CN111849534A - 一种秸秆生产生物质油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆生产生物质油的方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)秸秆物料的洗涤、干燥；(2)秸秆物料的粉碎；(3)秸秆解聚溶剂配制：有机酸：双氧水体积比为24:1‑22:3；(4)秸秆粉在溶剂中解聚：在常压、温度30‑70℃、秸秆粉与解聚溶剂的固液比为1:12‑1:60条件下，机械搅拌转速90‑150rpm，解聚时间为12‑48h；(5)将解聚产物常温常压过滤，固液分离；(6)将分离得到的液体精馏除去有机酸溶剂，而后加入乙醇制备生物质油。

Description

一种秸秆生产生物质油的方法
技术领域
本发明涉及一种生物质油的制备方法，特别是涉及一种绿色溶剂在常压、近室温条件下循环制备秸秆生物质油的方法，属于生物质能源技术领域。
背景技术
随着人类对能源需求的不断扩大，主要为人类提供能量的化石资源正在迅速地减少，化石能源的过度开发利用带来环境污染和全球气候异常的问题也日益突出。因此，寻找和开发新型可再生能源迫在眉睫。
2017-2019年，我国每年秸秆产量约9亿吨，其中产量居前三位的分别为玉米秸秆(约3.5亿吨)、稻草秸秆(约2.4亿吨)和小麦秸秆(约1.4亿吨)。2019年全国秸秆综合利用率达80％以上，但仍有约2亿吨的秸秆直接焚烧丢弃，造成资源浪费和环境污染。目前秸秆利用主要集中在肥料化、饲料化、直接燃料化等方面，使得秸秆利用呈现经济效益低、环境污染严重的特点。利用秸秆制备生物质油成为秸秆高值化利用的方向之一。
目前秸秆制备生物质油最常用的方法为热裂解法，该法是指秸秆在完全缺氧或有限氧供应条件下热降解，最终生成炭、可冷凝气体(生物质油)和可燃气体(不可冷凝)的过程。秸秆热裂解温度通常在200-500℃，其三种主要成分在热裂解中的转化为：半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质(可冷凝部分为生物质油)，木质素主要分解为炭。
生物质热裂解研究始于20世纪70年代。目前存在的主要问题是热裂解需高温、无氧或少氧条件，反应条件苛刻、对设备要求高，生产成本高，生成的生物质油在高温下是气体，并夹带一定量的超细炭粉，当气体冷却时，超细炭粉会在设备和管道内产生污垢或堵塞，并导致冷却得到的油品中含固体悬浮物，使其后续燃烧时易堵塞管路和燃烧喷头。此外，秸秆转变为生物质油的成分为纤维素和半纤维素，木质素则转化为低附加值的炭，秸秆利用的附加值不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点和不足，提供一种秸秆常压、近室温制备生物质油的方法，并且还提供了一种提高生物质油燃烧效率的燃烧灶具。
本发明的技术方案是：一种秸秆生产生物质油的方法，包含以下步骤：(1)秸秆物料的洗涤、干燥；(2)秸秆物料的粉碎；(3)秸秆解聚溶剂配制：有机酸：双氧水体积比为24:1-22:3；(4)秸秆粉在溶剂中解聚：在常压、温度30-70℃、秸秆粉与解聚溶剂的固液比为1:12-1:60条件下，机械搅拌转速90-150rpm，解聚时间为12-48h；(5)将解聚产物常温常压过滤，固液分离；(6)将分离得到的液体精馏除去有机酸溶剂，而后加入乙醇制备生物质油。
所述的秸秆物料的粉碎粒度为80-120μm。
所述的步骤(6)中，将分离后的低分子量有机物溶液进行精馏，提取有机酸进行重复利用，而后在分离获得的低分子量有机物中加入工业乙醇，室温搅拌均匀制备生物质油。
所述的低分子量有机物与乙醇的体积比为1:5-1:30。
所述的低分子量有机物为分子量在200-400的有机酸、酮或醛。
