生物質油的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明屬于燃料油【技術領域】，具體涉及一種生物質油的制備工藝。一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的工藝包括下述的步驟：粉碎生物質物料；干燥；送至螺旋輸送機；物料送至微波熱解反應器裂解；對裂解后的產物一次冷卻；微波熱解反應器內熱解產生的高溫有機蒸氣氣固分離，去除其中的碳粒和砂子；二次冷卻，收集生物質油；三次冷卻，收集低沸點油；收集不凝結氣體，回收利用。采用上述的工藝制備生物質油，生物質原料及碳渣吸收微波的能力特別強，因而微波加熱速度快，且里外同時加熱，不需要熱傳導，符合生物質油提取的最佳工藝要求；對原料的粒度要求降低，從而減少預處理的成本；熱解溫度精確可控，且無熱慣性。
【專利說明】生物質油的制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料油【技術領域】，具體涉及一種生物質油的制備工藝。
[0002]【背景技術】
隨著化石能源的過渡開發，在全球引發的政治、經濟及環境污染等一系列問題，有人提出，人類能源要從依賴“碳氫化合物”轉向“碳水化合物”依賴，理由是，地球光合作用產生的生物質循環約為950億噸碳/年，目前世界化石資源消耗65-100億噸碳/年，只要有10%的利用開發就足夠人類可持續發展的能源利用，因此生物質能的開發前景非常看好。 [0003]在大能源戰略下，以電為主的兩頭延伸，不僅向化石一次能源發展，而且適當開發種石油的思路，應說是符合國家政策導向和人類能源發展趨勢，也是大能源戰略的發展需要。
[0004]從目前技術研究情況看，“碳水化合物”轉換或生物質能及其主要的生產原料有如下情況:
燃料乙醇:目前應用比較廣泛的原材料是一些含糖、含淀粉豐富的植物，如玉米、甜高粱、蔗糖、木薯、紅薯等，利用纖維素為原料，還處在初期，還沒有一定規模的商業化，但前景廣泛。
[0005]生物柴油:以動植物油脂為短鏈醇經過酯交換反應而得到的有機脂肪酸酯類物質，主要植物有菜籽、棉籽、烏柏、油茶、油楠、麻瘋樹、大豆油、棉籽油、棕櫚油、蓖麻籽油、微藻以及城市廢油等。
[0006]秸桿能源轉化:主要有熱解氣化、脫水固化和厭氧消化等技術，可直接用來發電、發熱。
[0007]1994年美國政府開始在國內推行使用生物質燃料油，當時每加侖燃料乙醇使用成本增加了 50美分，幾年后，隨著國際油價不斷上漲，以及燃料乙醇的生產規模不斷擴大，使其成本得到下降，目前已開始具有一定的競爭力，2006年美國燃料乙醇產能約為1580萬噸每年，在建555萬噸每年，2007年預計2000-2200萬噸每年，美國主要以玉米為原料，美國乙醇汽油中乙醇摻燒比例大部分約為10%，乙醇汽油占全美汽油消費的5%左右。
[0008]2006年美國生物柴油消費能力約為161萬噸/年，生產能力約為80_96萬噸/年，2006年是美國生物柴油快速發展的一年，年增長速度約為250%，目前美國正在規劃建設的生物柴油裝置能力約為300萬噸/年，美國柴油摻燒比例約為15-20%。
[0009]巴西燃料乙醇產量位居世界第二，2005年產量1300 ；噸，從1980年到1998年，隨著巴西生產燃料乙醇規模的不斷擴大，其成本從105美元每桶，下降到30美元每桶，已具有一定的市場競爭能力，巴西主要以甘蔗為原料，巴西汽油摻燒20%的乙醇比例。
[0010]巴西生物柴油的生產物應用剛剛起步，全國有6-7家生產建設，總能力約為100萬立方米，原料主要用大豆油、棉籽油、棕櫚油、蓖麻籽油以及城市廢油。
[0011 ] 歐盟燃料乙醇生產以甜菜、玉米和小麥為原料，僅法國、西班牙等少數幾個國家生產。
[0012]在歐洲，德國、法國是歐共體生產生物柴油最多的國家，德國是生物柴油利用最廣泛的國家。1998年德國的生物柴油產能只有5萬噸/年，2004年生產能力已達110萬噸/年，增長20多倍，占整個歐盟總生產能力的一半以上，成為世界上最大生物柴油生產國，2004年德國已有1800個加油部供應生物柴油，并且每年以7%的速度增長。
[0013]2006年我國燃料乙醇年產量約為100-160萬噸，居世界第三，主要集中在四大企業，原料以陳化糧、玉米、甜高粱等，采取定點生產，定向流通，封閉運行。在九省區試點乙醇汽油。
[0014]我國生物柴油產量約為30-50萬噸每年，在建項200萬噸每年，目前還是20多家小型企業生產，生產線不成規模，成本較高。
[0015]生物質油(Bio-oil)是纖維素、半纖維素和木質素的各種降解物所組成的一種混合物。生物質主要包括薪炭林、經濟林、用材林、農作物秸桿和農林產品加工殘余物如甘渣、木屑等。
