專利名稱：高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝的制作方法
高壓流,化技術(shù)制備生物燃料的工藝
M領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，特別是一種應(yīng)用亞臨界
/超臨界流體制備生物液體燃料技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用衛(wèi)共技術(shù)工藝。屬itx技術(shù)及制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液體燃料是維持現(xiàn)代社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基石之一，是最重要的動(dòng)力燃料。隨著世界 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球性化石燃料資源日益枯竭，液體燃油的供應(yīng)形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，能源短缺已經(jīng)成為 制約世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。因此，在石油資源曰趨枯竭、液體燃料需求量日益擴(kuò)大 的多重壓力下，尋找和開(kāi)發(fā)液體燃料替代能源對(duì)保障國(guó)家能源安全、，經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具 有重要戰(zhàn)略意義。
在人類化石能源耗竭之后，人類能源只能依靠可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能，但這些都 不能直接轉(zhuǎn)化成液體燃料。生物質(zhì)能是人類最早利用的能源，是唯一可再生的碳源，并可轉(zhuǎn)化成 常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，也是人類為解決能源與環(huán)境雙重危機(jī)而重點(diǎn)發(fā)展的能源類型。以 生物質(zhì)為基礎(chǔ)的生物燃料包括生物乙醇和生物柴油，它們被證明是良好的代用燃料。
生物質(zhì)液化是把固Wt態(tài)的生物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)加工過(guò)程，使其轉(zhuǎn)化成液體燃料(主要是 指汽油、柴油、液化石油氣等液體烴類產(chǎn)品，有時(shí)也包括甲醇、乙醇等醇 料)的潔凈利用技 術(shù)。根據(jù)化學(xué)加工過(guò)程的不同技術(shù)路線，液化可分為直接液化和間接液化。
生物質(zhì)直接液化技術(shù)是把生物質(zhì)在高壓和一定溫度下直接與溶劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為液體燃料的熱 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 一般的直接液化技術(shù)都需要催化劑，反應(yīng)過(guò)程具有較高的氫分壓，以提高反腿 度，改善過(guò)程的穩(wěn)定性，因此需要添加催化劑的生物質(zhì)直接液化技術(shù)又稱為化學(xué)催化法。根據(jù)生 物質(zhì)直接液化妒過(guò)程的連續(xù)性可分為間歇式或連續(xù)式。但是化學(xué)催化法方法對(duì)原料要求高、反 應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、后分離過(guò)程復(fù)雜，增加生產(chǎn)育潔和生物液體燃料的生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，發(fā)明一種是利用林業(yè)或農(nóng)業(yè)可燃固體廢棄 物(如林業(yè)加工木屑、農(nóng)作物秸稈等)，以及生活垃圾中的可燃質(zhì)(如廢舊輪胎、廢塑料、包 裝盒、廢紙等)、植物油、動(dòng)物油職豬油、牛油、魚(yú)油等)和齢用油為原料，在高壓反應(yīng)器中， 連續(xù)進(jìn)行亞臨界，臨界流體轉(zhuǎn)化處理，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的7jC解和脂化反應(yīng)，得到小分子的有機(jī)化合 ~~液態(tài)生物燃料，即高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝。該工藝能縮短制備生物液體燃 料的反應(yīng)時(shí)間、提高生物液體燃料產(chǎn)率、簡(jiǎn)化生物液體燃料后處理工藝。
