一种微波热裂解生物质制备生物油的方法与流程

本发明涉及生物质制备生物油技术领域，尤指一种微波热裂解生物质制备生物油的方法。

背景技术：

生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量。这些植物以生物质作为媒介储存太阳能。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。通过热解转化技术将可再生的生物质资源转化为洁净的生物油以实现部分替代石油燃料，不仅可使我们摆脱对有限石油资源的过分依赖，而且能够大幅度减少污染物和温室气体的排放，改善环境，保护生态。生物油是一种水分和复杂含氧有机物的混合物，即纤维素、半纤维素和木质素的各种降解物所组成的一种混合物。其初步市场定位是替代重油、柴油和煤焦油等。

现有的生物质热解技术普遍存在转化率低，生物油产率不高，工艺条件苛刻，设备复杂，生产成本高等不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微波热裂解生物质制备生物油的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，该方法包括下述的步骤：

(1).生物质物料预处理：

1).将生物质物料剪切至4cm～6cm小段、清洗其杂质和污物、晾干，

2).将生物质物料小段粉碎成粉末颗粒；

3).将粉末颗粒进行球磨，球磨后的生物质物料过140目筛或170目筛；干燥箱中对过筛后生物质物料进行60-70℃的干燥后，得到预处理的生物质粉料；

4).取一定量的离子液体溶解于蒸馏水中，在溶液中再加入经过预处理的生物质粉料，搅拌均匀后，再加入催化剂，浸渍3小时，将浸渍的生物质粉料在干燥箱中进行60-70℃的烘干至恒重，得生物质浸渍粉；

(2).生物油的制取：

1).向微波热解发生器通入氮气保护，将生物质浸渍粉通过螺旋给料机送至微波裂解发生器，微波高温炉对微波裂解发生器进行微波加温，生物质浸渍粉吸收微波后温度上升，上升至生物质产油的最佳温度300-475℃，在微波裂解发生器中进行裂解反应30～40分钟。

2).生物质浸渍粉的裂解蒸汽经过旋风分离器分离出挥发分中的固体颗粒并经过炭过滤器过滤后置于集炭箱中，过滤后的挥发分进入喷淋塔，进行喷淋冷凝，喷淋冷凝后的混合物进入油液分离器进行分离，分离后的下层生物油储存于储油罐中，喷淋塔内的尾气经过间壁冷凝器冷凝后，进行尾气收集。

所述的离子液体选自咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵类离子液体、季磷类离子液体、吡咯烷类离子液体、哌啶类离子液体中的一种或多种，其质量是生物质粉料质量的20～40％；

所述的催化剂选自乙酸钾、氯化镁、磷酸氢二钠、氯化钙中的一种或多种，其质量是生物质粉料质量的2～10％。

本发明的工作原理是：生物质物料细小化预处理是为了裂解反应进行的彻底，去除水分是因为水对微波的吸收能力远远大于生物质和离子液体；生物质粉料经过浸渍，离子液体均匀地附着在生物质粉料表面，离子液体对微波有着极强的吸收能力，迅速地将热能传递给被包裹的生物质粉料，使生物质粉料内部快速升温，在催化剂的作用下发生裂解反应；离子液体可以部分回收循环利用；喷淋塔对过滤后的挥发份进行快速降温，防止挥发份进行二次裂解，增加生物油的生成量。

本发明的有益效果是：本发明的生物质粉料裂解程度高，防止挥发份二次裂解，提高生物油的生成量，可以实现生物质的资源化利用，减少污染物排放，具有过程操作简单、安全经济的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步描述。

附图1为本发明的生物质油制取工艺流程示意图；

附图2为实施例1～3生物油的化学族分布图。

图中：1、螺旋给料机，2、微波高温炉，21、微波裂解发生器，3、氮气瓶，4、第一流量计，5、风机，6、旋风分离器，7、集炭箱，8、炭过滤器，9、喷淋塔，10、第二流量计，11、泵，12、油液分离器，13、储油罐，14、间壁冷凝器。

具体实施方式

实施例1

一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，该方法包括下述的步骤：

(1).稻草生物质物料预处理：

1).将500克稻草剪切至4cm～6cm小段、清洗其杂质和污物、晾干，

2).将稻草小段粉碎成粉末颗粒；

3).将稻草粉末颗粒进行球磨，球磨后的稻草物料过140目筛或170目筛；干燥箱中对过筛后稻草物料进行60-70℃的干燥后，得到预处理的稻草粉料；

4).取一定量的离子液体溶解于蒸馏水中，在溶液中再加入经过预处理的预处理的稻草粉料，搅拌均匀后，再加入催化剂，浸渍3小时，将浸渍的稻草粉料在干燥箱中进行60～70℃的烘干至恒重，得稻草浸渍粉；

(2).生物油的制取：

1).氮气瓶3中的氮气经第一流量计4由风机5通入到微波裂解发生器21，将稻草浸渍粉通过螺旋给料机1送至微波裂解发生器21，微波高温炉2对微波裂解发生器21进行微波加温，稻草浸渍粉吸收微波后温度上升，上升至生物质产油的最佳温度310～330℃，在微波裂解发生器21中进行裂解反应30～40分钟。

2).微波裂解发生器21中的稻草浸渍粉裂解蒸汽经过经过旋风分离器6分离挥发分中的固体颗粒置于集炭箱7中，经过炭过滤器8过滤后的挥发分进入喷淋塔9，冷却水经第二流量计10由泵11送入到喷淋塔9进行喷淋冷凝，喷淋冷凝后的混合物进入油液分离器12进行分离，分离后的下层生物油储存于储油罐13中，喷淋塔内的尾气经过间壁冷凝器14冷凝后，进行尾气收集。

