CN111876177A - 一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，其包括以下步骤：(1)将生物质干燥后粉碎过筛，取粒径≤3mm的生物质进行再次干燥处理；(2)将废塑料进行研磨、过筛，取粒径＜80目的废塑料进行干燥处理；(3)将质量比为1:1～10的所述生物质与废塑料混合均匀后置于反应装置中加热处理，得到生物燃油。本发明提供的上述方法，不仅解决了处理废塑料容易产生二次污染的问题，而且在制备生物燃油的过程简单、操作简便，无需加入催化剂，可得到30％～70％的产油率。

Description

一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法
技术领域
本发明属于生物质能源技术领域，尤其涉及一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法。
背景技术
中国的垃圾数量巨大，塑料废弃物占垃圾总质量的8％～15％，大量塑料废弃物作为固体废弃物的一部分不仅破坏了环境卫生，同时对生态系统造成危害，还会造成资源的极大浪费。传统废塑料的处理方法通常是采用填埋法和焚烧法，但是这些方法都不可避免地造成了占用耕地、污染水源及排放大量废气造成二次污染等一系列问题。
生物质能源具有可再生、无CO2的净排放和SOx、NOx排放量少等优势，成为人们普遍关注的新能源。然而，采用以木质素类和纤维素或半纤维素类为主的生物质在制备生物燃油时，热解过程中需要的温度较高，工艺条件较为苛刻，造成生产成本提高；同时，还会产生所得生物燃油的品质不佳，与汽油或者柴油相比仍有较大的差别等问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种能够共同利用废旧塑料和生物质，提高生物燃油的热值和品质，降低生产成本的生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，包括以下步骤：
(1)将生物质干燥后粉碎过筛，取粒径≤3mm的生物质进行再次干燥处理；
(2)将废塑料进行研磨、过筛，取粒径＜80目的废塑料进行干燥处理；
(3)将质量比为1:1～10的所述生物质与废塑料混合均匀后置于反应装置中加热处理，得到生物燃油；
其中，所述生物质包括木屑、秸秆、废糟和蔗渣中的任意一种或多种，所述废塑料包括PVC和/或PP。
优选地，步骤(1)中，所述二次干燥处理为，将粒径≤3mm的所述生物质置于温度为100℃～120℃的烘干装置中干燥至少24h。
优选地，步骤(2)中，将包括PVC的废塑料进行脱氯处理后再进行研磨、过筛。
优选地，步骤(3)中，所述加热处理包括步骤：
采用氮气作为载气，设置氮气流量为200mL/min；
通过程序升温控制加热，其中温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
优选地，步骤(3)中，将加热处理得到的热裂解产物经冷凝收集得到液态产物，将所述液态产物进行抽滤，经固液分离得到的滤液再经过减压蒸馏，得到生物燃油。
本发明提供了一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，相对于现有技术方案，具有以下优点：
塑料含氢量多，尤其是聚烯烃，其含氢量高14％，富氢塑料通过氢转移为生物质供氢，使生物质热解产生的自由基得到稳定，从而促进了塑料和生物质的成油转化。此外，塑料所提供的氢还可有效降低氧含量，以提高生物燃油的热值和品质。
本发明提供的上述方法，不仅解决了处理废塑料容易产生二次污染的问题，而且在制备生物燃油的过程简单、操作简便，无需加入催化剂，可得到30％～70％的产油率。将废塑料热解转换为更利于应用的高能质物质，如可燃气、燃料油和固态焦炭等，是最有应用前景的方法。废塑料与生物质共热解制液体燃油不仅可以缓解环境污染问题，还可以将废弃物转化为资源。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的描述。
本发明提供了一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，其包括以下步骤：
(1)将生物质干燥后粉碎过筛，取粒径≤3mm的生物质进行再次干燥处理；
(2)将废塑料进行研磨、过筛，取粒径＜80目的废塑料进行干燥处理；
(3)将质量比为1:1～10的所述生物质与废塑料混合均匀后置于反应装置中加热处理，得到生物燃油；
其中，所述生物质包括木屑、秸秆、废糟和蔗渣中的任意一种或多种，所述废塑料包括PVC和/或PP。