本發(fā)明高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝是 下列方式完成的將生物質(zhì)原料輸送到 泥漿化處理器(1)中進(jìn)行預(yù)處理，得至鵬漿化生物質(zhì)原料，將泥漿化生物質(zhì)原料加壓后輸送到 高壓反應(yīng)器(3)中，連續(xù)進(jìn)行亞臨界鵬臨界流體轉(zhuǎn)化反應(yīng)，完成生物質(zhì)原料的水解和脂化反
應(yīng)，獲到小分子的有機(jī)化合t;~~液態(tài)生物燃料，液體生物燃料經(jīng)分離器分離得生物燃料，生物
燃料的轉(zhuǎn)率達(dá)75 96%。
所述生物質(zhì)原料是固態(tài)生物質(zhì)原料和液態(tài)生物質(zhì)原料，固態(tài)生物質(zhì)原料為林業(yè)可燃固體廢棄 物、農(nóng)業(yè)可燃固體廢棄物、生活垃圾中的可燃質(zhì)，液態(tài)生物質(zhì)原料為廢食用油、植物油、動(dòng)物油
脂。固體生物質(zhì)廢棄物及生活垃圾先分揀，去掉不可燃成分，用凈7jC或稀醋酸溶液對(duì)其進(jìn)行凈化
處理，以除去其中的塵土及其它雜質(zhì)，凈化處理的稀醋酸溶液重量百分濃度為5 20%，凈化時(shí)間 為10 100min，加入量與原料重量比為1 10:1，在60 90°C的皿條件下干燥、粉碎至60目以 下后與循環(huán)油混合，在泥漿化處理器內(nèi)進(jìn)fi^頁(yè)處理，泥漿化后送入泥漿化原料倉(cāng)儲(chǔ)存。
泥漿化生物質(zhì)原料反應(yīng)流體分為兩股送入高壓反應(yīng)器， 一股占總質(zhì)量15 30%的泥漿化頓 原料，經(jīng)增壓到0.15 30Mpa后直接輸送到高壓反應(yīng)器中；另一股泥漿化M原料艦加壓，先 輸送到換熱器中吸收反應(yīng)產(chǎn)物中的余熱，之后再ffl31預(yù)熱器外加熱到230 460-C，增壓到0.15 45Mpa，通過(guò)管道輸送到高壓反應(yīng)器中，兩股泥漿化生物質(zhì)原料相互混合。
混合后的泥漿化生物質(zhì)原料在高壓反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)外加熱繼續(xù)加熱到工藝，和壓力條件后， 進(jìn)行亞臨界/超臨界流體轉(zhuǎn)化反應(yīng)，完成生物質(zhì)原料的水解和脂化，獲到液態(tài)生物燃料產(chǎn)物，生物 質(zhì)原料與醇類或水高壓流體的摩爾比為1:1(K80，控制亞臨界的反應(yīng)壓力為0.15 20MPa，溫 度為255 35(TC，反應(yīng)時(shí)間為5^90min;超臨界反應(yīng)控制的fK牛為:壓力840MPa，溫度25O450°C， 反應(yīng)時(shí)間為2~40min。
高壓反應(yīng)器反應(yīng)獲得的液態(tài)生物燃料產(chǎn)物為高壓、高溫氣體和液體，通過(guò)管道輸送到換熱器 中，將余熱量傳給輸入的醇類或水流體，隨后再將液態(tài)生物燃料產(chǎn)物輸送到Mffi冷卻器中，繼續(xù) 冷卻降壓，得到輕油、水、臨界流體醇類液體產(chǎn)物和不能冷凝的氣體，氣體逸出用于化工原料或
燃料。
液體產(chǎn)物輸送到分離器內(nèi)分離出醇類或水高壓流體，未反應(yīng)的生物質(zhì)固體顆粒和其它雜質(zhì)、 生物質(zhì)油，生物質(zhì)油再輸送到用于循環(huán)油使用，其他雜質(zhì)則作為生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)品，生物燃料 的轉(zhuǎn)化率達(dá)75 96%。分離器完成脫醇和分離工作。工藝過(guò)程中產(chǎn)生的所有廢水或ll^^凈化器 凈化后作為原料水循環(huán)使用，凈化時(shí)間為4 30h。工藝過(guò)程中反應(yīng)物外加熱是通過(guò)熱油鍋爐加熱 設(shè)備獲得熱量。
本發(fā)明工作原理是
1)將生物質(zhì)(若是固體廢棄物及生活垃m首先分揀并去掉不可燃成分，用凈水或稀醋酸 溶、m其進(jìn)行凈化處理，以除去其中的塵土及其它雜質(zhì)。凈化處理的稀醋酸溶液重量百分濃度為 5 20%，凈化時(shí)間為10 100min，加入量與原料重量比為1 10:1)在60 9(TC的溫度條件下干 燥、粉碎至60目以下后與循環(huán)油混合，在泥漿化處理器內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理，泥槳化后送入原料倉(cāng)， 在高壓流體的輸送下送入高壓反應(yīng)器。
