CN108913184A - 一种微波热裂解生物质制备生物油的方法 - Google Patents

一种微波热裂解生物质制备生物油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，其包括以下步骤：将生物质原料清洗、干燥、粉碎，得到生物质原料粉末；将微波吸收介质和微波裂解催化剂加入醇中，充分搅拌，得到悬浮液；将生物质原料粉末加入悬浮液中，充分搅拌；除去醇，得到混合物料；将混合物料置于微波裂解反应器中反应，将生成的气体产物冷凝，即得到生物油。本发明工艺过程简单、反应条件温和、操作方便、生产成本低、生物质利用率高，适于工业生产，具有广阔的应用前景。

Description

一种微波热裂解生物质制备生物油的方法
技术领域
本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种利用微波热裂解生物质制备生物油的方法。
背景技术
生物质能是太阳能以化学能的形式贮存在生物质中的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态及气态燃料，是一种理想的燃料来源。生物质能在地球上储量极其丰富，且是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源，其独特的优点使得关于生物质能的研究与开发受到广泛关注，并成为能源领域的热点课题。现有技术中利用生物质能的方式主要为生物质的燃烧法、发酵法、热裂解法、微波催化裂解法等，然而，这些方法普遍存在转化率低，产物收率不高，工艺条件苛刻，设备复杂，生产成本高等不足。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术中生物质能利用方面存在的不足，提供一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，其工艺过程简单、操作方便、生产成本低、生物质利用率和产物收率均较高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，其包括以下步骤：
步骤一：将生物质原料清洗、干燥、粉碎，得到生物质原料粉末；
步骤二：将微波吸收介质和微波裂解催化剂加入醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌；除去醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行反应，将生成的气体产物冷凝，即得到生物油。
其中，步骤一中，所述生物质原料可为现有技术中常规的生物质原料，如秸秆、玉米芯、甘蔗渣、木屑、稻草等；较佳地，所述粉碎后得到的生物质原料粉末的粒径为1~10mm，优选3~6mm。
步骤二中，所述微波吸收介质较佳地为ZnO和Al2O3的混合物，所述ZnO和Al2O3的质量比较佳地为1:0.5~1.5；所述微波吸收介质与所述生物质原料的质量比较佳地为0.1~0.5:1；所述醇较佳地为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-丁醇、2-甲基丙醇和叔丁醇中的一种或多种；所述微波裂解催化剂较佳地为Na2CO3、K2CO3和Fe2(SO4)3中的一种或多种；所述微波裂解催化剂与所述生物质原料的质量比较佳地为0.05~0.2:1。
步骤三中，所述搅拌的速度较佳地为200~300转/分钟；所述除去醇的方法较佳地为加热蒸除。
步骤四中，所述微波裂解反应的微波频率较佳地为2~3GHz，微波的辐照功率较佳地为0.8~2kW；所述微波裂解反应的温度较佳地为300~360℃；所述微波裂解反应的时间较佳地为80~120min；所述气体产物冷凝的温度较佳地为-5~5℃；进一步地，所述微波裂解反应在惰性气体保护下进行，所述惰性气体较佳地为氮气或者氩气。
在不违背本领域常识的基础上，本发明各优选技术特征可任意组合。
有益效果：本发明的微波热裂解生物质制备生物油的方法工艺过程简单、反应条件温和、操作方便、生产成本低、生物质利用率高，适于工业生产，具有广阔的应用前景。通过选择适当的微波吸收介质和微波裂解催化剂，合理控制二者用量，并使其与生物质原料充分混合，能够有效改善微波裂解反应的效果，提高生物油的收率。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不局限于所述实施例。
除特别说明外，本发明的原料、试剂、设备均市售可得。
实施例1：按照以下步骤制备生物油：
步骤一：将10kg秸秆清洗、干燥、粉碎，得到粒径为1mm的生物质原料粉末；
步骤二：将0.67kg ZnO和0.33kg Al2O3的混合物、0.2kg Na2CO3和0.3kg K2CO3的混合物加入乙醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌，所述搅拌的速度为200转/分钟；蒸除乙醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行微波裂解反应，所述微波裂解反应在氮气保护下进行；所述微波裂解反应的微波频率为2GHz，微波的辐照功率为0.8kW；所述微波裂解反应的温度为300℃；所述微波裂解反应的时间为80min；将生成的气体产物于-5℃冷凝，即得到生物油6.6kg。
实施例2：按照以下步骤制备生物油：
步骤一：将10kg甘蔗渣清洗、干燥、粉碎，得到粒径为3mm的生物质原料粉末；
步骤二：将1.5kg ZnO和1.5kg Al2O3的混合物、1.0kg Fe2(SO4)3加入正丙醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌，所述搅拌的速度为260转/分钟；蒸除正丙醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行微波裂解反应，所述微波裂解反应在氩气保护下进行；所述微波裂解反应的微波频率为2.5GHz，微波的辐照功率为1.4kW；所述微波裂解反应的温度为320℃；所述微波裂解反应的时间为100min；将生成的气体产物于0℃冷凝，即得到生物油6.2kg。
实施例3：按照以下步骤制备生物油：
步骤一：将10kg木屑清洗、干燥、粉碎，得到粒径为4mm的生物质原料粉末；
步骤二：将2.0kg ZnO和3.0kg Al2O3的混合物、1.2kg Na2CO3和0.8kg Fe2(SO4)3的混合物加入正丁醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌，所述搅拌的速度为300转/分钟；蒸除正丁醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行微波裂解反应，所述微波裂解反应在氮气保护下进行；所述微波裂解反应的微波频率为3GHz，微波的辐照功率为2kW；所述微波裂解反应的温度为360℃；所述微波裂解反应的时间为120min；将生成的气体产物于5℃冷凝，即得到生物油5.7kg。
