[发明专利]利用生物质原料制取液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用生物质原料制取液体燃料的方法，特别涉及一种利用生物质原料秸秆进行综合转化后制取乙醇、柴油、汽油、煤油和石蜡等液体燃料的新方法，属于可再生能源领域。

背景技术

乙醇被广泛应用于饮料、化工和燃料等方面。目前，利用生物质原料如甘蔗汁和玉米淀粉生产燃料乙醇的技术已经较成熟了，但是其生物质原料花费占生产成本的40％以上，所以，人们对以木素纤维素为主要原料生产燃料乙醇的研究产生了极大的兴趣。这种天然、廉价和丰富的聚合体是农业废物—麦杆、玉米秸杆、大豆残余物、甘蔗渣等；工业废物—纸浆和造纸工业、森林残余物、城市固体废物等。虽然，由淀粉类生物质原料制取燃料乙醇是相对比较成熟的工艺，但是由于淀粉类生物质资源的有限性，目前世界各国都在寻找从木质生物质中提取燃料乙醇的工艺。在国外，以纤维素为原料生产乙醇的技术正逐步走向成熟的阶段。但与其他国家相比，我国燃料乙醇的生产起步较晚，是在近几年来才受到政府高度重视，近年来，利用秸秆生产燃料乙醇的工艺技术也取得了突破性进展。

由于石油等矿石能源的日益短缺，以及价格的日益飞涨，因而当今世界正处于由矿石能源向可再生能源转换的过渡时期，可再生能源替代矿石能源已经成为世界发展的必然趋势，因此，可再生能源的优势也日益显现。目前，许多国家都积极发展可再生能源产业，以降低对石油等矿石能源的依赖。在诸多的可再生能源中，生物质能源以可再生，清洁化，易于固定化，且分布广，成本低等优点占据着重要的地位。而且生物质能源是人类利用最早的能源之一，至今在我国广大农村仍然大量使用。但是传统的直接燃烧的方式不仅是资源的浪费，而且还对环境造成一定的污染。因此，开发生物质能源的新技术，将其转化为优质燃料，不仅能节省能源消耗，改善生态环境，而且还可以促进农业的工业化进程。由于我国是农业大国，单就农作物秸秆而言，年产量高达7亿多吨，但目前，如此巨大的秸秆资源非但没有得到有效利用，反而由于就地焚烧已成为我国一大社会公害。所以对生物质能源的开发和利用无疑对我国农业生产具有重大意义。

利用秸秆生产燃料乙醇的工艺技术中，秸秆的预处理也是关键的一步，现有工艺技术中秸秆预处理采用的方法较多，常用的有硫酸法预处理和生物法预处理，硫酸法预处理是：将粉碎后的秸秆，按一定的固液比加入1.5％的硫酸，搅拌均匀，于100℃处理一定时间，再抽滤，收集滤液，残渣用水洗至中性，这种预处理虽然效果较好，但环境污染严重。其次，生物法预处理是：在秸秆中加入降解木质素的真菌如木腐菌，通常是白腐菌、褐腐菌和软腐菌等等，此法环境污染虽然较轻，但所用的处理时间长，而且白腐菌除分解木质素外，还产生分解纤维素和半纤维素的纤维素酶和半纤维素酶，处理的同时也造成纤维素、半纤维素的损失。

其次，秸秆生产燃料乙醇的工艺中，乙醇发酵后其残余物的处理也是一个很重要的问题。目前常用的技术有费托(Franz Fischer和Hans Tropsch)合成技术，1920德国科学家费托发明了该合成工艺技术，经过多年的发展，该工艺技术现已广泛应用于许多领域。

费托(Fischer-Tropsch)合成工艺的反应方程如下：

(2n+1)H₂+nCO→C_nH_(2n+2)+nH₂O

其中一氧化碳和氢气可以通过煤炭，天然气和生物质的部分燃烧来制成，反应方程如下：

C_nH_(2n+2)+nO₂→(n+1)H₂+nCO

如果是天然气，反应如下：

CH₄+O₂→2H₂+CO

如果是煤炭或生物质，则通过裂解，反应如下：

C+H₂O→H₂+CO

反应过程所需要的热量通过煤炭或生物质的部分氧化放出的热量，反应如下：

C+O₂→CO

一氧化碳和氢气的混合物则通过费托(Fischer-Tropsch)合成技术来制成合成燃料，该工艺流程方框图如下：