對(duì)于泥漿化處理后的生物質(zhì)原料，為了便于輸送，將反應(yīng)流體分為兩股送入高壓反應(yīng)器。一 股(占總質(zhì)量流量的15 30%)經(jīng)過(guò)增壓到0.15 30MPa用于輸送泥漿化生物質(zhì)；另一股經(jīng)過(guò)加 壓，吸收反應(yīng)產(chǎn)物的余熱后，繼續(xù)加熱，當(dāng)^S達(dá)到230 460'C，壓力0.15 45MPa后送入反 應(yīng)塔與泥漿化生物働昆合。對(duì)于液態(tài)類生物原料則將反應(yīng)流體經(jīng)加壓，吸收反應(yīng)產(chǎn)物的余熱后， 繼續(xù)加熱，當(dāng)鵬達(dá)到230 460。C，壓力0.15 45MPa后送入反應(yīng)塔與液態(tài)類生物原料混合。
混合后的原料經(jīng)高壓反應(yīng)器內(nèi)的加熱設(shè)備繼續(xù)加熱到工藝鵬和壓力劍牛后，進(jìn)行亞臨界/ 超臨界轉(zhuǎn)化反應(yīng)。生物質(zhì)和臨界流體的摩爾比為1:10~80?？刂苼喤R界的反應(yīng)壓力為0.15 20MPa， 溫度為255 350"C，反應(yīng)時(shí)間為5~90min。超臨界反應(yīng)控制的條件為壓力840MPa， 25(M50。C，反應(yīng)時(shí)間為2~40min。
高壓反應(yīng)器反應(yīng)的產(chǎn)物為高壓、高溫氣體和液體，利用換熱器將熱量傳給反應(yīng)物質(zhì)(醇類或 水)，吸收余熱后，繼續(xù)冷卻降壓，得到輕油、水、臨界流體醇類和不能冷凝的氣體。氣體逸出
用于tta:原料^料。
液體產(chǎn)物在分離器內(nèi)分離出醇類或7k高壓流體，未反應(yīng)的生物質(zhì)固體顆粒和其它雜質(zhì)、生物
質(zhì)油。生物質(zhì)油一部分用于循環(huán)油4頓，其他則作為生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)品，如葡萄糖、果糖、 木糖、纖維二糖、糠醛、烷烴、鏈烷烴、烯烴、乙醇、對(duì)苯二甲酸、苯甲酸、醋酸、乙二醇、生 物柴油(脂肪酸甲酯)。分離裝置可實(shí)現(xiàn)脫醇和分離的目的。
工藝過(guò)程中產(chǎn)生的所有廢水或醇類經(jīng)凈化后作為原Mf盾環(huán)使用。凈化器為魏凈化吸附齊啲
陶瓷板，凈化時(shí)間為4 30h。
反應(yīng)流體的外加熱^IE過(guò)熱油鍋爐加熱設(shè)備獲得熱量。 如是液態(tài)類生物原料則直接加壓后送入高壓反應(yīng)器進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。
對(duì)于液態(tài)生物質(zhì)原料，反應(yīng)流體經(jīng)加壓，吸收換熱器中反應(yīng)產(chǎn)物余熱后，繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度 達(dá)到230 460°C ，壓力0.15 45 MPa后送入高壓反應(yīng)器與液態(tài)類混合。 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
1) 相對(duì)于化學(xué)催化法而言，縮短了生物油脂轉(zhuǎn)化為生物液體燃料的時(shí)間。達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)后， 不同的生物質(zhì)，只需要0.540min就能將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物液體燃料。
2) 本發(fā)明技術(shù)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定帝恪生物燃料，簡(jiǎn)化了操作禾將的復(fù)雜性，便于IQ1W雄續(xù) 生產(chǎn)。
3) 本發(fā)明技術(shù)生物燃料產(chǎn)率高， 一般可達(dá)75 96%。
4) 本發(fā)明技術(shù)原料適應(yīng)性廣，z伊過(guò)禾級(jí)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明工藝^S呈示意圖。 圖2為本發(fā)明工藝流程框圖。
其中l(wèi)一泥漿化處理器；2—泥漿化原料倉(cāng)；3—高壓反應(yīng)器；4~^熱器；5~^^!1冷卻器; "分離器；7—升壓泵；8~預(yù)熱器；W爭(zhēng)化器。 具體實(shí)駄式 實(shí)施例l休屑水解)
首先，將木屑粉碎，粒度控制在過(guò)60目，以水為超臨界流體介質(zhì)，按摩爾比為木屑冰=1:70 的比例SB1。 25。/。的水加壓到23MPa用于輸送泥漿化生物質(zhì)原料，剩余的75%的7爐過(guò)加壓、余
