富、种类繁多的生物质为原料制备清洁可再生的替代燃料，可缓解化石燃料危机和减少对环境的污染，实现能源利用与环境保护的协调发展。
（2）相比于传统的间歇式水热液化制备生物油，连续式水热液化制备生物油能够明显的减少能源消耗和缩短工艺时间，且液化率和生物油产率较高。
（3）连续式水热液化可以连续不断的生产生物油，经济可行性较高，易于工业化放大生产。
（4）微藻是地球上唯一有潜力替代化石燃料的生物质，可大规模人工培养，连续式水热液化尤其适合微藻藻浆液化制备生物油。
附图说明
图1为本发明中一种连续式水热液化制备生物油的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
将生物质经粉碎机粉碎成粒径为80~200目的粉末后与水充分混合均匀制成固体浓度为5~30%的生物质料浆液；采用料浆泵将混合均匀的生物质料浆液送入预热器中预热，预热温度为80~120℃，保温时间为0~3min；接着送入连续流动管式反应器中进行水热液化反应，反应压力为50~250bar，反应温度为300~350℃，反应时间为5~20min；待反应结束后，对反应混合物进行固液分离得到固体残渣液体混合物，分离后的固体残渣的干燥温度为105℃，时间为8~12h；随后进一步对液体混合物进行油水分离得到目标产物生物油和水相产物；其中生物油可以进一步加氢精制成生物柴油和汽油，作为内燃机替代燃料，水相中的有机物可气化成可燃性气体，作为工业或民用燃气。
实施例1
（1）将微藻螺旋藻经粉碎机粉碎成粒径为80目的粉末后与水充分混合均匀制成固体浓度为15%的生物质料浆液；
（2）采用料浆泵将混合均匀的微藻料浆液送入预热器中预热，预热温度为80℃，保温时间为1min；
（3）接着送入连续流动管式反应器中进行水热液化反应，反应压力为200bar，反应温度为320℃，反应时间为15min；
（4）待反应结束后，对反应混合物进行固液分离得到固体残渣液体混合物，分离后的固体残渣的干燥温度为105℃，时间为8h；
（5）随后进一步对液体混合物进行油水分离得到目标产物生物油和水相产物；
微藻连续水热液化的产油率约为42.6%，液化率为88.3%，热值为34.5MJ/kg，其中生物油可以进一步加氢精制成生物柴油和汽油，作为内燃机替代燃料，水相中的有机物可气化成可燃性气体，作为工业或民用燃。
实施例2
（1）将水稻秸秆经粉碎机粉碎成粒径为120目的粉末后与水充分混合均匀制成固体浓度为25%的生物质料浆液；
（2）采用料浆泵将混合均匀的水稻秸秆生物质料浆液送入预热器中预热，预热温度为90℃，保温时间为3min；
（3）接着送入连续流动管式反应器中进行水热液化反应，反应压力为220bar，反应温度为350℃，反应时间为20min；
（4）待反应结束后，对反应混合物进行固液分离得到固体残渣液体混合物，分离后的固体残渣的干燥温度为105℃，时间为8h；
（5）随后进一步对液体混合物进行油水分离得到目标产物生物油和水相产物；
水稻秸秆连续水热液化的产油率约为32.8%，液化率为79.6%，热值为30.1MJ/kg，其中生物油可以进一步加氢精制成生物柴油和汽油，作为内燃机替代燃料，水相中的有机物可气化成可燃性气体，作为工业或民用燃气。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将生物质经粉碎机粉碎成颗粒粉末后与水充分混合均匀制成生物质料浆液；
（2）采用料浆泵将混合均匀的生物质料浆液送入预热器中预热并保温一段时间；
（3）接着送入连续流动管式反应器中，加热至预设温度进行水热液化反应；
（4）待反应结束后，对反应混合物进行固液分离得到固体残渣和液体混合物，将固体残渣干燥；
（5）对步骤（4）得到的液体混合物进行油水分离，得到目标产物生物油和水相产物。
2.根据权利要求1所述的一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于：所述生物质为农林业废弃物或海藻生物质。
3.根据权利要求2所述的一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于：所述生物质为秸秆、木屑、微藻或大藻。
4.根据权利要求3所述的一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于：所述生物质为微藻生物质。
5.根据权利要求1所述的一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述生物质的颗粒粒径为80~200目；所述生物质料浆液中的固体的质量百分含量为5~30%。
6.根据权利要求1所述的一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述预热器的预热温度为80~120℃，保温时间为0~3min。
7.根据权利要求1所述的一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述连续流动管式反应中的反应压力为50~250bar，所述水热液化反应的温度为300~350℃，反应的时间为5~20min。
8.根据权利要求1所述的一种连续式水热液化制备生物油的方法，其特征在于：步骤（4）中，所述固体残渣干燥的温度为105℃，时间为8~12h。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的方法制得的生物油的应用，其特征在于：将所述生物油进一步加氢精制成生物柴油或汽油，作为内燃机替代燃料。
10.根据权利要求1~8中任一项所述的方法制得的水相产物的应用，其特征在于：将所述水相产物水热气化后，水相中的有机物气化成可燃性气体，作为工业或民用燃气。
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