[发明专利]水热法处理浮萍生物质制备生物油的方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种水热法处理浮萍制取生物油的新方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐枯竭以及使用化石燃料所引起环境污染的加剧，寻求可再生、无污染可替代新能源已迫在眉睫。在所有可再生新能源当中，生物质以其高产量、低污染、二氧化碳零排放等诸多优点而成为争相研究的热点。其中，浮萍作为一种重要的可再生生物质因其光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短，易于大规模养殖且成本低廉，不占用耕地等诸多优点，而日益倍受关注。因此，浮萍的利用与转化技术不仅成为了国际新能源领域的新方向，同时也逐渐成为了国内外众多学者研究的课题之一，研究焦点主要集中在浮萍生物油燃料的制备领域。但传统方法大规模转化浮萍制备生物油燃料面临两大挑战：一是浮萍含油量低；二是须对收获的高水分浮萍进行干燥并萃取其中的油份。所以，存在前期投入大、能源消耗多、原料利用率低等问题，且许多关键技术有待突破。因此，研究开发浮萍生物油燃料制备新途径成为了当务之急。

水根据所处温度和压力范围不同分为亚临界水(温度处于150-374℃、压力处于0.4-22.1MPa)和超临界水(温度高于374℃，压力高于22.1MPa)。二者兼具价廉、无毒、良好的传质、传热等特点，是一种环境友好介质。和室温水相比，在超(亚)临界水中进行化学反应具有以下特点：1)可与大多数有机物和气体互溶，变传统的多相反应为均相反应，增加反应速率；2)可降低某些高温反应的反应温度，同时改善产物的选择性和收率；3)较小的温度和压力变化即可实现同时兼具液体密度和气体传质性能的最佳结合；4)产物分离简单，只需降温降压便可实现产物与水的分离，节省分离费用。因此，采用超(亚)临界水处理浮萍制备生物油燃料具有良好的应用前景。

浮萍的水热法处理以高水分浮萍为原料，以亚/超临界水为反应介质，通过热解液化制取浮萍生物油。通过浮萍水热处理，不仅可将浮萍中的油脂加以转化，而且其中的碳水化合物和蛋白质等也可一并转化。因此，浮萍无论其含油量高低均可采用水热法加以转化，有效地克服了传统方法中的两大壁垒。

水热法处理浮萍制备生物油的研究中，温度、反应时间、物料添加量以及是否催化剂对于油的产量以及品质均有影响。研究发现，与快速热解相比，水热法处理转化浮萍得到的生物油产率、碳氢含量以及热值均较高[文献：Xiu S.N.，Shahbazi A.，Croonenberghs J.，Wang L.J.：Oil Production from Duckweed by Thermochemica lLiquefaction，Energy Sources，Part A：Recovery，Utilization，and Environmental Effects，2010，32：1293-1300]。国内对于浮萍生物质在新能源方面的利用目前仅限于发酵制备醇类产物，中国专利[公开号CN102277389A]公开了利用浮萍进行生物发酵生产乙醇的方法。中国专利[公开号CN102220386A]公开了一种利用浮萍进行微生物发酵生产丁醇的方法。而目前以浮萍为原料通过水热法处理生产生物油的报道很少，相关研究匮乏。本发明利用浮萍生物质，用水热法处理得到生物油产品，可望进一步促进浮萍生物质在生物油产业上的应用和发展。

发明内容

因此，本发明的目的是建立一种制备生物油的新方法，为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案。

本发明一方面涉及一种水热法处理浮萍生物质制备生物油的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、将干燥的浮萍在粉碎机中进行粉碎，得到浮萍细小颗粒；

(2)、称取处理好的浮萍置于高压反应釜中，加水，添加或者不添加催化剂，密封，将高压反应釜放入到熔融盐中，控制温度在270-380℃，持续时间为10-120min，反应结束后冷却，打开反应釜，收集反应釜内所得混合物，所述的催化剂选自碳酸钾和/或碳酸钠；

(3)、用有机溶剂对混合物进行萃取和抽提，分离并过滤得到有机相，旋蒸除去有机溶剂得到生物油，反应中还伴有其他副产物如固体残渣和气体生成，所有产物的产率计算公式分别如下：油产率(％)＝(m_油÷m_原料)×100％，渣滓产率(％)＝(m_渣滓÷m_原料)×100％，气体产率(％)＝(m_气体÷m_原料)×100％。

(4)所得生物油用气相色谱-质谱，元素分析等技术进行分析表征。