[发明专利]一种水生植物快速裂解制备生物油的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种水生植物快速裂解制备生物油的方法。

背景技术

随着人类社会的发展，人类面临严重的能源问题，解决能源短缺问题和能源开发利用中引起的环境问题将是人类可持续发展的关键所在。预计到2020年，中国的能源需求25亿t到30亿t煤，石油缺口1.6-2.2亿t，能源短缺问题已经严重的威胁到中国的经济和能源安全。

随着不可再生石油储量日益减少导致的油价上涨和燃烧所产生的CO₂等温室气体对环境的严重影响，开发新的对环境友好的可再生能源已成为当今科学研究的热点。生物质能源是一种环保型可再生的洁净能源，不含硫，具有优良的环保特性，由于是含氧燃料，所以燃烧性能和安全性能好、具有可再生性，所有发展生物能源已成为我国乃至世界各国科学研究的热点领域。

在石油形成的地质成烃过程中，首要条件是地质中富含油脂的藻类有机质被保存下来，其中烃源岩包括页岩，泥岩、碳酸盐和含泥质的岩石等。大部分的石油研究者认为，主要烃源于藻类中油脂脱羧形成。高油微藻脂肪酸含量在氮元素缺乏时可达到细胞干重的80%，并且具有光合效率高，零净碳值，生命周期短，易于培养，油、烃含量高等优点， 被认为是最终解决人类社会交通运输用液态燃料的最后途径。

但是藻类原料中水分含量高，结构性油脂多，采用传统的油脂提取和转化生物柴油能耗大、难度较大等。采用热化学法裂解脱羧的选择性差，副反应多，产品复杂，品位低劣；加氢脱氧方法能耗大，生产安全问题突出，效率低。最近的研究显示微波裂解选择性脱羧高效生产可再生烃类燃料可能成为推动微藻能源产业化的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水生植物快速裂解制备生物油的方法。该方法实现了能源的综合利用，在此过程中无三废的产生，微波裂解产生的各种产物都得到了有效的利用。

本发明的技术方案如下：

本发明的一种水生植物快速裂解制备生物油的方法，是将水生植物烘干，控制水分含量在15%以下，然后送入微波反应器中进行微波裂解，将微波裂解的产物进一步分离，分离为气体、液体和固体。

其中所述水生植物包括微藻。

所述微波裂解的条件为：微波功率范围500-60000W，裂解温度为135-700℃，微波裂解的时间为2-15分钟。微波功率的最佳范围为1000-10000W，裂解温度为400-600℃。

将微波裂解的产物进一步分离，生成的固体直接排出收集，裂解产生的高温气体通过冷凝迅速冷却，可冷凝部分流出收集液体即生物油，不可冷凝部分经分离、干燥收集为气体即可燃气体。

分离出的固体经筛分，细粉用于制备有机肥，粗粉进入微波反应器进行二次裂解。

本发明采用的微波高温催化裂解的方法，具有利用效率高，微波裂解的物料升温迅速的优点，还具有选择性和灵活性、无滞后效应和无污染、可精确地控制和使用等特点；可采用氯化盐或硝酸盐为催化剂（如：氯化镁、氯化锌、硝酸钾等），进行催化裂解，所得生物油成分简单，便于利用。

所述的微藻和水生植物快速裂解制备生物油的方法，还可采用专利用设备进行，专用设备的系统构造如图1所示；所述专用设备的构造为：（1）螺杆推进器（2）进料斗（3）微波发生器（4）微波反应器（5）储渣罐（6）冷凝器（7）储油罐（8）水泵（9）冷却器（10）冷却水罐（11）洗气罐（12）干燥器（13）储气罐（14）燃气发电机（15）干燥系统（16）罗茨风机；利用上述专用设备制备生物油的方法如下：

1)        烘干：先将水生植物投入干燥系统15烘干，控制水分含量在15%以下，由螺杆推进器1将水生植物送入进料斗2，再由螺杆推进的方式送入微波反应器4或将干燥后的水生植物利用真空吸料的方式送入微波反应器4；

2)        微波：微波功率范围500-60000W，微波反应器温度范围为135-700℃，物料在微波反应器内微波裂解的时间为2-15分钟；

3)        固体分离：在微波反应器4下方出口连接储渣罐5收集固体；

4)        气、液分离：水生植物在微波反应器4热裂解产生的高温气体，经过三段冷凝器6得到迅速冷却，可冷凝部分流入储油罐7收集生物油；不可冷凝的气体经洗气罐11，再经干燥器12干燥后流入储气罐13收集可燃气体，然后经燃气发电机14进行发电，发电供整个系统使用，或者直接燃烧供热用于干燥系统15；

5)        冷凝器所需的冷却水由水泵8从冷却水罐10中送入冷凝器6，所回流的冷凝水经冷却器9流回冷却水罐10；