專利名稱：螺桿擠壓機在生物質(zhì)制備生物燃油和可燃氣中的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是將螺桿擠壓機用于生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化工藝過程中制備生物燃油(包含汽油、柴油、煤油餾份)和可燃氣方面的用途。
背景技術(shù)：
袁振宏、吳創(chuàng)之等人編著《生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)》一書(第五章第一節(jié)，149～153頁)指出，目前，螺桿擠壓生物質(zhì)的技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)壓縮成型的工藝過程中，未見到應(yīng)用于生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的報道。而生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制備液體燃料及可燃氣的裝置，在袁振宏、吳創(chuàng)之等人編著《生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)》一書(第八章第二節(jié)，296～299頁)中有較為詳細的介紹主要有氣流床裂解裝置、快速流化床裂解裝置、真空裂解裝置、漩渦燒蝕裂解裝置、旋轉(zhuǎn)錐裂解反應(yīng)裝置、噴動床裂解裝置等。以上反應(yīng)器一般結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，操作工藝繁瑣，裝置體積較大；另外，(《太陽能學(xué)報》，第23卷 第1期，2002年2月，王樹榮等，生物質(zhì)閃速熱裂解制取生物油的實驗研究)通過以上反應(yīng)裝置所得到的生物油含有較多的含氧化合物(醛，酮，酸，酯等)，因此含氧量較高，熱值較低。如通過氣流床裂解器裂解生物質(zhì)所得的液體產(chǎn)物油的熱值僅24.57MJ/h。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化過程中，反應(yīng)裝置體積較大，耗載氣，以及所產(chǎn)生物燃油熱值低，含氧量高等的不足，從而提供將螺桿擠壓機應(yīng)用于生物質(zhì)制備生物燃油和可燃氣中，將螺桿推進(擠壓)技術(shù)與生物質(zhì)的低溫?zé)徂D(zhuǎn)化技術(shù)結(jié)合起來制備生物燃油及可燃氣。
本發(fā)明的螺桿擠壓機在生物質(zhì)制備生物燃油和可燃氣中的用途，是采用螺桿擠壓機，對生物質(zhì)原料進行壓縮推進，通過調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速，來控制生物質(zhì)原料在加熱區(qū)域的停留時間，避免生物質(zhì)原料反應(yīng)不完全或者反應(yīng)過度，進而得到低含氧量，高熱值的生物燃油和可燃氣。
本發(fā)明是通過如下措施來實現(xiàn)的將含有8～10％水的生物質(zhì)原料從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入螺桿擠壓機內(nèi)(擠壓機反應(yīng)段及預(yù)反應(yīng)段配有升溫、保溫裝置)，反應(yīng)溫度在250～680℃，升溫速率10～30℃/min，在反應(yīng)溫度下生物質(zhì)原料停留時間約為1分鐘～3小時；同時收集反應(yīng)溫度下所產(chǎn)生的氣體(包括可燃氣和生物燃油)和固體，直接將氣體和固體分離；氣體再通過冷凝裝置(低于50℃)分離出生物燃油及可燃氣。可燃氣的產(chǎn)量約占原料的50～70％，生物燃油的產(chǎn)量約占原料的10～20％，生物燃油的熱值是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。
所述的生物燃油組分包含汽油、柴油、煤油餾份。
所述的可燃氣組分包含H2、CO、CH4。
本發(fā)明所述的生物質(zhì)原料是農(nóng)作物秸稈、草本植物、木本植物等或它們的任意混合物。為了獲得更高的生物燃油及可燃氣的產(chǎn)量，可將農(nóng)作物秸稈、草本植物或木本植物等生物質(zhì)原料粉碎長度小于30mm。
所述的農(nóng)作物秸稈選自稻草、麥草、玉米秸稈、大豆秸稈、棉花秸稈、紅薯秧等中的一種或一種以上的混合物；所述的草本植物選自蘆葦、荻葦、芒桿、竹子、草坪的草屑等中的一種或一種以上的混合物；所述的木本植物包括樹木的落葉、木屑等或它們的任意混合物。
本發(fā)明將螺桿擠壓機用于制備生物燃油和可燃氣，此反應(yīng)裝置不需要載氣，因此大大減小裝置容積，且制備得到的生物燃油的含氧量低，熱值高。
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。


圖1.本發(fā)明實施例1所得到的生物燃油樣品與市售汽油、柴油、煤油混樣的色譜分析圖。
具體實施方案實施例1.
將粉碎稻草原料(0.5～0.8mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶3)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過單螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制反應(yīng)溫度在270℃，稻草停留時間為20min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的55％。生物燃油約19％，熱值約39.8MJ/kg，氧含量＜6％。
從附圖中可以看出所得到的生物燃油的色譜峰與市售汽油、柴油、煤油混合樣的色譜峰基本重疊。通過質(zhì)譜峰分析的結(jié)果，所得到的生物燃油的主要成份是(1)碳氫化合物主要有癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷、二十烷、二十一烷、二十二烷、甲基環(huán)己烷、丙基環(huán)戊烷、環(huán)戊烷、1，2，3-三甲基-環(huán)戊烯、2-乙基-3-甲基環(huán)戊烯、甲苯、乙基苯、1，3-二甲基苯、二甲苯、1-乙基-4-甲基苯、1，2，4-三甲基苯、2-乙基苯、1-乙基-2、3-二甲基苯、2-丁烯基苯、3甲基-2丁基苯、1，4，6-三甲基萘等。
(2)含氧化合物主要有2-甲基苯酚、4-甲基苯酚、2，5-二甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚、3-乙基苯酚、4-乙基苯酚等。
從而證明利用螺桿擠壓機的方法所得到的生物燃油是以汽油、柴油、煤油餾份為主。
實施例2.
