[發明專利]一種耦合熱溶萃取和熱解制備高品質生物油和氣體的方法

有效

• 申請號: 201610834375.7
• 申請日: 2016-09-20
• 公開（公告）號: CN106318429B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 朱賢青;李顯;姚洪;徐凱;胡振中;任杰;王睿
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C10G1/00
• 分類號: C10G1/00;C10G1/04;C10B53/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 張建偉

技術領域

本發明屬于可再生能源(生物質能源)利用領域，更具體地，涉及一種耦合熱溶萃取和熱解制備高品質生物油和氣體的方法。

背景技術

自20世紀70年代石油危機以來，研究者們開始尋找石油的替代品以滿足日益增大的運輸燃料和化學品需求。與此同時化石燃料的燃燒也造成了嚴重的環境問題(如溫室效應等)。生物質是最重要的可再生能源資源之一，僅次于煤、石油、天然氣的三大傳統化石能源，其占世界能源消耗總量的10-15％。而且，生物質是零二氧化碳排放的原料。因此，生物質的開發和利用能有效緩解化石能源短缺和環境污染造成的巨大壓力。生物質熱解制備生物油是一種廣受關注的生物質熱化學轉化技術。它是在隔絕空氣或惰性氣氛、中等溫度條件(450-600℃)和短停留時間下將生物質加熱轉化為液體油(主要產物)及副產物固體焦和氣體產物(桑小義等.生物質熱解油的特性及精制.石油學報(石油加工).2015(01):178-187)。該方法所產生的生物油可利用組分多、原料來源廣泛，可做液體燃料，或者用于生產高品質化學品，如甲醇，芳香烴等。

但是，生物質直接熱解制備的生物油水含量高，氧含量高(30-40％)，熱值低、呈酸性(具有腐蝕性)且粘度大，這些缺點很大程度上限制了生物油的實際應用。其原因主要是生物質自身含氧量過高(40-50％)，熱解過程中氧進入到熱解產生的生物油中所致。現有研究主要是將生物質直接熱解制備的生物油進行精制或者改性以提高生物油品質，典型的生物油精制技術如催化加氫、催化裂化以及乳化技術(Zhang Q et al.Review of biomass pyrolysis oil properties and upgrading research.Energy conversion and management.2007,48(1):87-92)。這些技術可在一定程度上提高熱解油的品質和穩定性，但是需要消耗氫氣、催化劑價格昂貴且容易失活，工藝復雜，成本較高(王予等.生物質快速熱解與生物油精制研究進展.生物質化學工程.2011(05):29-36)。

若在生物質熱解之前先進行脫氧提質，然后再將脫氧后的生物質進行熱解可能會是提高生物油品質的另一途徑。熱溶萃取法是近年來提出的有效的生物質脫氧提質轉化技術(Zhu X et al.Mechanism study of degradative solvent extraction of biomass.Fuel.2016,165:10-18)，相較于其他轉化技術(熱解、氣化、和直接液化)，它條件溫和，不需要催化劑和氫氣，所得產物低分子量萃取物和高分子量萃取物具有高碳含量、低氧含量、幾乎無水無灰等特性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種耦合熱溶萃取和熱解制備高品質生物油和氣體的方法，其目的在于先采用熱溶劑萃取法對生物質進行脫氧提質得到生物質萃取物，再將生物質萃取物進行熱解制備生物油及副產物，從而提高生物油的品質，實現生物油的高附加值利用。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種耦合熱溶萃取和熱解制備高品質生物油和氣體的方法，包括以下步驟：

(1)采用熱溶萃取法對生物質進行脫氧提質：首先將生物質與有機溶劑按1：6～1：15的質量比混合置于反應釜中，加熱到250℃～360℃的溫度，進行原位熱態過濾；濾除萃取殘渣，得到溶劑及萃取物的混合物；然后，將所述溶劑及萃取物的混合物冷卻至室溫，對冷卻后不溶于溶劑的萃取物進行過濾得到高分子量萃取物；對冷卻后仍然溶于溶劑的萃取物減壓蒸餾，除去溶劑得到低分子量萃取物；

(2)在惰性氣氛下對所述低分子量萃取物在450-600℃條件下進行快速熱解，冷卻后收集熱解產生的生物油、焦和包括氫氣、甲烷、一氧化碳和二氧化碳的氣體產物。

進一步的，所述方法的步驟(1)中，在原位熱態過濾前，保溫0-90min。

進一步的，所述惰性氣氛包括N₂、Ar和He。

本發明中，所述生物質包括農業廢棄物，包括農田和果園殘留物、農產品加工廢棄物；林業廢棄物，包括森林采伐剩余物、木材加工剩余物及育林剪枝剩余物；所述有機溶劑包括：四氫萘、1-甲基萘、粗甲基萘油或者洗油中的任意一種。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：