上述生物质包括木屑、秸秆、废糟和蔗渣中的任意一种或多种；其中的秸秆包括但不限于小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗或其它农作物秸秆；其中的废糟为废弃糟粕。
在本发明的生物燃油制备方法中，不需要使用催化剂，将生物质和塑料进行磨碎后混合，经加热裂解即得到转化率较高的生物燃油。
步骤(1)中，所述的二次干燥处理为，将粒径≤3mm的所述生物质置于温度为100℃～120℃的烘干装置中干燥至少24h。
步骤(2)中，将废塑料PVC或废塑料PVC和PP进行脱氯处理后再进行研磨、过筛。这就使得在后续裂解产生燃油时不会产生有毒气体。
步骤(3)中，所述加热处理包括步骤：
采用氮气作为载气，设置氮气流量为200mL/min；
通过程序升温控制加热，其中温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
步骤(3)中，将加热处理得到的热裂解产物经冷凝收集得到液态产物，将所述液态产物进行抽滤，经固液分离得到的滤液再经过减压蒸馏，得到生物燃油。
实施例1
将木屑干燥后粉碎过筛，取其中粒径≤3mm的木屑置于100℃的烘箱中干燥24h，并将其保存待用。将聚氯乙烯(PVC)进行脱氯处理，将脱氯后的PVC研磨后过筛，取粒径＜80目的PVC置于干燥箱中干燥待用。
将质量比为1:1的粒径≤3mm的木屑和粒径＜80目的PVC充分混合，得到混合均匀的混合物质，将此混合物质置于反应器中，通入氮气作为载气，并设置其流量为200mL/min。然后开始加热，通过程序升温控制温度，温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
将冷凝后的产物收集于收集瓶中得到液相产物，而反应过程中产生的气相产物直接排空。再将反应结束后的反应器和收集瓶采用三氯甲烷清洗三次，将清洗得到的液体和上述液相产物进行抽滤，将固液分离得到的滤液经过减压蒸馏，除去三氯甲烷，得到生物燃油；并经过称重计算出本实施例中的产油率为30％。将固液分离出的固体残留物于105℃的烘箱中干燥12h后称重，计算出本实施例中的转化率为41％。
实施例2
将秸秆和废糟相互混合且干燥后粉碎过筛，取其中粒径≤3mm的混合生物质置于105℃的烘箱中干燥24h，并将其保存待用。将聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)相互混合并经脱氯处理，将脱氯后的PVC和PP研磨后过筛，取粒径＜80目的PVC、PP混合物置于干燥箱中干燥待用。
将质量比为1:4的粒径≤3mm的混合生物质和粒径＜80目的PVC、PP混合物充分混合，得到混合均匀的混合物质，将此混合物质置于反应器中，通入氮气作为载气，并设置其流量为200mL/min。然后开始加热，通过程序升温控制温度，温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
将冷凝后的产物收集于收集瓶中得到液相产物，而反应过程中产生的气相产物直接排空。再将反应结束后的反应器和收集瓶采用三氯甲烷清洗三次，将清洗得到的液体和上述液相产物进行抽滤，将固液分离得到的滤液经过减压蒸馏，除去三氯甲烷，得到生物燃油；并经过称重计算出本实施例中的产油率为40％。将固液分离出的固体残留物于105℃的烘箱中干燥12h后称重，计算出本实施例中的转化率为47％。
实施例3
将木屑干燥后粉碎过筛，取其中粒径≤3mm的木屑置于110℃的烘箱中干燥30h，并将其保存待用。将PP经研磨后过筛，取粒径＜80目的PP置于干燥箱中干燥待用。
将质量比为1:6的粒径≤3mm的木屑和粒径＜80目的PP充分混合，得到混合均匀的混合物质，将此混合物质置于反应器中，通入氮气作为载气，并设置其流量为200mL/min。然后开始加热，通过程序升温控制温度，温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
将冷凝后的产物收集于收集瓶中得到液相产物，而反应过程中产生的气相产物直接排空。再将反应结束后的反应器和收集瓶采用三氯甲烷清洗三次，将清洗得到的液体和上述液相产物进行抽滤，将固液分离得到的滤液经过减压蒸馏，除去三氯甲烷，得到生物燃油；并经过称重计算出本实施例中的产油率为60％。将固液分离出的固体残留物于105℃的烘箱中干燥12h后称重，计算出本实施例中的转化率为68％。
实施例4
将秸秆干燥后粉碎过筛，取其中粒径≤3mm的秸秆置于110℃的烘箱中干燥30h，并将其保存待用。将PP经研磨后过筛，取粒径＜80目的PP置于干燥箱中干燥待用。
