CN107903931A - 一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法 - Google Patents

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吴秋浩
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Abstract

一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法，(1)皂土催化剂、大豆皂脚按1:1～1:5质量比混匀；(2)按HZSM‑5分子筛催化剂:大豆皂脚1:2～1:5质量比，取催化剂置于与石英双口瓶热解蒸汽出口连接的U型石英管内，微波吸收剂加入石英杯中；(3)将上述装置埋入装有微波吸收剂的石英杯中，置于微波热解仪中，加热至450～650℃，快速添加皂土催化剂和大豆皂脚混合物，热解蒸汽经抽气泵，再经U型石英管催化剂催化重整，通过冷凝管冷凝得富烃生物油，固形物为生物炭。本发明大大缩短了碳化时间，提高了生物油产率和品质；显著提高了富烃生物油中烷烃、芳烃的含量和生物炭对重金属的吸附性能。

Description

一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物 油和生物炭的方法
技术领域
本发明属于生物质能源转化技术领域，涉及大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法。
背景技术
随着化石燃料的日益消耗和环境的恶化，开发可再生的清洁能源成为研究者的重心。生物质具有含量丰富、清洁可再生、碳中和等优点，是作为制备可再生清洁能源的最佳原料。我国油脂加工厂每年产生大量的皂脚副产物，不加以增值化利用，很容易造成环境污染以及资源的浪费。目前，一些皂脚被用于制备生物柴油，但由于其十六烷值低、粘度大、热值低等缺陷，难于规模化生产。因此，如何高效、高值化利用皂脚资源成为研究者亟待解决的难题，且具有十分重要的现实意义。
通过热热解将皂脚转化成生物油是一种有前景的技术，受到广泛的关注。但由于皂脚中成分复杂、含氧量高，产物油中化合物种类超过百种，且带有大量含氧化合物，造成生物油的利用困难。同时，热解所得的生物炭比表面积较小，吸附性能很差，致使生物炭成为低价值的副产物。
常规热热解中，生物质的升温缓慢，反应长时间停留在低温阶段，大量原料碳化，不仅降低了生物油产率，而且生物油的品质也有所下降。然而，微波具有加热速率快这一优势，可以很好解决升温慢这一困难。而且，通过使用微波吸收床层，使得生物质得到双重加热的效果，实现快速热解，也减少蒸汽的二次热解。另一方面，催化热解在热解技术中也起到至关重要的作用，现今热解反应中最常用的催化剂就是沸石基分子筛催化剂。大量研究证明廉价的催化剂皂土，用在热解反应中，能够促进热解反应的进行，提高生物油的产率，同时反应过后皂土残留在生物炭中，大幅度提高了生物炭的对重金属的吸附性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法，按以下步骤。
（1）按皂土催化剂:大豆皂脚=1:1～1:5的质量比，称取皂土催化剂和大豆皂脚并混合均匀。
（2）按HZSM-5分子筛催化剂:大豆皂脚=1:2～1:5的质量比，称取HZSM-5分子筛催化剂，置于与石英双口瓶热解蒸汽出口连接的U型石英管内作为催化剂床层，另称取5～7kg微波吸收剂加入石英杯作为微波吸收床层。
（3）将石英双口瓶以及与其连接装有催化剂的U型石英管埋入装有微波吸收剂的石英杯中，置于微波热解仪器中，加热至450～650℃，快速添加皂土催化剂和大豆皂脚混合物，产生的热解蒸汽在抽气泵作用下，经过U型石英管催化剂催化重整，最终通过冷凝管冷凝成棕黄色的富烃生物油，收集固体生物炭作土壤改良剂。
本发明所述的HZSM-5分子筛催化剂的硅铝比为20～100。
本发明所述的微波吸收剂为碳化硅。
本发明具有以下优点。
（1）微波吸收床层的热传递和皂脚吸波双重加热效果，使反应物快速升到目标温度，大大缩短了碳化时间，提高了富烃生物油的产率和品质。
（2）U型石英管内催化剂床层的引入和皂土催化剂的使用充分发挥了外部催化和原位催化的优势，显著提高了富烃生物油中烷烃、芳烃的含量和生物炭对重金属的吸附性能。
3.微波吸收剂与热解蒸汽不接触，减少了二次热解反应。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