[0016]作為唯一能夠直接轉化為液體燃料的一種可再生能源，生物質以其產量巨大、可儲存和碳循環等優點引起全球的廣泛關注。將可再生的生物質資源轉化為潔凈的高品位液體燃料部分替代石油，不僅可使我們擺脫對有限石油資源的過分依賴，而且能夠大幅度減少污染物和溫室氣體的排放，改善環境，保護生態。生物質油是一種水分和復雜含氧有機物的混合物，即纖維素、半纖維素和木質素的各種降解物所組成的一種混合物。其初步市場定位是替代重油、柴油和煤焦油等。生物質油可作為燃料直接燃燒使用，可用作燃油鍋爐和工業窯爐燃料；其次是經過精制加工后可替代0號柴油作為內 燃機燃料；三是作為化工原料提取或加工各種化工產品如防腐劑、食品調料、脫硫脫銷劑、有機肥料、羥基乙醛、左旋葡聚糖等。生物質油的工業化生產、考慮原材料等因素，其布點范圍和規模最宜10公里為半徑，設置1萬噸生產廠，目前熱解技術生物質油的產油率可達到50%以上(每2噸秸桿產油率≥1噸生物質油)，該項目的三聯產設備的產品構成約50%生物質油、約10%以上的可燃氣體(可配套發電機組自用)，約20%多的固體肥料(鉀肥)，是一個可全方位產生經濟效益的科技環保型項目。生物質油的關鍵技術環節是快速熱解，這一技術理論提出于20世紀70年代末，。即將經粉碎后的農作物秸桿快速加熱至500多度，促使其由大分子熱解裂變為小分子形成油離蒸氣，再快速冷凝生成生物質油。
[0017]發展生物能源產業必須具備資源條件、技術條件和體制條件。我國發展生物能源產業有著巨大的資源潛力。我國人口多，雖然可作為生物能源的糧食、油料資源很少，但是可作為生物能源的生物質資源有著巨大的潛力。如農作物秸桿尚有60%可用于能源用途，約合2.1億噸標煤，有約40%的森林開采剩余物未加工利用，現有可供開發的生物質能源至少能達4.5億噸標煤，同時還有約1.33億公頃宜農宜林荒山荒地，可以用于發展能源農業和能源林業。發展生物能源產業，利用農林廢棄物，開發宜林荒地，培育與生產生物能源資源，增加了農民的就業機會。
[0018]各國科研人員對快速裂解法制備生物質油的研究比較活躍，但是目前都停留在實驗階段，目前快速熱裂解法制備生物質油所采用的工藝主要有:
旋轉錐式反應工藝，不需要載氣，生物質顆粒與惰性熱載體一起加入旋轉錐底部，沿著錐壁螺旋上升過程中發生快速熱裂解反應，但是其最大的特點是生產規模小，能耗較高；
攜帶床反應器，以丙烷和空氣按照化學計量比引入反應管下部的燃燒區，高溫燃燒氣將生物質快速加 熱分解，但是需要大量高溫的燃燒氣并產生大量不凝氣是該裝置的缺點；循環流化床工藝，需要以氮氣作為載氣對設備內的載熱體及生物質進行流化，氮氣需要預熱，且用量很大，生產成本很高，整個體系的溫度也不易控制。
【發明內容】
[0019]為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種高品質的生物油的制備工藝。
[0020]本發明的生物質油的制備工藝是通過下述的技術方案來實現的:
一種生物質油的制備工藝，該工藝包括下述的步驟:
(1)將生物質物料粉碎成粉末顆粒；
(2)對所得的物料顆粒干燥；
(3)將干燥后的物料送至螺旋輸送機；
(4)物料送至微波熱解反應器，吸收微波后溫度`逐漸上升，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升，達到生物質產油的最佳溫度475-500°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣；
(5)對裂解后的產物進行一次冷卻；
(6)微波熱解反應器內熱解產生的高溫有機蒸氣，由引風機送入旋風分離器進行氣固分離，去除其中的碳粒和砂子；
(6)對步驟(5)中的產物進行二次冷卻，收集生物質油；
(7)對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻，收集低沸點油；
(8)收集(7)中產生的不凝結氣體，回收利用。
[0021 ] 優選的，步驟(1)中，將生物質物料粉碎成粒徑小于2_的粉末顆粒。
[0022]優選的，上述的步驟(2)中，在120_160°C的條件下對所得的物料顆粒干燥。
[0023]優選的，上述的步驟(3)中，螺旋輸送機的送料速率為30_50kg/h。
[0024]優選的，上述的步驟(4)中，物料送至微波熱解反應器，吸收微波后溫度逐漸上升至95-120°C，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升至450-550°C，達到生物質產油的最佳溫度475-500°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣；
優選的，上述的步驟(5)對裂解后的產物進行一次冷卻至200°C以下。
[0025]優選的，上述的步驟(6)中，對步驟(5)中的產物進行二次冷卻至30°C以下，收集生物質油。
