[发明专利]生物质热解炼制-分级定向转化的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，特别涉及一种利用生物质原料热解炼制-分级定向转化的方法，即生物质原料经过预处理、热解炼制、热解分级产物定向转化为能源物质与化工产品。

背景技术

目前，以生物能源和化工产品生产为主的生物质产业正在蓬勃兴起。生物质是地球上最广泛存在的物质，主要来源有秸秆类物质、制糖作物、城市垃圾、水生植物、工业生物废弃固体物等，这类物质的高值化利用对国民经济、环境和可持续发展至关重要。目前生物质原料的主要利用方式为将其气化作为燃料使用或者是做为菌体蛋白的发酵原料，属于对生物质资源的低值化利用。

利用生物质热解技术制取生物油，大力发展生物能源替代化石燃料，是目前主要的研究热点也是生物质高值化利用的主要途径。一般采用生物质快速热解制备生物油的方法，但是由于生物质组分复杂，因而热解得到的生物油中存在大量的水和酸性物质、氧含量高、腐蚀性和粘度较大、化学成分复杂、不稳定，品质较差，要替代石油燃料尚有一定距离。这是因为将生物质整体进行热解，热解组分单一转化而不是按照其成分特点分级定向精制，所得到的热解油品质较差，不适合作为燃料直接使用。

专利CN101691495A和CN101693845A公开了一种生物质分级热解制备生物油和化学品的方法及装置，提出一种通过螺旋热解反应器、浅床流化床和深床流化床三级系统在不同温度下对生物质进行分级快速热解的技术方案，但是该技术存在多床热解、设备复杂、流程繁复等问题，不利于大规模工业化的推广，同时只是将部分热解产物作为高品质燃油使用，其他热解级分并没有有效利用，热解产品综合利用率低。显然目前生物质热解炼制的研究缺乏生物质热解炼制-分级定向转化的思想，因而并不能够实现生物质的进一步高值化利用。

本发明提出生物质原料预处理、分步热解炼制、热解组分分级定向转化的思路：建立生物质原料预处理方法；建立分步热解工艺技术，对分步热解产物进行成分分析，确定热解条件对热解组分性能的作用；以热解炼制为技术平台，热解平台制备的热解级分分级定向转化；最终实现高附加值、高产品综合利用率的生物质热解炼制-分级定向转化的技术体系。

发明内容

本发明的目的是基于生物质富含化学组分包括纤维素、半纤维素、木质素、灰分具有不同的热解特性，结合热解技术，提出一种生物质热解炼制-分级定向转化的方法。

本发明的技术方案：

本发明所提出的生物质热解炼制-分级定向转化方法，包括以下工艺步骤：

(一)、生物质的预处理：生物质原料预处理主要是为了去除木质素等对纤维素具有的保护作用和破坏纤维素大分子之间的晶体结构使其易于热解，从而实现对生物质的高效利用。生物质的预处理主要包括机械粉碎技术、蒸汽爆破技术、微波处理、超声波处理、辐射处理、冷冻处理、碱处理、纤维素溶剂处理、有机溶剂处理、稀酸预处理、氧化处理、超临界萃取处理等；

(二)、热解炼制：将预处理的生物质原料放入热解设备进行梯度升温热解，利用分步收集装置分步收集冷凝的热化学转化产物即热解油，主要包括两个级分，即水溶性热解油和脂溶性热解油：首先收集得到水溶性热解油组分，第二步收集得到脂溶性热解油组分；热解残余的固体即为热解渣；

(三)、热解产品的分级定向转化：利用水溶性热解产物主要成分为有机酸包括甲酸、乙酸等和小分子糖类包括纤维二糖、葡萄糖、果糖等的特性进行生物转化如发酵制备沼气、丙酮丁醇、PHA等；利用脂溶性热解油燃烧性能高的特性制备高品质生物油作为内燃机、锅炉燃料使用；利用热解后的热解渣含量较高的炭、灰分的特点制备活性炭或纳米二氧化硅等。

具体实施方式

实施例1

将玉米秸秆进行汽爆预处理，条件为含水量50％，压力1.5MPa，维压时间5min，汽爆玉米秸秆干燥粉碎后放入热解炉中进行热解。真空度-0.08MPa，梯度升温，初始温度30℃，升温速率40℃/min，300℃保持1h，收集组分为水溶性热解油，继续升温，升温速率40℃/min，热解终温500℃，保持1h，收集组分为脂溶性热解油，热解床中剩余固体物为热解渣。

水溶性热解油主要成分为葡萄糖、纤维二糖和甲酸、乙酸等，接种丙酮-丁醇梭菌发酵制备丁醇；脂溶性热解油制备高品质生物油作为内燃机燃料；热解渣经浸提等后续处理得到纳米二氧化硅。

实施例2