将质量比为1:4的粒径≤3mm的秸秆和粒径＜80目的PP充分混合，得到混合均匀的混合物质，将此混合物质置于反应器中，通入氮气作为载气，并设置其流量为200mL/min。然后开始加热，通过程序升温控制温度，温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
将冷凝后的产物收集于收集瓶中得到液相产物，而反应过程中产生的气相产物直接排空。再将反应结束后的反应器和收集瓶采用三氯甲烷清洗三次，将清洗得到的液体和上述液相产物进行抽滤，将固液分离得到的滤液经过减压蒸馏，除去三氯甲烷，得到生物燃油；并经过称重计算出本实施例中的产油率为70％。将固液分离出的固体残留物于105℃的烘箱中干燥12h后称重，计算出本实施例中的转化率为75％。
实施例5
将木屑、秸秆和蔗渣相互混合且干燥后粉碎过筛，取其中粒径≤3mm的混合生物质置于120℃的烘箱中干燥28h，并将其保存待用。将PVC和PP相互混合并经脱氯处理，将脱氯后的PVC和PP研磨后过筛，取粒径＜80目的PVC、PP混合物置于干燥箱中干燥待用。
将质量比为1:10的粒径≤3mm的混合生物质和粒径＜80目的PVC、PP混合物充分混合，得到混合均匀的混合物质，将此混合物质置于反应器中，通入氮气作为载气，并设置其流量为200mL/min。然后开始加热，通过程序升温控制温度，温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
将冷凝后的产物收集于收集瓶中得到液相产物，而反应过程中产生的气相产物直接排空。再将反应结束后的反应器和收集瓶采用三氯甲烷清洗三次，将清洗得到的液体和上述液相产物进行抽滤，将固液分离得到的滤液经过减压蒸馏，除去三氯甲烷，得到生物燃油；并经过称重计算出本实施例中的产油率为59％。将固液分离出的固体残留物于105℃的烘箱中干燥12h后称重，计算出本实施例中的转化率为65％。
将实施例3和实施例4得到的生物燃油通过分析检测其所含组分，检测结果如表一所示。
表一
Figure BDA0002566365480000051
Figure BDA0002566365480000061
从表一中可以看出，经过本发明提供的方法制得的生物燃油中含有较高含量的烯烃和烷烃，提高了生物燃油的品质。从实施例1～5中可以看出，本发明提供的生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法的整个操作过程简单，无需添加催化剂，得到的产油率为30％～70％。废塑料与生物质共热解制液体燃油不仅可以缓解环境污染问题，还可以将废弃物转化为资源。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生物质干燥后粉碎过筛，取粒径≤3mm的生物质进行再次干燥处理；
(2)将废塑料进行研磨、过筛，取粒径＜80目的废塑料进行干燥处理；
(3)将质量比为1:1～10的所述生物质与废塑料混合均匀后置于反应装置中加热处理，得到生物燃油；
其中，所述生物质包括木屑、秸秆、废糟和蔗渣中的任意一种或多种，所述废塑料包括PVC和/或PP。
2.根据权利要求1所述的生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二次干燥处理为，将粒径≤3mm的所述生物质置于温度为100℃～120℃的烘干装置中干燥至少24h。
3.根据权利要求1所述的生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，其特征在于，步骤(2)中，将包括PVC的废塑料进行脱氯处理后再进行研磨、过筛。
4.根据权利要求1所述的生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加热处理包括步骤：
采用氮气作为载气，设置氮气流量为200mL/min；
通过程序升温控制加热，其中温度条件为：以10℃/min升温速率升温至350℃，恒温1h，再以10℃/min升温速率升温至460℃，恒温1h，同样再以10℃/min升温速率升温至550℃，恒温1h，最后自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的生物质与废塑料共热解制备生物燃油的方法，其特征在于，步骤(3)中，将加热处理得到的热裂解产物经冷凝收集得到液态产物，将所述液态产物进行抽滤，经固液分离得到的滤液再经过减压蒸馏，得到生物燃油。
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