[發(fā)明專利]一種利用生物質(zhì)熱解副產(chǎn)品獲得組分單一富集生物油的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106929051B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 李允超;趙大周;何勝;鄭文廣;張鑫;李乾坤;王貴華
• 申請（專利權(quán)）人: 華電電力科學研究院有限公司
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10G1/00
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙) 33209
• 代理人: 陳琳

本發(fā)明涉及一種利用生物質(zhì)熱解副產(chǎn)品獲得組分單一富集生物油的裝置，包括熱解段、催化段、冷凝系統(tǒng)、溫控裝置和氣體檢測調(diào)節(jié)裝置，熱解段與溫控裝置相連，催化段與溫控裝置相連，催化段的揮發(fā)分入口與熱解段的揮發(fā)分出口相連，催化段的揮發(fā)分出口與冷凝系統(tǒng)的入口相連，氣體檢測調(diào)節(jié)裝置入口與冷凝系統(tǒng)不凝氣出口相連，熱解段入口與氣體檢測調(diào)節(jié)裝置不凝氣出口相連。本發(fā)明還涉及利用生物質(zhì)熱解副產(chǎn)品獲得組分單一富集生物油的的方法。本發(fā)明利用熱解焦等副產(chǎn)品，將生物質(zhì)選擇性催化熱解和生物油選擇性吸附分離有機結(jié)合，可獲得組分較為單一方便利用的生物油品，具有工藝過程簡單、所獲生物油產(chǎn)品附加值高、熱解產(chǎn)物得以綜合利用等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)熱解制備生物油技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用生物質(zhì)熱解副產(chǎn)品獲得組分單一富集生物油的方法及裝置。

背景技術(shù)

生物質(zhì)在熱解過程中會產(chǎn)生生物油、熱解焦炭和不凝氣三種產(chǎn)物，其中以液化為目標的熱解生物油制備，熱解焦炭和不凝氣均為副產(chǎn)物，價值不高。熱解制備的生物油組分復雜、已探明組分在百種以上，其含水量高，熱值低，黏度大，具有較強的酸性和腐蝕性，常規(guī)利用存在一定困難。然而生物油中含有較多高附加值的化學品，如左旋葡聚糖，苯酚等物質(zhì)，是化工原料的來源之一，且經(jīng)催化轉(zhuǎn)化，生物質(zhì)可發(fā)生定向分解，獲得更多目標組分，但仍需要進一步分離提純。生物質(zhì)熱解過程中產(chǎn)生的熱解焦炭一般具有復雜的表面官能團和良好的孔隙結(jié)構(gòu)，且生物質(zhì)本身的灰分會大部分殘留在焦炭中。一方面復雜表面官能團和灰分的存在使焦炭具有一定的催化活性，可作為催化劑使用，且良好的孔隙結(jié)構(gòu)也為催化熱解提供了分子轉(zhuǎn)化通道；另一方面，焦炭較高的比表面積和較為發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，使其可成為吸附劑使用，且不同表面官能團又為其提供不同吸附活性位，影響焦炭吸附的親疏水性和表面電荷密度，使其吸附具有選擇性。即焦炭可同時作為催化劑和吸附劑進行使用。當將焦炭作為一種在線催化劑使用時，由于焦表面含有一定量的堿性官能團，在與生物質(zhì)熱解揮發(fā)分發(fā)生作用時，會中和部分揮發(fā)分中的酸性組分，從而降低所得生物油的酸度；焦層間隙及焦炭本身孔隙結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)揮發(fā)分分子尤其為木質(zhì)素大分子在其中的開環(huán)解聚而更多獲得高附加值的酚類產(chǎn)物；而焦層中的某些灰分會促進生物質(zhì)組分纖維素的左旋葡聚糖轉(zhuǎn)化。通過焦層的在線催化轉(zhuǎn)化，生物質(zhì)揮發(fā)分會向低酸高酚高含糖量產(chǎn)物轉(zhuǎn)化，從而獲得組分相對簡單的高品質(zhì)生物油。期刊Fuel，90（2011）1041-1048在文章中就曾報道利用松木屑熱解焦對松木熱解揮發(fā)分的催化分解效應，發(fā)現(xiàn)松木屑熱解油中酸類物質(zhì)大幅減少，酮類、醛類、醇類等物質(zhì)消失，而苯酚等酚類物質(zhì)大幅增加。焦的催化活性同樣是可以調(diào)控的，通過一定條件的焦活化改性，如利用水蒸氣和CO₂等氣氛（熱解不凝氣中含此類成分）對焦進行活化，或額外添加化學試劑如KMnO₄、ZnCL₂等能均有效改變焦表面基團種類、孔隙特征和灰分含量等，從而改變其催化活性，影響定向熱解方向。而這些特性的改變同樣影響著生物質(zhì)焦的吸附性能和選擇吸附性。然而，現(xiàn)有報道未見直接利用熱解副產(chǎn)品焦炭和不凝氣改變生物油品質(zhì)的論述。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)未能充分利用焦炭等特性的上述不足，而提供利用生物質(zhì)熱解副產(chǎn)品獲得組分單一富集生物油的裝置及方法。該裝置直接利用生物質(zhì)熱解副產(chǎn)品焦炭和不凝氣等，通過焦炭與生物油組分的不同相互作用，實現(xiàn)生物質(zhì)的定向熱解，生物油的組分富集、分離，從而獲得組分單一且具有更高附加價值化學品富集的高品質(zhì)生物油產(chǎn)品。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：一種利用生物質(zhì)熱解副產(chǎn)品獲得組分單一富集生物油的裝置，其特征在于：包括熱解段、催化段、冷凝系統(tǒng)、溫控裝置和氣體檢測調(diào)節(jié)裝置，熱解段與溫控裝置相連，催化段與溫控裝置相連，催化段的揮發(fā)分入口與熱解段的揮發(fā)分出口相連，催化段的揮發(fā)分出口與冷凝系統(tǒng)的入口相連，氣體檢測調(diào)節(jié)裝置的入口與冷凝系統(tǒng)的不凝氣出口相連，熱解段的入口與氣體檢測調(diào)節(jié)裝置的不凝氣出口相連。揮發(fā)分包含可冷凝的生物油和不可冷凝的不凝氣。

本發(fā)明所述熱解段的入口連接有惰性氣體氣路，惰性氣體氣路上設置有惰性氣體流量計，惰性氣體流量計與熱解段的入口之間設置有惰性氣體控制閥，惰性氣體控制閥設置在惰性氣體氣路上。