一种使用所述的生物质油的燃烧灶具，包括工作台，侧板，送风管和炉壁；所述工作台表面支架槽与收集槽，且支撑架嵌套在支架槽内部；所述侧板对位设有两组并与工作台两端固定连接；所述炉壁与工作台固定连接，且炉壁底端中间位置设有混合腔，混合腔顶端设有打火针；所述送风管贯穿炉壁底端并与风机固定连接，且送风管出风口处设有叶片；所述混合腔外侧设有供油装置。
所述供油装置包括油泵、供油管、环形输油管和喷雾头，油泵与环形输油管通过供油管固定连接，且环形输油管上均匀设有三组喷雾头。所述供油装置还包括挡板，环形输油管与混合腔外侧贴合，且环形输油管正上方设有挡板，挡板与混合腔固定连接。
所述叶片为螺旋结构；所述喷雾头呈向上倾斜状态，且与水平方向的夹角为30°。
所述收集槽为T型结构。
本发明的有益效果：1.本发明使用有机酸/双氧水绿色溶剂方法制备生物质油的技术方案与热裂解制备生物质油技术在原理和技术上完全不同，本发明使用的方法是采用有机酸/双氧水在常压、近室温条件下对秸秆木质素和半纤维素进行解聚制备生物质油，生产条件温和，对设备要求低，工艺简单，操作方便可靠、安全性强，生产成本低，易于大规模工业化生产。
2.有机酸/双氧水解聚溶剂绿色环保，有机酸可通过精馏的方法重复使用；
3.整个过程生物质油都以液态形式存在，克服了热裂解制备生物质油必须的冷凝工序，大大降低了生产成本，该方法从源头避免了生物质油含固体悬浮物的问题，制备出的生物质油透明度好、质量高；
4.整个过程不向环境排除任何固液污染物和废弃物；
5.不同于秸秆制备生物质油常用的热裂解方法是将秸秆纤维素和半纤维素转变为生物质油，木质素则转化为低附加值的炭，本方法是通过对秸秆木质素和半纤维素进行解聚制备生物质油，解聚剩余物为高纯的秸秆纤维素，能够直接进行出售，实现秸秆高附加值利用。
绿色溶剂法制备生物质油与热裂解制备生物质油的区别是原理、技术和产品不同，在本发明中，有机酸/双氧水绿色溶剂在常压、近室温条件下对秸秆木质素和半纤维素进行解聚，解聚后的液体产物精馏除去有机酸和水，在精馏后的低分子量有机酸、醛、酮中加入乙醇制备生物质油，解聚后的固体产物秸秆纤维素可直接出售。其优点是：生产条件温和，对设备要求低，工艺简单，操作方便可靠、安全性强，生产成本低，易于大规模工业化生产；绿色溶剂可重复使用，避免环境污染；所产生物质油燃烧值高、燃烧性能稳定，储存时不易产生固体悬浮物与油水分层，使用时不堵塞输运管道和燃烧喷头，性能稳定，便于运输与存储。所得产品可广泛应用于热电厂及供暖锅炉，也可就近销售给燃油锅炉和农机用户；制备生物质油副产物秸秆纤维素可做高附加值化学品出售，其附加值远高于热裂解副产物生物炭。
本申请中燃烧灶具通过工作台表面T型结构收集槽的设置，可以将烹饪过程中产生的油雾或者其他杂物进行收集，便于烹饪结束之后清理，在使用过程中，还通过送风管出风口处叶片采取螺旋形状的设置，使得经过叶片进入到混合腔内的空气能形成旋风，在混合腔内与高压油雾混合的更加充分，然后再通过环形输油管上设置的三组喷雾头将高压油雾喷洒到混合腔内部，三组喷雾头同时从不同的方向将油雾喷洒到混合腔内部，可以让油雾与空气混合的更加充分，并且喷雾头向上倾斜设置并与水平面呈30°夹角，还能够防止油雾滴落到混合腔内侧以及底端造成能源浪费，给后期的清理工作造成不便，环形输油管正上方设有挡板，可以防止油雾以及其他的杂物滴落在油管上给油管造成锈蚀，最后通过环形输油管与混合腔外壁贴合的设置，在燃烧过程中，能够把混合腔内部的热量更好的传递给环形输油管，给环形输油管内部的油雾加热，让油雾雾化的更彻底，提高燃烧效率。
附图说明
图1是燃烧灶具的整体结构示意图。
图2是燃烧灶具的正视结构示意图。
图3是燃烧灶具的供油装置结构示意图。
图4是燃烧灶具的混合腔剖视结构示意图。
具体实施方式
1.秸秆物料的洗涤、干燥；
秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、麦秸等一切农作物秸秆，自来水荡洗干净，常温晾干或鼓风干燥(≤40℃)，避免温度过高使秸秆炭化。
2.秸秆物料的粉碎；
秸秆物料的粉碎粒度以80-120μm为宜。粒度太小后期过滤时会有残渣遗留在生物质油中，粒度太大不利于秸秆解聚。
3.秸秆解聚溶剂配制；
有机酸：双氧水(体积比)＝24:1-22:3；其中双氧水为市售双氧水，含过氧化氢30％；有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸等饱和一元羧酸，纯度98％以上。
4.秸秆粉在溶剂中解聚；
在常压、温度30-70℃、秸秆粉与解聚溶剂的固液比为1:12-1:60条件下，对秸秆粉进行解聚，机械搅拌转速90-150rpm，解聚时间为12-48h。秸秆木质素和半纤维素解聚为低分子量有机物在溶液中，为后续制备生物质油使用，秸秆纤维素作为该方法的副产物可作为商品出售。
5.将解聚产物常温常压过滤，使液固分开。
将秸秆木质素和半纤维素解聚的低分子量有机物溶液与固体秸秆纤维素在常温常压下过滤、分离。
6.将分离得到的液体精馏除去有机酸溶剂，而后加入乙醇制备生物质油；
将分离后的低分子量有机物溶液进行精馏，提取有机酸进行重复利用，而后在分离获得的低分子量有机物中加入工业乙醇，室温搅拌均匀制备生物质油。
除去有机酸的原因为大量有机酸存在会影响生物质油的燃烧值，有机酸完全除去后加入乙醇溶液有利于低分子量有机物的良好分散，制备出的生物质油燃烧值高、稳定性好，低分子量有机物与乙醇的体积比为1:5-1:30。
低分子量有机物为分子量在200-400的有机酸、酮、醛，性质稳定，相互之间不易发生反应。此外，沸点相对较高，在进行有机酸精馏时基本不会气化残留在有机酸溶液中。
7.将分离后的固体清洗干燥、作为高纯纤维素原料出售。
如附图1至附图4所示：
一种生物质油燃烧灶具，包括工作台1，侧板2，送风管501和炉壁6；工作台1表面支架槽101与收集槽102，且支撑架3嵌套在支架槽101内部；侧板2对位设有两组并与工作台1两端固定连接；炉壁6与工作台1固定连接，且炉壁6底端中间位置设有混合腔7，混合腔7顶端设有打火针8；送风管501贯穿炉壁6底端并与风机5固定连接，且送风管501出风口处设有叶片502；混合腔7外侧设有供油装置4。
其中，供油装置4包括油泵401、供油管402、环形输油管403和喷雾头405，油泵401与环形输油管403通过供油管402固定连接，且环形输油管403上均匀设有三组喷雾头405，环形设置的三组喷雾头405可以使得喷到混合腔7内的高压油雾能够与空气充分混合，防止一边多一边少而产生火焰不均匀情况的发生。
其中，供油装置4还包括挡板404，环形输油管403与混合腔7外侧贴合，且环形输油管403正上方设有挡板404，挡板404与混合腔7固定连接，在燃烧过程中混合腔7的温度升高，可以把热量传递给给外侧贴合设置的环形输油管403，可以对环形输油管403里面的高压油雾进行加热，让燃油雾化的更加彻底，有利于燃烧，而且挡板404的设置可以防止溅落的油滴落到环形输油管403上面对其造成损害。
其中，叶片502为螺旋结构，螺栓扇叶结构使得风机5吹出的风在经过叶片502的时候可以形成旋风，旋风在混合腔7内部可以更好的与喷雾头405喷出的油雾混合。
其中，喷雾头405呈向上倾斜状态，且与水平方向的夹角为30°，喷雾头405向上倾斜设置可以防止油雾溅落到混合腔7的侧壁以及底端，既减少了燃油浪费，也给后期的灶台清洗降低了难度。
其中，收集槽102为T型结构，T型结构的收集槽102可以将烹饪过程中产生的油雾或者其他杂物进行收集，烹饪结束之后便于清理。
本实施例的具体使用方式与作用：