[0026]優選的，上述的步驟(7)中，對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻至5°C以下，收集低沸點油。
[0027]本發明的生物質原料選自有機廢棄物，如農作物秸桿、薪柴、木材加工廢料、禽畜糞便、工業有機廢棄物，城市生活有機垃圾中的一種或幾種。
[0028]在本發明的反應過程中，熱解反應器內的溫度的控制是非常重要的因素，熱解溫度過高或者是過低都不利于生物油的提取，上述的幾種反應器的溫度控制都存在著很長的溫控慣性，而微波熱解反應器恰好能彌補上述缺陷，它能精確的控制溫度，無熱慣性，通過微波功率調節器，多點測溫探頭的信號采集，PLC控制器組成閉環控制回路，使物料在熱解反應器出口處的溫度達到最佳的熱解溫度后迅速離開熱解反應器進入碳渣收集箱，產生的高溫達有機蒸氣迅速離開熱解反應器冷卻，同時PLC根據所測溫度自動調節微波功率的大小，對于選定的原料處理量，使微波功率的大小調整到最佳值，系統達到一種動態的平衡，比其它方式的熱解反應技術，采用自動控制方式的微波熱解反應技術是真正意義上的節能技術。
[0029]本發明的有益效果在于，采用上述的工藝制備生物質油，生物質原料及碳渣吸收微波的能力特別強，因而微波加熱速度快，且里外同時加熱，不需要熱傳導，符合生物質油提取的最佳工藝要求；對原料的粒度要求降低，從而減少預處理的成本；熱解溫度精確可控，且無熱慣性。
【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例對本發明作更進一步的說明，以便本領域的技術人員更了解本發明，但并不因此限制本發明。
[0031]實施例1
一種生物質油的制備工藝，該工藝包括下述的步驟:
(1)將生物質物料粉碎成粒徑為1.5mm左右的粉末顆粒；
(2)在150°C的條件下對所得的物料顆粒干燥；
(3)將干燥后的物料送至螺旋輸送機，螺旋輸送機的送料速率為40kg/h；
(4)物料送至微波熱解反應器 ，吸收微波后溫度逐漸上升至100°C，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升至480°C，達到生物質產油的最佳溫度475-500°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣；
(5)對裂解后的產物進行一次冷卻至200°C以下；
(6)微波熱解反應器內熱解產生的高溫有機蒸氣，由引風機送入旋風分離器進行氣固分離，去除其中的碳粒和砂子；
(6)對步驟(5)中的產物進行二次冷卻至30°C以下，收集生物質油；
(7)對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻至5°C以下，收集低沸點油；
(8)收集(7)中產生的不凝結氣體，回收利用。
[0032]實施例2
一種生物質油的制備工藝，該工藝包括下述的步驟:
(1)將生物質物料粉碎成粒徑為1mm左右的粉末顆粒；
(2)在120°C的條件下對所得的物料顆粒干燥；
(3)將干燥后的物料送至螺旋輸送機，螺旋輸送機的送料速率為30kg/h；
(4)物料送至微波熱解反應器，吸收微波后溫度逐漸上升至95°C，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升至475°C左右，達到生物質產油的最佳溫度475-500°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣；
(5)對裂解后的產物進行一次冷卻至200°C以下；
(6)微波熱解反應器內熱解產生的高溫有機蒸氣，由引風機送入旋風分離器進行氣固分離，去除其中的碳粒和砂子；
(6)對步驟(5)中的產物進行二次冷卻至30°C以下，收集生物質油；
(7)對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻至5°C以下，收集低沸點油；
(8)收集(7)中產生的不凝結氣體，回收利用。
[0033]實施例3一種生物質油的制備工藝，該工藝包括下述的步驟:
(1)將生物質物料粉碎成粒徑為2mm左右的粉末顆粒；
(2)在160°C的條件下對所得的物料顆粒干燥；
(3)將干燥后的物料送至螺旋輸送機，螺旋輸送機的送料速率為50kg/h；
(4)物料送至微波熱解反應器，吸收微波后溫度逐漸上升至120°C，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升至500°C左右，達到生物質產油的最佳溫度485°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣；
(5)對裂解后的產物進行一次冷卻至200°C以下；
