專利名稱：由半干生物質(zhì)制備生物燃油及可燃氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于生物質(zhì)綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及由半干生物質(zhì)制備生物燃油及可燃氣的方法；采用半干法在較低溫度下對生物質(zhì)(無額外氣化介質(zhì)或預(yù)熱氣體的條件下)進行熱轉(zhuǎn)化，直接將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物燃油(汽油、柴油、煤油餾份為主)及可燃氣。
背景技術(shù)：
張姝玉，王述洋等在《林業(yè)機械與木工設(shè)備》(第33卷2005年第6期)“生物燃油的特性及應(yīng)用”一文中披露了采用生物質(zhì)快速熱解的方法制備生物燃油，他們所制備的生物燃油“含濕量(含水量)為15～30％，熱值為16～19MJ/kg?！绷硗猓鯓錁s等在《太陽能學報》(2002年第23卷第1期)“生物質(zhì)閃速熱裂解制取生物油的試驗研究”中披露了利用熱裂解技術(shù)所得到的生物油；劉傳武等在《河南化工》“植物油制備生物柴油”一文中披露了從植物油中提取制備生物柴油；上述文獻都屬于生物燃油的范疇。齊國利等在《節(jié)能技術(shù)》(2004年10月第22卷第5期p17～19)“生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)的現(xiàn)狀、應(yīng)用和前景”一文中指出了，“常溫氣化的相對溫度較低(低于600℃)，但氣化效率及燃氣熱值低，燃料利用范圍小，灰渣難處理及形成焦油苯酚的缺點。而高溫氣化雖然克服了低溫氣化技術(shù)的諸多缺點，但需要對空氣進行預(yù)熱，溫度達1000℃，對反應(yīng)溫度的要求也很高”。A.Demirbas在《Energyconversion & Management》(2000年41期633～646頁)“Mechanisms ofliquefaction and pyrolysis reactions of biomass”一文中指出，“液化溫度及熱解溫度分別為252～327℃和337～527℃，反應(yīng)溫度相對較低”。徐保江等在《農(nóng)業(yè)工程學報》(1999年9月第15卷第3期p177～181)“生物質(zhì)熱解液化生物質(zhì)油的試驗研究”一文中指出，“生物質(zhì)液化熱解通常生成氣體、液體、固體3種燃料產(chǎn)品，但所產(chǎn)的液體產(chǎn)物中含酮、酸、脂等含氧類化合物”。綜上所述，生物質(zhì)制備生物燃油及可燃氣的主要技術(shù)有生物質(zhì)的氣化，液化和熱解技術(shù)。生物質(zhì)的氣化技術(shù)主要是應(yīng)用于制備可燃氣的領(lǐng)域中，在氣化介質(zhì)如空氣，氧氣，水蒸氣，氫氣等存在的條件下，在常溫或高溫下進行氣化反應(yīng)，基本沒有可利用的液體產(chǎn)物，主要是氣體產(chǎn)物。生物質(zhì)液化和熱解技術(shù)在生物質(zhì)的熱轉(zhuǎn)化制備生物燃油及可燃氣過程中有廣泛的應(yīng)用。生物質(zhì)液化一般是濕生物質(zhì)或生物質(zhì)溶于水(濕法)，在相對較低的溫度下進行轉(zhuǎn)化制備液體燃料。生物質(zhì)熱解與液化技術(shù)的反應(yīng)條件差別不大，常常聯(lián)合使用，在歐美等發(fā)達國家已有常規(guī)、快速、閃速、真空等幾種熱解技術(shù)。但是無論是液化、熱解，還是液化-熱解聯(lián)用技術(shù)，所得到的液體燃料都含有較多的含氧化合物，熱值較低。由于含氧量較高，熱值較低，仍需要進一步的進行脫氧處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中操作復(fù)雜，反應(yīng)溫度條件高，反應(yīng)過程中需額外通入大量氣化介質(zhì)或預(yù)熱氣體，液體產(chǎn)物含濕量大，熱值低，含氧量高等的不足，提供一種由半干生物質(zhì)制備生物燃油及可燃氣的方法。
本發(fā)明的方法采用少量水作介質(zhì)，在較低溫度下(300～600℃)直接將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成具有較高熱值(熱值是30～46MJ/kg)，低氧含量(＜6％)的生物燃油(組分包含汽油、柴油、煤油餾份)及可燃氣?？扇細獾闹饕煞质荋2、CH4、CO等。
本發(fā)明由半干生物質(zhì)制備生物燃油及可燃氣的方法向經(jīng)過粉碎、篩選的生物質(zhì)原料中加入少量水，水與生物質(zhì)原料的重量比是0.1～1.5，混合均勻后加入到密閉的反應(yīng)釜或反應(yīng)器中，對反應(yīng)釜或反應(yīng)器進行加熱，在反應(yīng)過程中無額外氣化介質(zhì)或預(yù)熱氣體補充的條件下，升溫速率2～60℃/min，反應(yīng)溫度在300～600℃之間，收集所產(chǎn)生的氣體，該氣體為可燃氣，可燃氣的產(chǎn)量約為40～70％；對剩余的渣滓進行常壓蒸餾處理，收集60～450℃的餾分，得到生物燃油，其產(chǎn)量達10～20％。
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)明的優(yōu)越性主要是通過簡單的工藝流程，以少量水作為介質(zhì)，而不需要加入高溫預(yù)熱氣體(包括高溫水蒸氣介質(zhì))，在相對較低的溫度條件下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成與石油性質(zhì)和組分(以汽油、柴油、煤油等餾份為主)極其類似的液體生物燃油及可燃氣。
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。
具體實施例方式
實施例1.