其中，所述的离子液体选用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，其质量是生物质粉料质量的39％；所述的催化剂是乙酸钾，其质量是生物质粉料质量的3％。

称量制得的生物油为216.1克，收率为43.2％。

实施例2

一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，该方法包括下述的步骤：

(1).毛竹片生物质物料预处理：

1).将700克废毛竹片剪切至4cm～6cm小段、清洗其杂质和污物、晾干，

2).将废毛竹片粉碎成粉末颗粒；

3).将毛竹片粉末颗粒进行球磨，球磨后的花生壳物料过140目筛或170目筛；干燥箱中对过筛后毛竹片物料进行60～70℃的干燥后，得到预处理的毛竹片粉料；

4).取一定量的离子液体溶解于蒸馏水中，在溶液中再加入经过预处理的预处理的毛竹片粉料，搅拌均匀后，再加入催化剂，浸渍3小时，将浸渍的毛竹片粉料在干燥箱中进行60～70℃的烘干至恒重，得毛竹片浸渍粉；

(2).生物油的制取：

1).氮气瓶3中的氮气经第一流量计4由风机5通入到微波裂解发生器21，将毛竹片浸渍粉通过螺旋给料机1送至微波裂解发生器21，微波高温炉2对微波裂解发生器21进行微波加温，毛竹片浸渍粉吸收微波后温度上升，上升至生物质产油的最佳温度325～355℃，在微波裂解发生器21中进行裂解反应30～40分钟。

2).微波裂解发生器21中的花生壳浸渍粉裂解蒸汽经过旋风分离器6分离挥发分中的固体颗粒置于集炭箱7中，经过炭过滤器8过滤后的挥发分进入喷淋塔9，冷却水经第二流量计10由泵11送入到喷淋塔9进行喷淋冷凝，喷淋冷凝后的混合物进入油液分离器12进行分离，分离后的下层生物油储存于储油罐13中，喷淋塔内的尾气经过间壁冷凝器14冷凝后，进行尾气收集。

其中，所述的离子液体选自n-己基吡啶四氟硼酸盐，其质量是生物质粉料质量的30％；所述的催化剂选用磷酸氢二钠，其质量是生物质粉料质量的6％。

称量制得的生物油为373.2克，收率为53.3％。

实施例3

一种微波热裂解生物质制备生物油的方法，该方法包括下述的步骤：

(1).松木屑生物质物料预处理：

1).将600克松木屑剪切至4cm～6cm小段、清洗其杂质和污物、晾干，

2).将松木屑小段粉碎成粉末颗粒；

3).将松木屑粉末颗粒进行球磨，球磨后的松木屑物料过140目筛或170目筛；干燥箱中对过筛后松木屑物料进行60～70℃的干燥后，得到预处理的松木屑粉料；

4).取一定量的离子液体溶解于蒸馏水中，在溶液中再加入经过预处理的预处理的松木屑粉料，搅拌均匀后，再加入催化剂，浸渍3小时，将浸渍的松木屑粉料在干燥箱中进行60～70℃的烘干至恒重，得松木屑浸渍粉；

(2).生物油的制取：

1).氮气瓶3中的氮气经第一流量计4由风机5通入到微波裂解发生器21，将松木屑浸渍粉通过螺旋给料机1送至微波裂解发生器21，微波高温炉2对微波裂解发生器21进行微波加温，松木屑浸渍粉吸收微波后温度上升，上升至生物质产油的最佳温度465～475℃，在微波裂解发生器21中进行裂解反应30～40分钟。

2).波裂解发生器21中的松木屑浸渍粉裂解蒸汽经过旋风分离器6分离出挥发分中的固体颗粒置于集炭箱7中，挥发分经过炭过滤器8过滤后进入喷淋塔9，冷却水经第二流量计10由泵11送入到喷淋塔9进行喷淋冷凝，喷淋冷凝后的混合物进入油液分离器12进行分离，分离后的下层生物油储存于储油罐13中，喷淋塔内的尾气经过间壁冷凝器14冷凝后，进行尾气收集。

其中，所述的离子液体选用三丁基甲基氯化铵，其质量是生物质粉料质量的21％；所述的催化剂选用氯化钙，其质量是生物质粉料质量的9％。

称量制得的生物油为305.2克，收率为50.9％。

生物油组分分析：

对实施例1～3制得的生物油进行层析检测：用正己烷分别萃取实施例1～3制得的生物油，采用层析方法将正己烷萃取液进行组分切分，以硅胶和氧化铝为吸附材料，利用生物油中不同类型的有机物质与吸附剂之间吸附性能及各种淋洗液极性的不同，依次利用正己烷、三氯甲烷、甲醇作为淋洗液萃取生物油分离出饱和烃、芳香烃和极性物组分，极性物组分可采用gc–ms定性，采用积峰面积法进行定量分析，附图2为实施例1～3生物油的化学族分布图。

可以发现：不同生物质物料微波热裂解后的生物油在化学族类的分别上基本相同，几乎均为含氧有机物，主要含有酸、酮、醇、醛、酚、糖等含量较多的组分，另外还包括少量含氧的酯、呋喃及不含氧的烃类，在具体的化合物方面：醋酸、糠醛和1-羟基-2-丙酮、酚类、左旋葡聚糖在生物油中所占比例较大。

以上所述，实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明技术的精神的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。