[发明专利]高质生物油的高产率生产方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及将粒状固体生物质材料以高产率转化为高质生物油的 方法，更具体地涉及使固体生物质材料至少部分脱矿物质，从而提高生物 质材料可及性的预处理方法。

2.相关技术描述

将生物质材料转化为液体反应产物的方法是已知的。一般认为，闪速热解 能提供高产率的液体热解产物。

闪速热解所得产物的质量通常较差，这从此类产物中较高的含氧量和总酸值可 以看出。由于含氧量高，热解油不能自发地分成水相和油相。此外，由于酸含量高， 产物具有强腐蚀性，需要在特种合金制造的设备中贮存和处理。

一般认为，固体生物质材料中存在的矿物质影响热解转化反应产物的产 率。学术论文已经表明，从固体生物质材料除去矿物质会提高液体产率，但焦 炭产率和气体产率会下降。

文献中用来从固体生物质除去矿物质的方法不适合在经济规模上操作。例 如，有人提出用HCl和硫酸作为从生物质材料提取矿物质的溶剂。使用这些无 机酸导致工艺花费高，需要繁重的回收过程。此外，使用强酸造成半纤维素水 解，从而使进料中有价值的碳流失。

也有人提议用氢氧化钠。但是，已经知道碱性溶液会溶解木质素。事实上， 在克拉夫特(Kraft)方法中就是使用碱性溶液从造纸纤维素纤维中除去木质素。 因此，使用氢氧化钠也会导致进料中有价值的碳明显流失。

因此，特别需要一种固体生物质材料矿物化的方法，该方法采用易得的低 成本溶剂，不会带来生物质进料中碳的不必要损失。

发明概述

本发明通过提供将粒状固体生物质材料转化为高质生物油的高产率方 法解决了这些问题，所述方法包括预处理步骤和热解步骤，所述预处理步 骤包括(i)使固体生物质至少部分脱矿物质；以及/或者(ii)通过打开生物质颗 粒的织构提高固体生物质的可及性。

另一方面，本发明包括生产总酸值低于30的生物油的方法。

附图简要说明

图1是本发明方法的第一实施方式的示意图。

图2是本发明方法的第二实施方式的示意图。

图3是本发明方法的一个实施方式的流程图，特别适合转化具有低矿物质 含量的生物质。

图4是本发明方法的一个实施方式的流程图，特别适合转化具有高矿物质 含量的生物质。

发明详述

一般认为，生物质材料中天然存在的矿物质可在生物质热解反应中起催化 作用。钾是许多类型的固体生物质中主要的矿物质之一，据信它能提高炭的产 率，而使液体产率下降。实验室规模的实验证实，从生物质进料中彻底除去矿 物质能提高液体产率，而降低炭的产率。

然而，从经济角度考虑，在热解之前从生物质进料中彻底脱矿物质是不现 实的。本发明的一个重要方面是发现部分脱矿物质就足以使液体产率获得所需 改进，而且这可利用生物质转化厂易得的廉价抽提溶剂实现。

自生物质进料除去矿物质会降低生物质进料在热解反应中的活性。为弥补 这种活性损失，可通过打开生物质颗粒的织构，提高固体生物质材料的可及性。

因此，本发明涉及一种将粒状固体生物质材料转化为高质生物油的高产率 方法，所述方法包括预处理步骤和热解步骤，所述预处理步骤包括(i)使固体生 物质至少部分脱矿物质；以及/或者(ii)通过打开生物质颗粒的织构提高固体 生物质的可及性。

合适的固体生物质材料是包含纤维素的材料。特别优选的生物质材料是木 质纤维素材料，因为这样的材料成本低。木质纤维素材料一般不适合人食用， 因此将其用作生产生物油的进料不影响粮食供应。

脱矿物质步骤的一个合适的例子包括使粒状固体生物质材料接触溶剂，从 而将固体生物质材料中存在的至少一部分矿物质溶解；还包括至少部分除去溶 剂。

用于脱矿物质步骤的优选溶剂是水性溶剂，因为它成本低，易处理。水是 合适的水性溶剂的一个例子。若采用水，它优选具有较低的矿物质含量，以提 高其脱矿物质的性质。