CN107699268B - 一种低碳高效生物液体燃料及其制备方法 - Google Patents

一种低碳高效生物液体燃料及其制备方法 Download PDF

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明提供了一种低碳高效生物液体燃料及其制备方法。本发明将生物质原料制成粉碎混合物后进行热裂解得到生物质热解液，然后将其与棕榈渣制成的发酵液混合搅拌得到第一混合物，丙二醇与正庚烷混合制成第二混合物，最后将第一混合物和第二混合物混合处理得到生物液体燃料，具有低碳高效的燃烧性能。本发明的生物质原料采用特定配比的稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球，各原料在裂解转化过程中，内部的不同成分协同配合，促进生物质的有效转化，并优化生物液体燃料的流动性能，从而促进燃料的高效转化，减少积碳。

Description

一种低碳高效生物液体燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，特别地，涉及一种低碳高效生物液体燃料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，燃油消耗量急剧上升，但是全球的石油资源是非常有限的，石油产品的价格随着全球储备量的减少而不断攀升，给人们的生活以及交通运输带来了严重的经济负担。另外，传统燃油在燃烧时特别容易导致燃烧不完全，尾气中的颗粒物、氮氧化物和碳氢化合物含量很高，对环境造成了极大污染和危害。因此，为了应对石油资源短缺和减少环境污染，发展低碳环保的可再生能源成为当务之急。
生物液体燃料是近年来备受瞩目的一种可再生能源，是一种清洁并且可持续循环使用的能源类型，目前一般采用热化学转化法，利用固体生物质为原料在一定的温度和压力下，经过一系列复杂的物理化学反应，使固体生物质转化为液体燃料。但是现有的生物质燃料存在燃烧不彻底和浪费严重的问题，这直接导致了积碳高和燃料利用率低，已经成为制约当前生物液体燃料发展的一大瓶颈。
发明内容
本发明目的在于提供一种低碳高效生物液体燃料及其制备方法，以解决积碳高和利用率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种低碳高效生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比1～2：10混合，加热至90～100℃条件下密封搅拌，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在70～80℃条件下搅拌，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.2～0.3混合均匀，加热至50～60℃搅拌20～30分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
优选的，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为4～5w.t.％。
优选的，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：3～4：2～3：1.3～1.5：2～3。
优选的，步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.2～0.4：0.1～0.2：1～2：2～3：0.2～0.3。
优选的，步骤(2)中，发酵温度为60～65℃，发酵时间为1～2小时。
优选的，步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至700～800℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
优选的，步骤(4)的搅拌时间为2～3小时。
优选的，步骤(5)的搅拌时间为1～2小时。
优选的，步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2～3小时。
本发明还提供了一种低碳高效生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明将生物质原料制成粉碎混合物后进行热裂解得到生物质热解液，然后将其与棕榈渣制成的发酵液混合搅拌得到第一混合物，丙二醇与正庚烷混合制成第二混合物，最后将第一混合物和第二混合物混合处理得到生物液体燃料，具有低碳高效的燃烧性能。
2、本发明的生物质原料采用特定配比的稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球，各原料在裂解转化过程中，内部的不同成分协同配合，促进生物质的有效转化，并优化生物液体燃料的流动性能，从而促进燃料的高效转化，减少积碳。
3、生物质原料的含水率控制在4～5w.t.％，过低会影响热裂解的转化率，过高会影响生物液体燃料的燃烧品质。
4、棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水发酵制成发酵液，可以促进棕榈渣中促燃烧成分的提取，以进一步促进燃料的高效转化。而发酵温度和发酵时间的控制直接影响促燃烧成分的提取率。
5、本发明的热裂解温度控制在700～800℃，更适合于本发明生物质的充分裂解转化。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种低碳高效生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比1：10混合，加热至90℃条件下密封搅拌2小时，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在70℃条件下搅拌1小时，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.2混合均匀，加热至50℃搅拌20分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
其中，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为4w.t.％。稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：3：2：1.3：2。
步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.2：0.1：1：2：0.2。发酵温度为60℃，发酵时间为1小时。
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至700℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2小时。
一种低碳高效生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
实施例2：
一种低碳高效生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比2：10混合，加热至100℃条件下密封搅拌3小时，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在80℃条件下搅拌2小时，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.3混合均匀，加热至60℃搅拌30分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
其中，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为5w.t.％。稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：4：3：1.5：3。
步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.4：0.2：2：3：0.3。发酵温度为65℃，发酵时间为2小时。
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至800℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为3小时。
一种低碳高效生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
实施例3：
一种低碳高效生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比1.5：10混合，加热至95℃条件下密封搅拌2.5小时，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在75℃条件下搅拌1.5小时，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.25混合均匀，加热至55℃搅拌25分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
其中，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为4.5w.t.％。稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：3.5：2.5：1.4：2.5。
步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.3：0.15：1.5：2.5：0.25。发酵温度为62℃，发酵时间为1.5小时。
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至750℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2.5小时。