本装置中，工作台1表面设有T型结构的收集槽102，可以将烹饪过程中产生的油雾或者其他杂物进行收集，便于烹饪结束之后清理，在使用过程中，首先打开风机5，将空气通过送风管501吹到混合腔7底部，送风管501出风口处设有螺旋形状的叶片502，使得经过叶片502进入到混合腔7内的空气能形成旋风，可以跟混合腔7内的高压油雾混合的更加充分，然后打开油泵401，将高压油雾通过供油管402输送到环形输油管403中，通过环形输油管403上环形设置的三组喷雾头405将高压油雾喷洒到混合腔7内部，并且喷雾头405向上倾斜设置与水平面呈30°夹角，三组喷雾头405同时从不同的角度将油雾喷洒到混合腔7内部，既可以便于与空气混合，还可以在保证火焰的情况下降低油泵401的工作压力，降低了安全隐患，充分混合的气体被混合腔7顶端的打火针8点燃，可以进行烹饪作业。

Claims (10)

1.一种秸秆生产生物质油的方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)秸秆物料的洗涤、干燥；(2)秸秆物料的粉碎；(3)秸秆解聚溶剂配制：有机酸：双氧水体积比为24:1-22:3；(4)秸秆粉在溶剂中解聚：在常压、温度30-70℃、秸秆粉与解聚溶剂的固液比为1:12-1:60条件下，机械搅拌转速90-150rpm，解聚时间为12-48h；(5)将解聚产物常温常压过滤，固液分离；(6)将分离得到的液体精馏除去有机酸溶剂，而后加入乙醇制备生物质油。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆生产生物质油的方法，其特征在于：所述的秸秆物料的粉碎粒度为80-120μm。
3.根据权利要求1所述的一种秸秆生产生物质油的方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，将分离后的低分子量有机物溶液进行精馏，提取有机酸进行重复利用，而后在分离获得的低分子量有机物中加入工业乙醇，室温搅拌均匀制备生物质油。
4.根据权利要求3所述的一种秸秆生产生物质油的方法，其特征在于：所述的低分子量有机物与乙醇的体积比为1:5-1:30。
5.根据权利要求4所述的一种秸秆生产生物质油的方法，其特征在于：所述的低分子量有机物为分子量在200-400的有机酸、酮或醛。
6.一种使用权利要求1所述的生物质油的燃烧灶具，其特征在于：包括工作台(1)，侧板(2)，送风管(501)和炉壁(6)；所述工作台(1)表面支架槽(101)与收集槽(102)，且支撑架(3)嵌套在支架槽(101)内部；所述侧板(2)对位设有两组并与工作台(1)两端固定连接；所述炉壁(6)与工作台(1)固定连接，且炉壁(6)底端中间位置设有混合腔(7)，混合腔(7)顶端设有打火针(8)；所述送风管(501)贯穿炉壁(6)底端并与风机(5)固定连接，且送风管(501)出风口处设有叶片(502)；所述混合腔(7)外侧设有供油装置(4)。
7.根据权利要求6所述的燃烧灶具，其特征在于：所述供油装置(4)包括油泵(401)、供油管(402)、环形输油管(403)和喷雾头(405)，油泵(401)与环形输油管(403)通过供油管(402)固定连接，且环形输油管(403)上均匀设有三组喷雾头(405)。
8.根据权利要求6所述的燃烧灶具，其特征在于：所述供油装置(4)还包括挡板(404)，环形输油管(403)与混合腔(7)外侧贴合，且环形输油管(403)正上方设有挡板(404)，挡板(404)与混合腔(7)固定连接。
9.根据权利要求6所述的燃烧灶具，其特征在于：所述叶片(502)为螺旋结构；所述喷雾头(405)呈向上倾斜状态，且与水平方向的夹角为30°。
10.根据权利要求6所述的燃烧灶具，其特征在于：所述收集槽(102)为T型结构。
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