熱換熱和外加熱，iUg達(dá)到40(TC后，進(jìn)入反應(yīng)塔與生物質(zhì)原料混合。進(jìn)入高壓反應(yīng)器的加熱區(qū) 域進(jìn)行再次加熱，使得生物質(zhì)混合原料達(dá)到超臨界狀態(tài)(溫度390。C，壓力達(dá)到27MPa)，并在反 應(yīng)區(qū)^it行充分反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間為20min。超臨界反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)余熱利用換熱器和冷卻降壓設(shè) 備后，溫度降為12(TC，壓力降為0.25MPa。通過(guò)分離設(shè)備分離出7K和生物質(zhì)液體輕油。水經(jīng)過(guò) 凈化后循環(huán)利用。生物油產(chǎn)率為86%。 實(shí)施例2贈(zèng)物油酯化)
將植物油(油菜籽油)經(jīng)加壓泵到18Mpa送入高壓反應(yīng)器與升溫加壓為超臨界狀態(tài)的甲醇發(fā) 生酯化反應(yīng)，生成生物柴油(脂肪酸甲酯)和甘油。甲醇通過(guò)加壓、余熱換熱和外加熱，溫度達(dá) 到34(TC后，進(jìn)入反應(yīng)塔與生物質(zhì)原料混合。甲醇與植物油的摩爾比為42:1。進(jìn)入高壓反應(yīng)器的 加熱區(qū)鄉(xiāng)行再次加熱，使得生物質(zhì)混合原料達(dá)到超臨界狀態(tài)(破35(TC，壓力達(dá)到19MPa)， 并在反應(yīng)區(qū)域進(jìn)行充分反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4min。超臨界反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)余熱利用換熱器和冷卻 降壓設(shè)備后，溫度降為12(TC，壓力降為0,25MPa。通過(guò)分離設(shè)備分離出甲醇、甘油和生物柴油。 甲醇經(jīng)3131濾凈化后循環(huán)利用。生物油產(chǎn)率為95%。
權(quán)利要求
1、一種高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于將生物質(zhì)原料輸送到泥漿化處理器(1)中進(jìn)行預(yù)處理，得到泥漿化生物質(zhì)原料，將泥漿化生物質(zhì)原料加壓后輸送到高壓反應(yīng)器(3)中，連續(xù)進(jìn)行亞臨界或超臨界流體轉(zhuǎn)化反應(yīng)，完成生物質(zhì)原料的水解和脂化反應(yīng)，獲到小分子的有機(jī)化合物——液態(tài)生物燃料，液體生物燃料經(jīng)分離器分離得生物燃料，生物燃料的轉(zhuǎn)率達(dá)75～96％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1戶脫的高壓流條化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于所述生物質(zhì)原 料是固態(tài)生物質(zhì)原料和液態(tài)生物質(zhì)原料，固態(tài)生物質(zhì)原料為林業(yè)可燃固體廢棄物、農(nóng)業(yè)可燃固體 廢棄物、生活垃圾中的可燃質(zhì)，液態(tài)生物質(zhì)原料為齢用油、植物油、動(dòng)物油脂。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于固體生物質(zhì)廢棄物及生活垃圾先分揀，去掉不可燃成分，用凈zK或稀醋酸溶m其進(jìn)行凈化處理，以除去其中的塵土及其它雜質(zhì)，凈化處理的稀醋酸溶M量百分濃度為5 2戰(zhàn)，凈化時(shí)間為10 100min， 加入量與原料重量比為1 10:1，在60 90"的 斜牛下干燥、粉碎至60目以下后與循環(huán)油混 合，在泥漿化處理器內(nèi)進(jìn)fi^頁(yè)處理，泥漿化后送入泥漿化原料倉(cāng)儲(chǔ)存。
4、 根據(jù)權(quán)利要求i或2所述高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物^^料的工藝，其特征在于泥漿化生物 質(zhì)原料反應(yīng)流體分為兩股送入高壓反應(yīng)器， 一股占總質(zhì)量15 30%的泥漿化 原料，經(jīng)增壓到 0.15 30Mpa后直接輸送到高壓反應(yīng)器中；另一股泥漿化生質(zhì)原料通過(guò)加壓，先輸送到換熱器中吸 收反應(yīng)產(chǎn)物中的余熱，之后再fflii預(yù)熱器外加熱到230 46(TC，增壓到0.15 45 Mpa， ffi31管道 輸送到高壓反應(yīng)器中，兩股泥漿化生物質(zhì)原料相互混合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓流,化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于混合后的泥漿 