[发明专利]一种藻类和木质生物质共液化制备生物油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种藻类和木质生物质共液化制备生物油的方法，特别涉及一种亚/超临界醇-水共溶剂条件下藻类和木质生物质共液化制备生物油的方法，属于生物质能源及其制备技术领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，人类对化石能源的需求和依赖日益明显。然而，由于过渡的使用煤、石油、天然气等不可再生的化石能源，能源危机及其产生的相关环境问题日益突出。为了确保能源安全，减缓化石能源的使用，开发清洁可再生的生物质能源引起了国内外学者的广泛关注。生物质资源是继煤、石油、天然气之后的第四大能源，其来源广泛、储量丰富，主要包括农业废弃物、林业废弃物及各种藻类生物质，成为最具潜力的生物原料。因而，作为唯一可再生的碳源，如何高效的将生物质资源转化成化石燃料的替代品具有重要的经济效益和环境意义。

热化学转化是将生物质转化为液体燃料最为主要的技术，包括烘培、气化、热裂解和加压液化等。其中，生物质加压液化是在一定的温度和压力下，以水或其它有机溶剂为反应介质，将生物质转化为液体燃料或其它高价值化学物品的一种热化学转化技术，具有转化效率高、无需对原料进行干燥等特点，尤其适合高含水量的藻类生物质的加压液化。通常，以水为介质的加压液化又称水热液化。然而，一方面藻类水热液化所得的液体生物油普遍存在氧含量较高、腐蚀性较大等问题，导致油品较差，限制了其应用范围，另一方面藻类水热液化自始自终存在反应条件苛刻、对设备要求较高等缺点，因而必须对现有的生物质加压液化技术进行优化改善。而采用藻类与其它一些物质共液化可在一定程度上改善液化所得生物油的品质、减缓反应条件的苛刻度、提高转化效率。

本发明提出的亚/超临界醇-水共溶剂条件下藻类和木质生物质共液化制备生物油的方法充分利用了藻类与木质生物质二者相互间的协同作用，并采用醇-水共溶剂作为反应介质，能够有效的提高生物质转化效率和改善液化油的品质，避免了二者单独液化的不足。藻类与木质生物质在化学组分上存在着明显的差别，藻类的主要成分是蛋白质、脂质和多糖，而木质生物质的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。相比于木质生物质，藻类在化学组分上热稳定性较差，更易发生水解。此外，与纤维素和木质素相比，蛋白质和脂质在水热的条件下的转化率明显较高。同时，在亚/超临界水里加入乙醇形成共溶剂能够明显的降低反应体系的临界温度和压力，从而降低反应的苛刻度。

虽然，目前关于藻类与其它物质共液化主要集中在藻类与煤、塑料、橡胶等难降解的物质，而对藻类与木质生物质的共液化的研究却未见报道。因而，本发明公开了一种亚/超临界醇-水共溶剂条件下藻类和木质生物质共液化制备生物油的方法。

发明内容

为了克服目前藻类或木质生物质单独液化所得生物油油品较差及反应条件苛刻等缺点，本发明提出了藻类和木质生物质共液化制备生物油的方法，在亚/超临界醇-水共溶剂条件下实现藻类和木质生物质的共液化，充分利用二者相互间的协同作用，从而得到产油率较高，油品较好的液体生物油，并大大降低反应条件的苛刻度，显著提高反应过程的经济性。

本发明所采用的具体实施步骤为：

（1）将藻类和木质生物质混合物与醇-水共溶剂充分混合形成固液比为1~40g：100ml的浆液，加入高温高压水热反应釜中；

（2）密封高温高压水热反应釜，充入惰性气体或还原性气体调节反应釜内的初始压力，使用磁力搅拌器搅拌并升温至给定温度后进行共液化反应，保持一定反应时间；

（3）待反应结束后，冷却高温高压水热反应釜至室温，收集气体产物，并向液化产物中加入有机溶剂进行萃取；

（4）对萃取后的液化产物进行固液分离，固体进行干燥后得到固体残渣，对液体进一步静置分离得到有机溶剂相与醇-水相；

（5）采用减压蒸馏的方法分别将有机溶剂相中的有机溶剂去除得到液体生物油和醇-水相中的醇去除得到水相产物。

本发明的方法中，步骤（1）中所述藻类为小球藻、杜氏盐藻、浒苔、蓝藻、微拟球藻或螺旋藻中的一种或几种；所述木质生物质为木屑、稻壳、玉米秸秆或油菜秸秆中的一种或几种。

进一步，所述藻类和木质生物质质量比为0：1~5：1，藻类和木质生物质混合物的粒径为0.1~0.5mm。

本发明的方法中，步骤（1）中所述醇-水共溶剂中醇与水的体积比为1：1，醇为甲醇、乙醇或乙二醇中的一种或几种。

本发明的方法中，步骤（2）中所述高温高压水热反应釜中的惰性气体为高纯氮气，还原性气体为氢气，初始压力为2~10MPa，磁力搅拌器速度为800~1200r/min。