生物油及其用生物质磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制生物油的方法

专利名称：生物油及其用生物质磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制生物油的方法
技术领域：
本发明涉及一种生物油及其用生物质磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制生物油的 方法，属于生物质工程中生物质热化学转化中的中温快速热分解领域。
背景技术：
生物质快速热裂解液化技术是当今世界可再生能源发展领域中的前沿技术之一。产物以 生物油为主，可获得原生物质85% 90%的能量(是目前利用率最高的手段)。生物油除用 作燃料外，还可通过进一步分离、提取、合成高附加值化工原料。目前用于生产生物油的热裂解反应器投入规模生产的有旋转锥反应器及其改进型，流化 床反应器等，但大都存在一定的缺点。如荷兰Twente大学生物质技术集团的旋转锥反应器， 不需载气，装置容积小，生物油产率高，但设备运行与维修复杂，能耗高。加拿大Waterloo 大学的流化床反应器，设备工艺简单，反应强度大，传热传质速率高，温度场均匀，但床料 易流失，易与物料结块。

发明内容
本发明的目的是提供一种生物油及其利用一种反应器即生物质磁稳定流化床反应器中 温快速热裂解制生物油的方法，该发明是利用一种新的反应器即磁稳定流化床反应器制生物 油，克服传统流化床反应器的缺点，实现工艺简单稳定，处理能力强，油产率高，能耗低的 特点。磁稳定流化床是以磁性颗粒为床料，在轴向不随时间变化的空间均匀磁场下形成的稳 定床层。磁稳定流化床兼有固定床和流化床的许多优点。它可以像流化床那样使用小颗粒固 体而不至于造成过高的压力降，外加磁场的作用有效地控制了相间返混，细小颗粒的可流动 性使得装卸固体非常便利；可避免流化床操作中经常出现的固体颗粒流失现象，也可避免固 定床中可能出现的局部热点，同时可以在较宽范围内稳定操作，还可以破碎结块改善相间传 质。本发明的目的是通过以下方式实现的-本发明的生物油中按质量百分比含C〉71.1X、 H>7.3%、 0>16.6%、 N<0.1%，油粘 度〉10Wa.s，密度>1.10， pH值〉2.5，含水率<20%。采用国际先进的中温快速热裂解技术，以磁稳定流化床(床料细铁砂粉，粒径〈0.2mm。 外加磁场设置线圈，实现数字化控制，提供均匀磁场。)为反应器制生物油。生物质在贫 氧气体的流化作用下快速通过高温磁稳定床料，降低了物料停留时间，抑制了产物二次分解丝，来制作光子晶体光纤。所制作的光子晶体光纤的截面与图33相同，外径为120微米，气孔直径d为1.5微米，气孔间距A为2.3微米，d/ △ =0.65。 MFD是2.5微米，光纤的损耗在1.55微米下为65dB/km， 零分散波长为1.55微米。将波长1.55微米、脉冲宽度0.5ps、峰值功率为30W的脉冲激励 光入射到长度为50m的该光子晶体光纤中。在脉冲受到孤子效应 (soliton effect)的同时，观测到随着在光纤内传送，脉冲光谱向长波长 侧偏移(孤子自相位移位)。图36表示使用了本实施例16的光子晶体光纤的波长可变脉冲光 源。该光源是通过使入射脉冲的峰值功率变化，利用了光谱位移量变 化效果的波长可变脉冲光源。波长可变脉冲光源将光放大器902、长度 50m的本实施例16的光子晶体光纤903和可编程PLC(planer lightwave circuit:平面光路)合频分频器904纵向连接到以10GHz调制的脉冲 光源901上。进一步，将光放大器905和长度50m的本实施例16的光子晶体光 纤906纵向连接到可编程PLC合频分频器(multi-demultiplexer:复用解 复用器)904的输出上。通过这种结构，波长可变脉冲光源以10 100Gbit/s的信道发送速率，以波长可变范围为150nm(1550 1700nm)，输出光脉冲。使用该光子晶体光纤，而制作与图30相同结构的波长转换装置。 作为光源，使用在1530 1560nm的波段中在lOOGHz间隔输出32个 波的WDM信号的光源301 332和输出1480nm的激励光和1565nm 的激励光的光源333。使用长度15m的实施例16的光子晶体光纤343， 在信号放大的同时，进行波长统一转换。对"80nm的激励光的功率 50mW、 1565nm的激励光的功率50mW，可以进行转换效率为5dB， 带宽70nm的波长统一转换。另外，若将长度15m的本实施例16的光子晶体光纤适用于参照图 44的后述非线性光纤环型反射镜中，通过门光的功率10mW，可以对 频率80GHz、脉冲宽度8ps的高速调制后的信号光重复进行信号光的 开关切换。图37表示使用了本实施例16的光子晶体光纤的参数光放大器。
图l为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
本发明的利用生物质作为原料，采用磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制生物油的技 术，原料经预处理，中温快速热裂解，旋风分离器气、固分离，气体冷凝、精制后得到生物 油(工艺流程图如图l所示)。现以玉米芯为原料，对本发明的具体内容加以详细描述(1) 原料前处理-收集玉米芯，然后粉碎、千燥(含水率<8%)并制成粒径小于2mm的物料颗粒。