5g稻草粉(0.5～0.8mm)與1ml水混合均勻，壓實入10ml微型密閉反應(yīng)釜中，以25□/min的升溫速率升溫至320□，保持1小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至350□得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的60％，生物燃油的產(chǎn)量為15％，熱值為41.26MJ/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。
從而證明此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.
5g玉米稈粉碎成粉(1.0～1.5mm)與4ml水混合均勻，壓實入10ml密閉的反應(yīng)釜中，以10℃/min的升溫速率升溫至400℃，保持1.5小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至420℃，得到生物燃油液體。可燃氣產(chǎn)量占原料的55％，生物燃油的產(chǎn)量約為13％，熱值為38.9MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例3.
5g大豆秸稈粉碎成粉(10～15mm)與3ml水混合均勻，壓實入10ml密閉的反應(yīng)釜中，以40℃/min的升溫速率升溫至380℃，保持2小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至400℃時得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的65％，生物燃油的產(chǎn)量約為18％，熱值為39.8MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例4.
40g稻草粉(5.5～10mm)與28ml水混合均勻，壓實入100ml密閉的反應(yīng)釜中，以10℃/min的升溫速率升溫至400℃，保持1.5小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至400℃得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的68％，生物燃油的產(chǎn)量約為20％。熱值為40.1MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例5.
30g紅薯秧粉碎后(18～25mm)與22ml水混合均勻，壓實入100ml密閉的反應(yīng)釜中，以7℃/min的升溫速率升溫至400℃，保持1.5小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至450℃，得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的58％，生物燃油的產(chǎn)量約為16％。熱值為39.2MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例6.
20g麥草粉(10～20mm)與10ml水混合均勻，壓實入50ml密閉的反應(yīng)釜中，以15℃/min的升溫速率升溫至420℃，保持1.5小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至390℃得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的60％，生物燃油的產(chǎn)量約為15％。熱值為40.1MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例7.
30g木屑(2.8～10mm)與15ml水混合均勻，壓實入100ml密閉的反應(yīng)釜中，以30℃/min的升溫速率升溫至450℃，保持1.5小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至400℃，得到生物燃油液體。可燃氣產(chǎn)量占原料的57％，生物燃油的產(chǎn)量約為15％。熱值為37.8MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例8.
40g樹木落葉粉碎(2.8～10mm)與30ml水混合均勻，壓實入100ml密閉的反應(yīng)釜中，以5℃/min的升溫速率升溫至420℃，保持1小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至450℃，得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的56％，生物燃油的產(chǎn)量約為19％。熱值為38.8MJ/kg，氧含量＜6％。
實施例9.
35g蘆葦粉碎(1.8～10mm)與40ml水混合均勻，壓實入100ml密閉的反應(yīng)釜中，以7℃/min的升溫速率升溫至380℃，保持1小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至420℃，得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的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，壓實入100ml密閉的反應(yīng)釜中，以20℃/min的升溫速率升溫至500℃，保持1小時，收集所產(chǎn)生的可燃氣，結(jié)束反應(yīng)。待反應(yīng)冷卻，將渣滓進行常壓蒸餾，溫度升至450℃，得到生物燃油液體?？扇細猱a(chǎn)量占原料的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
1.一種由半干生物質(zhì)制備生物燃油及可燃氣的方法，其特征是向生物質(zhì)原料中加入水，其中水與生物質(zhì)原料的重量比是0.1～1.5，混合均勻后加入到密閉的反應(yīng)釜或反應(yīng)器中，對反應(yīng)釜或反應(yīng)器進行加熱，在反應(yīng)過程中無額外氣化介質(zhì)或預(yù)熱氣體補充的條件下，升溫速率2～60℃/min，反應(yīng)溫度在300～600℃之間，收集所產(chǎn)生的可燃氣；對剩余的渣滓進行常壓蒸餾處理，收集60～450℃的餾份，得到生物燃油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征是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。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征是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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的生物燃油的熱值是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征是所述的生物燃油組分包含汽油、柴油、煤油餾份。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的可燃氣組分包含H2、CO、CH4。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于生物質(zhì)綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及由半干生物質(zhì)制備生物燃油及可燃氣的方法；采用半干法(少量水作介質(zhì))在較低溫度(300～600℃)下對生物質(zhì)進行熱轉(zhuǎn)化，在反應(yīng)過程中不需要額外通入氣化介質(zhì)或預(yù)熱氣體，直接將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物燃油(汽油、柴油、煤油餾份為主)及可燃氣；所獲得的生物燃油的熱值約是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。
文檔編號C10G1/00GK101045875SQ20061001158
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, 王超, 都占魁, 李金花 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所