將粉碎玉米稈原料(1.0～1.5mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶5)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過單螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在320℃，停留時間為60min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的52％，生物燃油約15％，熱值約40MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例3.
將粉碎的大豆秸稈(10～15mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶4)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過雙螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在350℃，停留時間為30min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的65％，生物燃油約17％，熱值約38.5MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例4.
將粉碎的稻草原料(5.5～10mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶8)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過單螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在420℃，停留時間為90min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的50％，生物燃油約16％，熱值約42MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例5.
將粉碎紅薯秧(18～25mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶15)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過雙螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在480℃，停留時間為150min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的40％，生物燃油約14％，熱值約38MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例6.
將粉碎麥草原料(10～20mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶6)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過雙螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在550℃，停留時間為60min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的50％，生物燃油約16.7％，熱值約40MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例7.
將木屑(2.8～10mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶10)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過雙螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在650℃，停留時間為150min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的60％，生物燃油約17.2％，熱值約38MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例8.
將粉碎的樹木落葉(8.8～18mm)與適量水混合均勻進料(重量比10∶12)，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過單螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在420℃，停留時間為30min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的60％，生物燃油約17.2％，熱值約38MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例9.
35g蘆葦粉碎(1.8～10mm)與40ml水混合均勻，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過單螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在420℃，停留時間為1小時。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的55％，生物燃油的產(chǎn)量約為18％。熱值為37.2MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例10.
40g草坪的草屑粉碎(2.0～10mm)與28ml水混合均勻，從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入，通過單螺桿擠出機推進，升溫速率10～30℃/min，控制溫度在450℃，停留時間為30min。將得到的氣體和固體分離；氣體經(jīng)冷凝器冷凝后，得到可燃氣的產(chǎn)量約占原料的62％，生物燃油的產(chǎn)量約為18％。熱值為39.1MJ/kg，氧含量＜6％。
權(quán)利要求
1.一種螺桿擠壓機在生物質(zhì)制備生物燃油和可燃氣中的用途，其特征是采用螺桿擠壓機，對含水的生物質(zhì)原料進行壓縮推進，通過調(diào)節(jié)生物質(zhì)原料在螺桿擠壓機加熱區(qū)域的停留時間，進而得到低含氧量，高熱值的生物燃油和可燃氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用途，其特征是所述的利用螺桿擠壓機制備生物燃油和可燃氣是將含有8～10％水的生物質(zhì)原料從螺桿擠壓機的料斗連續(xù)加入螺桿擠壓機內(nèi)，反應(yīng)溫度在250～680℃，在反應(yīng)溫度下生物質(zhì)原料停留時間為1分鐘～3小時；同時收集反應(yīng)溫度下所產(chǎn)生的氣體和固體，直接將氣體和固體分離；氣體再通過冷凝裝置分離出生物燃油及可燃氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用途，其特征是所述的生物燃油的熱值是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用途，其特征是所述的生物燃油組分包含汽油、柴油、煤油餾份。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用途，其特征是所述的生物燃油組分包含汽油、柴油、煤油餾份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用途，其特征是所述的可燃氣組分包含H2、CO、CH4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用途，其特征是所述的生物質(zhì)原料是農(nóng)作物秸稈、草本植物、木本植物或它們的任意混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特征是所述的農(nóng)作物秸稈、草本植物、木本植物的長度小于30mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特征是所述的農(nóng)作物秸稈選自稻草、麥草、玉米秸稈、大豆秸稈、棉花秸稈、紅薯秧中的一種或一種以上的混合物；所述的草本植物選自蘆葦、荻葦、芒桿、竹子、草坪的草屑中的一種或一種以上的混合物；所述的木本植物選自樹木的落葉、木屑或它們的任意混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用途，其特征是所述的農(nóng)作物秸稈選自稻草、麥草、玉米秸稈、大豆秸稈、棉花秸稈、紅薯秧中的一種或一種以上的混合物；所述的草本植物選自蘆葦、荻葦、芒桿、竹子、草坪的草屑中的一種或一種以上的混合物；所述的木本植物選自樹木的落葉、木屑或它們的任意混合物。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物質(zhì)綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是將螺桿擠壓機用于生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化工藝過程中制備生物燃油(包含汽油、柴油、煤油餾份)和可燃氣方面的用途。采用螺桿擠壓機，對含水的生物質(zhì)原料進行壓縮推進，通過調(diào)節(jié)生物質(zhì)原料在螺桿擠壓機加熱區(qū)域的停留時間，進而得到低含氧量，高熱值的生物燃油和可燃氣?？扇細獾漠a(chǎn)量約占原料的50～70％，生物燃油的產(chǎn)量約占原料的10～20％，所獲得的生物燃油的熱值約是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。
文檔編號C10G1/00GK101045873SQ20061001158
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者楊正宇, 郭仕鵬, 王超, 李玲 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所