化生物質(zhì)原料在高壓反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)外加熱繼續(xù)加熱到工藝溫度和壓力^l牛后，進(jìn)行亞臨界/超臨界 流,化反應(yīng)，完成生物質(zhì)原料的水解和脂化，獲到液態(tài)生物燃料產(chǎn)物，生物質(zhì)原料與醇類或7K 高壓流體的摩爾比為1:1(T80，控制亞臨界的反應(yīng)壓力為0.15 20 MPa，溫度為255 350°C，反 應(yīng)時(shí)間為5 90min;超臨界反應(yīng)控制的條件為:壓力8 40MPa，〗 250 450°C，反應(yīng)時(shí)間為2 40min。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的高壓流鵬化技術(shù)制備生物燃料的工藝，^#征在于高壓反應(yīng) 器反應(yīng)獲得的液態(tài)生物燃料產(chǎn)物為高壓、高溫氣體和液體，ffi31管道輸送到換熱器中，將余熱量 傳給輸入的醇類或水流體，隨后再將液態(tài)生物燃料產(chǎn)物輸送到^ffi冷卻器中，繼續(xù)冷卻降壓，得 到輕油、水、臨界流體醇類液體產(chǎn)物和不能冷凝的氣體，氣體逸出用于化工原料 料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6或所述的高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于液體產(chǎn)tlf俞 送到分離器內(nèi)分離出醇類或7K高壓流體，未反應(yīng)的生物質(zhì)固體顆粒和其它雜質(zhì)、生物質(zhì)油，生物 質(zhì)油再輸送到用于循環(huán)油使用，其他雜質(zhì)則作為生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)品，生物燃料的轉(zhuǎn)化率達(dá)75 96%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7m0M的高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于分離器完成 脫醇和分離工作。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7^^f述的高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于工藝過(guò)程中 產(chǎn)生的所有廢水或醇類經(jīng)凈化，化后作為原料水循環(huán)使用，凈化時(shí)間為4 30h。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7或所述的高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征在于工藝過(guò)程中 反應(yīng)物外加熱 1過(guò)熱油鍋爐加熱設(shè)備獲得熱量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，特別是一種應(yīng)用亞臨界/超臨界流體制備生物液體燃料技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)工藝。屬化工技術(shù)及制備領(lǐng)域。發(fā)明一種是利用林業(yè)或農(nóng)業(yè)可燃固體廢棄物(如林業(yè)加工木屑、農(nóng)作物秸稈等)，以及生活垃圾中的可燃質(zhì)(如廢舊輪胎、廢塑料、包裝盒、廢紙等)、植物油、動(dòng)物油脂(豬油、牛油、魚(yú)油等)和廢食用油為原料，在高壓反應(yīng)器中，連續(xù)進(jìn)行亞臨界或超臨界流體轉(zhuǎn)化處理，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的水解和脂化反應(yīng)，得到小分子的有機(jī)化合物——液態(tài)生物燃料，則高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝。該工藝能縮短制備生物液體燃料的反應(yīng)時(shí)間、提高生物液體燃料產(chǎn)率、簡(jiǎn)化生物液體燃料后處理工藝。
文檔編號(hào)C10G1/00GK101113348SQ20071006616
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者包桂蓉, 李一哲, 華 王, 胡建杭 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)