(6)微波熱解反應器內熱解產生的高溫有機蒸氣，由引風機送入旋風分離器進行氣固分離，去除其中的碳粒和砂子；
(6)對步驟(5)中的產物進行二次冷卻至30°C以下，收集生物質油；
(7)對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻至5°C以下，收集低沸點油；
(8)收集(7)中產生的不凝結氣體，回收利用。
[0034]實施例4
一種生物質油的制備工藝，該工藝包括下述的步驟: (1)將生物質物料粉碎成粒徑為1.5mm左右的粉末顆粒；
(2)在140°C的條件下對所得的物料顆粒干燥；
(3)將干燥后的物料送至螺旋輸送機，螺旋輸送機的送料速率為45kg/h；
(4)物料送至微波熱解反應器，吸收微波后溫度逐漸上升至100°C，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升至480°C，達到生物質產油的最佳溫度475-500°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣；
(5)對裂解后的產物進行一次冷卻至200°C以下；
(6)微波熱解反應器內熱解產生的高溫有機蒸氣，由引風機送入旋風分離器進行氣固分離，去除其中的碳粒和砂子；
(6)對步驟(5)中的產物進行二次冷卻至30°C以下，收集生物質油；
(7)對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻至5°C以下，收集低沸點油；
(8)收集(7)中產生的不凝結氣體，回收利用。
【權利要求】
1.一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的工藝包括下述的步驟:(1)將生物質物料粉碎成粉末顆粒；(2)對所得的物料顆粒干燥；(3)將干燥后的物料送至螺旋輸送機；(4)物料送至微波熱解反應器，吸收微波后溫度逐漸上升，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升，達到生物質產油的最佳溫度475-500°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣；(5)對裂解后的產物進行一次冷卻；(6)微波熱解反應器內熱解產生的高溫有機蒸氣，由引風機送入旋風分離器進行氣固分離，去除其中的碳粒和砂子；(6)對步驟(5)中的產物進行二次冷卻，收集生物質油；(7)對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻，收集低沸點油；(8)收集(7)中產生的不凝結氣體，回收利用。
2.如權利要求1所述的一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(1)中，將生物質物料粉碎成粒徑小于2mm的粉末顆粒。
3.如權利要求1所述的一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(2)中，在120-160 V的條件下對所得的物料顆粒干燥。`
4.如權利要求1所述的一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(3)中，螺旋輸送機的送料速率為30-50kg/h。
5.如權利要求1所述的一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(4)中，物料送至微波熱解反應器，吸收微波后溫度逐漸上升至95-120°C，在微波熱解反應器后段的已炭化的生物質溫度迅速上升至450-550°C，達到生物質產油的最佳溫度475-500°C，從微波熱解反應器的出料口排出碳渣。
6.如權利要求1所述的一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(5)對裂解后的產物進行一次冷卻至200°C以下。
7.如權利要求1所述的一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(6)中，對步驟(5)中的產物進行二次冷卻至30°C以下，收集生物質油。
8.如權利要求1所述的一種生物質油的制備工藝，其特征在于，所述的步驟(7)中，對步驟(6)中產生的未凝結氣體進行三次冷卻至5°C以下，收集低沸點油。
【文檔編號】C10B53/02GK103666516SQ201310735113
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】張世軍, 范前進, 賈紅杰, 朱海燕, 張 浩, 于鳳鑾, 李海霞 申請人:山東易能生物能源有限公司