将6kg碳化硅加入石英杯，50g HZSM-5分子筛催化剂（直径5mm，Si/Al=50，比表面积640m2/g）置于与石英双口瓶连接装的U型石英管中，将石英双口瓶以及与其连接装有催化剂的U型石英管埋入装有微波吸收剂的石英杯中，置于微波热解仪器中，固定功率升温至550℃，从进料口快速添加100g皂脚和50g皂土混合物至石英双口瓶，继续保持550℃催化热解至反应完全，产生的热解蒸汽在抽气泵作用下，经过U型石英管催化剂催化重整，最终通过冷凝管冷凝得到富烃生物油47g，生物炭（土壤改良剂）31g，GC-MS分析得出富烃生物油中烃类含量达到95%，其中芳烃含量达72.5%，生物炭的表面疏松多孔，P元素含量达2.7wt.%。
实施例2。
将6kg碳化硅加入石英杯，60g HZSM-5分子筛催化剂（直径5mm，Si/Al=50，比表面积640m2/g）置于与石英双口瓶连接装的U型石英管中，将石英双口瓶以及与其连接装有催化剂的U型石英管埋入装有微波吸收剂的石英杯中，置于微波热解仪器中，固定功率升温至500℃，从进料口快速添加100g皂脚和20g皂土混合物至石英双口瓶，继续保持500℃催化热解至反应完全，产生的热解蒸汽在抽气泵作用下，经过U型石英管催化剂催化重整，最终通过冷凝管冷凝得到富烃生物油53g，生物炭（土壤改良剂）28g，GC-MS分析得出富烃生物油中烃类含量达到88.3%，其中芳烃含量达65.7%，生物炭的表面疏松多孔，P元素含量达3.4wt.%。
实施例3。
将6kg碳化硅加入石英杯，25g HZSM-5分子筛催化剂（直径5mm，Si/Al=50，比表面积640m2/g）置于与石英双口瓶连接装的U型石英管中，将石英双口瓶以及与其连接装有催化剂的U型石英管埋入装有微波吸收剂的石英杯中，置于微波热解仪器中，固定功率升温至600℃，从进料口快速添加100g皂脚和100g皂土混合物至石英双口瓶，继续保持600℃催化热解至反应完全，产生的热解蒸汽在抽气泵作用下，经过U型石英管催化剂催化重整，最终通过冷凝管冷凝得到富烃生物油44.6g，生物炭（土壤改良剂）32.7g，GC-MS分析得出富烃生物油中烃类含量达到87.5%，其中芳烃含量达68.9%，生物炭的表面疏松多孔，P元素含量达1.8wt.%。
实施例4。
将6kg碳化硅加入石英杯，50g HZSM-5分子筛催化剂（直径5mm，Si/Al=50，比表面积640m2/g）置于与石英双口瓶连接装的U型石英管中，将石英双口瓶以及与其连接装有催化剂的U型石英管埋入装有微波吸收剂的石英杯中，置于微波热解仪器中，固定功率升温至650℃，从进料口快速添加100g皂脚和25g皂土混合物至石英双口瓶，继续保持650℃催化热解至反应完全，产生的热解蒸汽在抽气泵作用下，经过U型石英管催化剂催化重整，最终通过冷凝管冷凝得到富烃生物油47.3g，生物炭（土壤改良剂）31g，GC-MS分析得出富烃生物油中烃类含量达到85.6%，其中芳烃含量达72.8%，生物炭的表面疏松多孔，P元素含量达3.2wt.%。

Claims (3)

1.一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法，其特征是按以下步骤：
（1）按皂土催化剂:大豆皂脚=1:1～1:5的质量比，称取皂土催化剂和大豆皂脚并混合均匀；
（2）按HZSM-5分子筛催化剂:大豆皂脚=1:2～1:5的质量比，称取HZSM-5分子筛催化剂，置于与石英双口瓶热解蒸汽出口连接的U型石英管内作为催化剂床层，另称取5～7kg微波吸收剂加入石英杯作为微波吸收床层；
（3）将石英双口瓶以及与其连接装有催化剂的U型石英管埋入装有微波吸收剂的石英杯中，置于微波热解仪器中，加热至450～650℃，快速添加皂土催化剂和大豆皂脚混合物，产生的热解蒸汽在抽气泵作用下，经过U型石英管催化剂催化重整，最终通过冷凝管冷凝成棕黄色的富烃生物油，固形物为生物炭。
2.根据权利要求1所述的一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法，其特征是所述的HZSM-5分子筛的硅铝比为20～100。
3.根据权利要求1所述的一种微波辅助双床层共催化快速热解大豆皂脚制备富烃生物油和生物炭的方法，其特征是所述的微波吸收剂为碳化硅。
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