[发明专利]生物质热解液化制备生物质燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对生物质原料、特别是生物质废弃物的进一步开发和利用，具体涉及将生物质原料热解液化以制备生物质燃料的方法，所述生物质燃料包括生物质轻油、生物质柴油和生物质重油。

背景技术

在我国的产业背景下存在有大量的生物质废弃物，具体例如甘蔗渣、酒糟渣、木薯渣、稻草、麦秆、豆秆、棉秆、玉米秆、玉米芯、落叶及木屑等，这些生物质废弃物中通常含有大量的可进一步利用的大分子物质如木质素、纤维素、半纤维素和淀粉等。近年来，在绿色低碳的大背景下，对这些生物质废弃物的进一步开发和利用越来越受到关注。

生物质热解是一种热化学方法，其中在不存在氧化剂或只提供有限氧化剂的条件下，通过热化学反应使生物质中的大分子物质如木质素、纤维素、半纤维素和淀粉等分解转化为生物质油、炭和可燃性气体，并且可以通过控制热化学反应条件如温度、压力和停留时间等来改变所述产物之间的比例，此处所述氧化剂如空气、氧气、水或蒸汽等。

在现有技术中，由于生物质热解过程会产生焦油，因此对生物油的收集和冷却设备的要求都很高。例如，在生物质快速热解过程中，热解产物离开反应器的温度一般为400-500℃，此时热解产物大多为气态，在后续过程中，这些气态产物冷凝后会与固体颗粒一起在管道及设备表面上结垢造成堵塞，进而影响过程操作的连续进行，不利于所述技术产业化，同时也会影响过程收率。

另外，在现有技术中，生物质热解技术还存在一些问题，例如，生物质油的生产成本通常比矿物油高，而且，生物质油不能直接用于现有的动力设备，这是因为生物质油大多是物理和化学性质均不太稳定的碳氢化合物，必须经过改性和/或精制处理才能应用。

基于现有技术的情况，本发明寻求一种在较低压力下在较低温度条件下在液体燃料溶剂中将生物质废弃物热解液化为生物质油，然后将生物质油分馏得到生物质轻油、生物质柴油和生物质重油的方法，从而可进一步利用所述生物质废弃物，提供了一种可持续发展的能量来源。

发明内容

本发明提供一种热解液化生物质以制备生物质燃料的方法，所述方法包括在碱性催化剂存在下在液体燃料溶剂中在1-6个大气压的压力下和在200-300℃的温度下使生物质原料颗粒热解液化，和将获得的热解液化产物分离成不同沸程的生物质燃料产品。

在本发明的制备生物质燃料的方法中，所述生物质原料一般为生物质废弃物，具体选自甘蔗渣、酒糟渣、木薯渣、稻草、麦秆、豆秆、棉秆、玉米秆、玉米芯、落叶及木屑等。因此，对于本发明的方法而言，所述生物质原料的来源还是很丰富的。

在本发明的制备生物质燃料的方法中，所述生物质原料一般经粉碎和筛分处理得到粒度小于或等于约300微米(约50目)、优选小于或等于约200微米(约70目)的生物质原料颗粒，粉碎一般通过机械破碎进行，而筛分则利用标准筛进行，以获得所需要的特定粒度范围的生物质原料颗粒。

在本发明的制备生物质燃料的方法中，如果所述生物质原料含水量过大，则一般预先干燥所述生物质原料，例如利用旋风等干燥机进行干燥，优选干燥至水含量低于10wt％，更优选干燥至水含量低于5wt％，从而利于所述生物质原料后续的粉碎和筛分处理。

在本发明的制备生物质燃料的方法中，所述碱性催化剂可以为本领域常用的任何合适的碱性催化剂，优选为碱金属或碱土金属的碱或盐，更优选为碱金属或碱土金属的碳酸盐，最优选为碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙，和所述碱性催化剂的用量为所述生物质原料颗粒总重量的0.2-5wt％，优选为0.5-3wt％。

在本发明的制备生物质燃料的方法中，所述液体燃料溶剂可以为本领域常用的任何合适的液体燃料，优选价格比较便宜的不易挥发的液体燃料，具体可以为不易挥发的油性液体燃料如重油和煤焦油及重油组分和煤焦油组分，其中所述重油组分如重油轻馏分，所述煤焦油组分如萘油、洗油、蒽油和二蒽油，优选使用蒽油和/或洗油作为所述液体燃料溶剂，和所述液体燃料溶剂与所述生物质原料颗粒的重量比可以适当选择，一般为10∶1至3∶1，优选为8∶1至3∶1，最优选为6∶1至3∶1。

在本发明的制备生物质燃料的方法中，所述生物质原料颗粒可以在现有技术中已有的任何合适的反应器中进行热解液化，所述热解液化反应器可以为例如循环流化床反应器、鼓泡床反应器，但优选为反应釜类反应器，进一步优选为带有搅拌桨的不锈钢反应釜。