一种低碳高效生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
对比例1
一种生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)省略；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(3)的生物质热解液加热至95℃条件下密封搅拌2.5小时，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在75℃条件下搅拌1.5小时，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.25混合均匀，加热至55℃搅拌25分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
其中，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为4.5w.t.％。稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：3.5：2.5：1.4：2.5。
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至750℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2.5小时。
一种生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
对比例2
一种生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比1.5：10混合，加热至95℃条件下密封搅拌2.5小时，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在75℃条件下搅拌1.5小时，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.25混合均匀，加热至55℃搅拌25分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
其中，步骤(1)中，稻壳、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为4.5w.t.％。稻壳、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：2.5：1.4：2.5。
步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.3：0.15：1.5：2.5：0.25。发酵温度为62℃，发酵时间为1.5小时。
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至750℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2.5小时。
一种生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
对比例3
一种生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比1.5：10混合，加热至95℃条件下密封搅拌2.5小时，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在75℃条件下搅拌1.5小时，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.25混合均匀，加热至55℃搅拌25分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
其中，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为6w.t.％。稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：3.5：2.5：1.4：2.5。
步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.3：0.15：1.5：2.5：0.25。发酵温度为62℃，发酵时间为1.5小时。
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至750℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2.5小时。
一种生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
对比例4
一种生物液体燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比1.5：10混合，加热至95℃条件下密封搅拌2.5小时，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在75℃条件下搅拌1.5小时，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.25混合均匀，加热至55℃搅拌25分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料。
其中，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为4.5w.t.％。稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：3.5：2.5：1.4：2.5。
步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.3：0.15：1.5：2.5：0.25。发酵温度为67℃，发酵时间为1.5小时。
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至750℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2.5小时。
一种生物液体燃料，是通过上述方法制备得到的。
试验例
考察实施例1～3以及对比例1～4所得生物液体燃料的燃烧品质，结果见表1。
表1.燃烧品质考察
Figure BDA0001410000360000081
由表1可知，实施例1～3的生物液体燃料具有较高的热值，热效率和燃烧率高，灰分低，排烟黑度等级低，说明其低碳高效，燃烧品质好，远远优于对比例1和对比例2，对比例1略去步骤(2)，对比例2步骤(1)中略去柏树叶，严重影响了所得生物液体燃料的燃烧品质，而对比例3步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为6w.t.％，对比例4步骤(2)发酵温度为67℃，燃烧品质略差。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低碳高效生物液体燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥、粉碎后混合均匀，得到粉碎混合物，备用；
(2)将棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水一起放入发酵容器中混合搅拌，密封发酵，得到发酵液，备用；
(3)将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，进行热裂解反应，收集冷凝的液体，即为生物质热解液；
(4)将步骤(2)的发酵液与步骤(3)的生物质热解液按照质量比1～2：10混合，加热至90～100℃条件下密封搅拌，制得第一混合物，备用；
(5)将丙二醇与正庚烷按照质量比1：1混合，并在70～80℃条件下搅拌，制得第二混合物；
(6)将步骤(4)的第一混合物与步骤(5)的第二混合物按照质量比1：0.2～0.3混合均匀，加热至50～60℃搅拌20～30分钟，然后在该温度条件下超声波处理，即得生物液体燃料；
步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球各自干燥至含水率为4～5w.t.％；
步骤(2)中，发酵温度为60～65℃，发酵时间为1～2小时；
步骤(3)的具体方法是：将步骤(1)的粉碎混合物转移至热裂解反应器中，加热至700～800℃进行热裂解反应，得到固体部分和气体部分，将气体部分导入分馏冷凝塔，收集冷凝的液体，即为生物质热解液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，稻壳、柏树叶、麻杆、油桐树枝和松球的质量比为10：3～4：2～3：1.3～1.5：2～3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，棕榈渣与α-葡萄糖苷酶、木质酶、半乳糖、青铜小单孢菌和水的质量比为100：0.2～0.4：0.1～0.2：1～2：2～3：0.2～0.3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)的搅拌时间为2～3小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)的搅拌时间为1～2小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，超声波功率为900W，超声波处理时间为2～3小时。
7.一种低碳高效生物液体燃料，是通过权利要求1～6中任一项所述的方法制备得到的。
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