(2) 贫氧气体制备-空气由空气压縮机导入贫氧气体发生器，产生的贫氧气体被压入缓冲罐。从气体缓冲罐 出来的气体经转子流量计分成两路流量较大的主路进入反应器底部预热，经气体分布板进 入反应器；流量较小的一路由料仓顶部通入，并顺着物料一同进入反应器。
(3) 磁稳定流化床反应物料随贫氧气体通过螺旋进料器进入磁稳定流化床反应器中进行快速热裂解。进料率为5kg/h。调节磁场强度，使床料正好被外加磁场限制于反应器中，不外逸。贫氧气体在反应器内一起流化床料和物料的混合物，并添加少量稀土化合物作为催化剂，以减少碱和盐成分。
反应器被外加电热丝加热到500'C，物料在高温缺氧条件下发生热降解，生成热裂解蒸气和 木炭。进入反应器的贫氧气体与生成物一起离开反应器，切向进入旋风分离器。热解条件-压力为1.25kPa，流化风速0.25m/s。
(4) 产物收集-生物质炭由旋风分离器和集炭箱收集；油蒸气通过冷凝器(冷凝器温度维持在0'C)收 集于集油瓶中。气体产物经过滤器除去分子表面的焦油，用压缩气罐收集贮存。
(5) 产物精制-产物先进行加氢反应，CoMo作催化剂，压力10Mpa，温度30(TC，时间3min。随后进 行蒸馏精制，控制温度约40(TC处理后，制成生物油。
生成物组成(质量分数)生物油75%;木炭12%;气体13%。生物油粘度〉106mPa.s，密 度1.40， pH值2.9,热值32MJ/kg，含水率10%。生物油元素分析C含量72.1X， H含量 7.6%, 0含量16.8%, N含量0.05X。
权利要求
1、 一种生物油，其特征是生物油中按质量百分比含C〉71.1%、 H>7.3%、 O〉 16.6%、 N<0.1%，油粘度〉106mPa.s，密度>1.10， pH值〉2.5，含水率<20%。
2、 一种用生物质磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制权利要求1所述的生物油 的方法，其特征是具体工艺步骤如下-(O原料前处理以生物质为原料，然后粉碎、干燥至含水率〈8at^，制成粒径小于2mm的物料颗粒；(2) 贫氧气体制备空气由空气压縮机导入贫氧气体发生器，产生的贫氧气体进入气体缓冲罐，气体缓冲罐 出来的气体经转子流量计分成两路流量较大的主路进入反应器底部预热，经气体分布板进 入反应器；流量较小的一路由料仓顶部通入，并顺着物料一同进入反应器；(3) 磁稳定流化床反应生物质颗粒随贫氧气体通过螺旋进料器进入磁稳定流化床反应器中进行快速热裂解，进 料率为5-10kg/h，调控磁场强度使床料正好被限制于反应器中，贫氧气体在反应器内流化床料和物料的一起混合，并添加原料量1 3ate/。的镧-铈稀土化合物作为催化剂，反应器被加热 到450—550'C之间，物料在高温缺氧条件下降解，生成裂解蒸气和木炭，热解条件压力为 1 1.4kPa，流化风速0.20-0.30m/s;(4) 产物收集木炭由旋风分离器和集炭箱收集；裂解蒸气中的油蒸气通过冷凝器收集于集油瓶中，冷凝器温度维持在-i rc。裂解蒸气中的不可凝气体经过滤器用压缩气罐收集贮存；(5) 产物精制油蒸汽的冷凝液经用CoMo作催化剂，在压力9 llMpa,温度300-35(TC条件下简单加 氢3 5min后，蒸馏处理，蒸馏温度380 450°C，制成生物油。
3、 根据权利要求2所述的用生物质磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制权利要 求l所述的生物油的方法，其特征是釆用磁稳定流化床进行生物质的中温快速热裂解制生 物油，进料率为5-10kg/h，床料细铁砂粉，粒径〈0.2mm。
4、 根据权利要求2所述的用生物质磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制权利要 求l所述的生物油的方法，其特征是所述生物质为秸秆、树叶、木屑和\或有机废弃物。
全文摘要
本发明涉及一种生物油及其用生物质磁稳定流化床反应器中温快速热裂解制生物油的方法，本发明的生物油中按质量百分比含C＞71.1％、H＞7.3％、O＞16.6％、N＜0.1％，油粘度＞10⁶mPa.s，密度＞1.10，pH值＞2.5，含水率＜20％。其方法是利用生物质(秸秆、树叶、木屑、有机废弃物)在磁稳定流化床反应器中中温快速热裂解，经旋风分离器气、固分离，气体冷凝，冷凝液简单加氢、蒸馏处理后得到生物油，产率达75％。生物油中含有丰富的化学品(酚、醛类物质)，有很高的经济价值。本发明采用磁稳定流化床中温快速热裂解工艺制生物油，取代了普通流化床反应器。该技术以生物质为原料，原料易得，价格便宜，工艺简单，有良好的应用和市场前景，并可有效解决环境问题，增加农民收入，符合国家可持续发展战略。
文档编号C10G1/00GK101121895SQ20071014732
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月15日 优先权日2007年8月15日
发明者吉二旺 申请人:内蒙古金骄特种新材料有限公司