[发明专利]一种脱木素预处理液化制备生物油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程与能源领域，特别涉及一种脱木素预处理液化制备生物油的方法。

背景技术

由于化石能源的日趋减少以及化石能源的利用带来了环境污染的加剧，科学家把注意力集中到新能源的开发和可再生能源上。在各种可再生能源中，生物质资源具有可再生性、分布广泛、环境友好等优点，生物质能源转换技术可以高效地利用生物质资源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气燃料，生产电力，生产化学产品，进而受到世界各国的高度重视。

我国生物质资源十分丰富，资源总量不低于30亿t干物质/a，相当于10亿t油当量/a，约为我国目前石油消耗量的3倍。其中大部分生物质产量很大、保存困难、不能及时利用，许多地区就地焚烧，不仅浪费资源，而且导致严重环境污染。如果将这些生物质转化为液体燃料，则相当于每年少增加了数千万t石油当量的能量，从而可以显著提高我国的能源安全并能够有效地减少污染物和温室气体的排放。

目前将生物质转化生物油的方法主要有快速热解液化和高压液化。其中，快速热解液化制备生物油是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术(温从科，乔旭，张进平等，生物质高压液化技术研究进展[J].生物质化学工程，2006，40(1)：32-34)，但该技术对设备要求高，反应条件苛刻，温度为500-600℃、加热速率103-104℃/s、极短的停留时间、快速冷却，产物分布广，虽然液体产量可达70-80％，液体产物中含有大约占15-30％的水。因此，实际热解液化收率50-60％。高压热解液化是以液体溶剂为介质，生物质在相对较低的温度(200-500℃)、较高的压力(＞5MPa)下反应生成大量生物油及少量气体和固体残渣的过程。与热解液化相比，高压液化过程条件相对温和，所得油品氧含量较低(＜18％)热值较高(＞30MJ/Kg)，后续处理过程相对简单。近年来因该过程在液化产品品质方面的优越性而备受关注。

生物质是直接或间接来源于绿色植物的各类有机物总称，包括农作物秸秆、农林产品加工残余废物、速生林、薪炭林、藻类、牲畜粪便、城市生活垃圾和生物质有机工业废水等(朱锡锋，郑冀鲁，郭庆样等，生物质热解油的性质精制与利用[J].中国工程科学，2005，7(9)：84-87)。生物质的主要成分有三种：纤维素、半纤维素和木质素。其中，纤维素是构成微细纤维、组成纤维细胞、导管以及薄壁细胞等细胞的骨架物质，而半纤维素、木质素则是纤维间及微细纤维之间的“粘合剂”、“填充剂”。生物质的这种结构不利于液化溶剂在液化过程中的渗透。半纤维素的热解温度大于180℃，纤维素的热解温度大于230℃，木质素的热解温度最高，大于250℃(Javaid Akhtar，Soo Kim Kuang，NorAishah Saidina Amin.Liquefaction of empty palm fruit bunch(EPFB)in alkaline hot compressed water[J].Renewable Energy，2010(35)：1220-1227)；所以，木质素的存在使液化反应温度较高，不利于降低液化成本。

本发明对生物质进行脱木素预处理后，生物质与未处理原料相比木质素含量低，且生物质内部变得相对疏松，提高了液化溶剂与原料的接触，提高了反应速率，降低了液化反应温度。因此，本发明可单独的作为生物质能源转化的一种工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液化条件温和、生物油产率高的对生物质进行脱木素预处理液化制备生物油的方法。本方法所述生物质选自：植物种子、秸秆、树木、牧草、稻壳、蔗渣、锯末、木屑、海藻、垃圾、畜禽粪便，或它们的混合物。

一种脱木素预处理液化制备生物油的方法，包括以下步骤：

(1)将生物质烘干至含水量为5～15％wt，粉碎至20～80目，与水按质量比1∶5～1∶2混合，加入脱木素试剂，调节pH 2～10，在50～180℃，0～2Mpa下，反应30～120分钟；得到脱木素预处理后的生物质，清洗，烘干；

(2)将脱木素预处理后的生物质与溶剂混合，液化反应制备生物油；液化反应的条件：升温至180℃～450℃，压力为1MPa～20Mpa，保持0min～40min，收集产物即得生物油；脱木素预处理后的生物质与溶剂的质量比为3～50∶45～97。

一种脱木素预处理液化制备生物油的方法，包括以下步骤：

(1)将生物质烘干至含水量为5～15％wt，粉碎至20～80目，与水按质量比1∶5～1∶2混合，加入脱木素试剂，调节pH 2～10，在50～180℃，0～2Mpa下，反应30～120分钟，得到脱木素预处理后的生物质；