实施例4：按照以下步骤制备生物油：
步骤一：将10kg稻草清洗、干燥、粉碎，得到粒径为6mm的生物质原料粉末；
步骤二：将2.0kg ZnO和3.0kg Al2O3的混合物、1.5kg K2CO3加入2-丁醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌，所述搅拌的速度为300转/分钟；蒸除2-丁醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行微波裂解反应，所述微波裂解反应在氮气保护下进行；所述微波裂解反应的微波频率为2GHz，微波的辐照功率为1.6kW；所述微波裂解反应的温度为330℃；所述微波裂解反应的时间为120min；将生成的气体产物于-5℃冷凝，即得到生物油5.9kg。
实施例5：按照以下步骤制备生物油：
步骤一：将10kg玉米芯清洗、干燥、粉碎，得到粒径为10mm的生物质原料粉末；
步骤二：将1.0kg ZnO和1.0kg Al2O3的混合物、0.5kg K2CO3和1.5kg Fe2(SO4)3的混合物加入叔丁醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌，所述搅拌的速度为280转/分钟；蒸除叔丁醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行微波裂解反应，所述微波裂解反应在氮气保护下进行；所述微波裂解反应的微波频率为2.7GHz，微波的辐照功率为1.8kW；所述微波裂解反应的温度为350℃；所述微波裂解反应的时间为110min；将生成的气体产物于0℃冷凝，即得到生物油6.5kg。
实施例6：按照以下步骤制备生物油：
步骤一：将10kg秸秆清洗、干燥、粉碎，得到粒径为7mm的生物质原料粉末；
步骤二：将0.18kg ZnO和0.22kg Al2O3的混合物、1.2kg Na2CO3和0.6kg K2CO3的混合物加入异丙醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌，所述搅拌的速度为280转/分钟；蒸除异丙醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行微波裂解反应，所述微波裂解反应在氮气保护下进行；所述微波裂解反应的微波频率为3GHz，微波的辐照功率为1.1kW；所述微波裂解反应的温度为310℃；所述微波裂解反应的时间为90min；将生成的气体产物于3℃冷凝，即得到生物油6.2kg。
实施例7：按照以下步骤制备生物油：
步骤一：将10kg玉米芯清洗、干燥、粉碎，得到粒径为2mm的生物质原料粉末；
步骤二：将0.8kg ZnO和0.4kg Al2O3的混合物，0.4kg Na2CO3、0.2kg K2CO3和0.5kg Fe2(SO4)3的混合物加入2-甲基丙醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌，所述搅拌的速度为210转/分钟；蒸除2-甲基丙醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行微波裂解反应，所述微波裂解反应在氮气保护下进行；所述微波裂解反应的微波频率为2GHz，微波的辐照功率为0.8kW；所述微波裂解反应的温度为360℃；所述微波裂解反应的时间为110min；将生成的气体产物于-5℃冷凝，即得到生物油6.1kg。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是用于阐明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将生物质原料清洗、干燥、粉碎，得到生物质原料粉末；
步骤二：将微波吸收介质和微波裂解催化剂加入醇中，充分搅拌，得到悬浮液；
步骤三：将步骤一所得生物质原料粉末加入步骤二所得悬浮液中，充分搅拌；除去醇，得到混合物料；
步骤四：将步骤三所得混合物料置于微波裂解反应器中进行反应，将生成的气体产物冷凝，即得到生物油。
2.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤一中，所述生物质原料为秸秆、玉米芯、甘蔗渣、木屑或者稻草。
3.根据权利要求1或2所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤一中，所述粉碎后得到的生物质原料粉末的粒径为1~10mm。
4.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤二中，所述微波吸收介质为ZnO和Al2O3的混合物，所述ZnO和Al2O3的质量比为1:0.5~1.5；所述微波吸收介质与所述生物质原料的质量比为0.1~0.5:1。
5.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤二中，所述的醇为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-丁醇、2-甲基丙醇和叔丁醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤二中，所述微波裂解催化剂为Na2CO3、K2CO3和Fe2(SO4)3中的一种或多种；所述微波裂解催化剂与所述生物质原料的质量比为0.05~0.2:1。
7.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤三中，所述搅拌的速度为200~300转/分钟；所述除去醇的方法为加热蒸除。
8.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤四中，所述微波裂解反应的微波频率为2~3GHz，微波的辐照功率为0.8~2kW；所述微波裂解反应的温度为300~360℃；所述微波裂解反应的时间为80~120min。
9.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤四中，所述气体产物冷凝的温度为-5~5℃。
10.根据权利要求1所述的微波热裂解生物质制备生物油的方法，其特征在于，步骤四中，所述微波裂解反应在惰性气体保护下进行。
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