CN107903933A - 一种利用玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法，包括以下步骤：（1）玉米秸秆与厨余垃圾按1:1～1:10的质量比，混匀；（2）HZSM‑5催化剂:玉米秸秆与厨余垃圾混合物按1:1～1:10的质量比，将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，另取5～10kg微波吸收剂加入石英杯中；（3）将上述装置，置于微波热解仪器中，加热至450～650℃，快速添加玉米秸秆与厨余垃圾混合物至石英双口瓶，产生的热解蒸汽在抽气泵作用下，经U型石英管催化剂催化重整，冷凝管冷凝成富烃燃油。本发明大大缩短了碳化时间，提高了生物油产率和品质，显著提高了生物油中烃类的含量。

Description

一种利用玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法
技术领域
本发明属于生物质能源转化技术领域，主要涉及玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法。
背景技术
随着能源与环境问题的日益突出，生物质热解制油技术受到了研究者越来越多的重视，该技术以较低的成本、连续化的生产工艺将低能量密度的生物质转化为高能量密度的生物油，减少了生物质的体积，便于储存和运输。但是生物质快速热解所得的生物油含氧量高、热值低、热稳定性差、粘度高、酸度大、腐蚀性强，因此其进一步的应用受到了较大限制。值得注意的是，这些缺点都和生物油中含氧量高密切相关。为了提高所得生物油质量，生物质催化快速热解制油（catalytic fast pyrolysis，CFP）技术应运而生，该技术将快速热解和催化重整制油技术相结合，以在生物油冷凝前提升其品质，降低生物油含氧量、提高烃类含量。
随着社会经济的快速发展，以及城市化进程的加快，我国城市生活垃圾产生量持续增加，据有关部门统计，目前，我国历年垃圾堆存已高达60亿吨，2010年全国城市垃圾已达到2.64亿吨，无害化处理不到50%，并且城市生活垃圾的产量正以每年 8%～10%的速度递增。我国已成了世界上垃圾包袱最重的国家之一。这些持续增加的生活垃圾侵占了大量的土地，严重的破坏了地表土壤。据调查，全国已有2/3的大中城市被垃圾包围，有1/4的城市不得不把解决垃圾危机的途经延伸到城郊裸露堆放，侵占土地有5亿平方米之多。由此可见若将厨余垃圾解决好将对城市生活垃圾问题的解决作出极大贡献。
目前，微波作为一种新型加热方式在生物质快速催化热解技术中开始得到应用。作为电磁波谱中的一个有限频带，微波位于红外线和特高频无线电波之间，其频率范围为0.3-30 GHz，波长范围为1 mm-1 m。微波具有极强的穿透性，物料内外受微波辐射时会通过偶极子极化介电响应实现电磁能向热能的转换（微波介电加热）。具体而言，物料中的极性分子或极性部分在微波作用下极化形成偶极子，偶极子随微波交变电场作高频振荡，并互相摩擦碰撞挤压而生热，导致物料内外同时迅速升温。微波加热的本质是微波在物料中的能量耗散。与传统加热方式相比，微波加热具有如下优势：微波加热具有如下优势：（1）加热均匀：微波加热时能量利用率高，物料升温非常迅速，且微波穿透性强，能对物料进行内外均衡体加热，也无需对物料进行粉碎加工；（2）节约能耗：微波发生器和微波加热器与物料不直接接触，物料无需流化等操作；（3）无滞后效应：关闭微波发射源后便再无能量转换；（4）便与操作：微波加热响应迅速，对物料温度可以精确控制，也便于自动化控制；（5）安全无污染。目前微波加热技术发展迅速，工业许多领域都用到了该技术。
但是值得注意的是，尽管生物质微波快速热解制油技术能够均匀加热物料、促进烃类生成，但该技术在原料、催化剂、传热效果、生物油品质等方面仍存在一系列突出的问题，如生物质是缺氢多氧的原料，从源头上决定了制得的生物油中烃类含量不足、含氧化合物过多，因此需要设法从源头上对原料进行补氢，物质与多氢原料（厨余垃圾、废弃塑料和地沟油）微波加热催化共热解研究，解决生物质原料少氢的缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有生物质热解技术所得的生物油含氧量高、热值低、热稳定性差、粘度高、酸度大、腐蚀性强的不足，提供了一种基于有效氢碳比调控的微波快速催化热解玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法，该方法工艺简单，热解快速，所得热解生物油含氧量低，含烷烃类量高，稳定性强，热值高，可车用燃油调节使用。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种利用玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法，其特征是包括以下步骤。
（1）按玉米秸秆:厨余垃圾=1:1～1:10的质量比，称取玉米秸秆与厨余垃圾并混合均匀。
（2）按HZSM-5催化剂:玉米秸秆与厨余垃圾混合物=1:1～1:10的质量比，称取催化剂，置于与石英双口瓶热解蒸汽出口连接的U型石英管内作为催化剂床层，另称取5～10kg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℃，快速添加玉米秸秆与厨余垃圾混合物至石英双口瓶，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富烃燃油。
本发明所述的HZSM-5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。
本发明与已有的热解技术相比，具有以下优点。
（1）通过提高原料H/Ceff（有效氢碳比）来提高目标产物产率，选用高H/Ceff物质（厨余垃圾）与生物质（玉米秸秆）共催化热解是提高烃类产率以及减少催化剂失活速率。
（2）微波吸收床层的热传递和反应物料吸波双重加热效果，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，石英双口瓶热解蒸汽出口连接的U型石英管内催化剂床层的引入充分发挥了外部催化的优势，对于热解气体进行有效催化重整，显著提高了生物油中烃类的含量，特别是提高了芳香烃的含量。
（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8kg碳化硅加入石英杯，20g HZSM-5催化剂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100 g玉米秸秆和厨余垃圾混合物（按玉米秸秆:厨余垃圾=1:1的质量比）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49.2g， GC-MS分析得出富烃燃油中烃类含量达到82.3%，其中芳香烃含量达41.5%。
实施例2。
将8kg碳化硅加入石英杯，20g HZSM-5催化剂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100 g玉米秸秆和厨余垃圾混合物（按玉米秸秆:厨余垃圾=1:2的质量比）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55.9g， GC-MS分析得出富烃燃油中烃类含量达到86.9%，其中芳香烃含量达43.1%。
实施例3。
将8kg碳化硅加入石英杯，10g HZSM-5催化剂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100 g玉米秸秆和厨余垃圾混合物（按玉米秸秆:厨余垃圾=1:2的质量比）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46.4g， GC-MS分析得出富烃燃油中烃类含量达到80.2%，其中芳香烃含量达39.6%。

Claims (3)

1.一种利用玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）按玉米秸秆:厨余垃圾=1:1～1:10的质量比，称取玉米秸秆与厨余垃圾并混合均匀；
（2）按HZSM-5催化剂:玉米秸秆与厨余垃圾混合物=1:1～1:10的质量比，称取催化剂，置于与石英双口瓶热解蒸汽出口连接的U型石英管内作为催化剂床层，另称取5～10kg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℃，快速添加玉米秸秆与厨余垃圾混合物至石英双口瓶，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富烃燃油。
2.根据权利要求1所述的一种利用玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法，其特征是所述的HZSM-5催化剂的硅铝比为20～100。
3.根据权利要求1所述的一种利用玉米秸秆与厨余垃圾制备富烃燃油的方法，其特征是所述的微波吸收剂为碳化硅。
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