[发明专利]生物质液体燃料的间接生产方法和增溶混合方法

说明书

技术领域

本发明是关于生物质液体燃料的间接生产方法和增溶混合方法，特别是间接地获得生物质液体燃料的方法。

背景技术

作为世界经济支柱的石油资源预计在数十年左右将会枯竭，因此，石油替代品的开发研究迫在眉睫。虽然，利用粮食或糖、或植物油生产乙醇、或生物柴油可以作为汽油或柴油的替代品，但是，这导致了车辆用汽油、柴油与民争粮、与粮争地的现象，并且导致了全球粮食的短缺和粮价的全面上涨。为了避免生物燃料的这一缺陷，利用非粮食产品，例如秸秆等农作物废料和废木材作为原料的生物燃料已经成为公认的唯一正确可行的最终解决方案，但是，迄今为止，他们的生产仍然相当昂贵，还难以经济合理地进入消费市场。其结论是，生物质能源的利用的关键不是解决技术问题，而是生物质利用的成本问题。以醇类为载体的生物燃料在技术上已经没有障碍，只是由于生产成本高决定了其实际使用的经济不合理性和不可行性。

生物质的三大有机成分包括纤维素、半纤维素和木质素。纤维素是由葡萄糖高度聚合成的；半纤维素则是戊碳糖，主要是木糖相互聚合成的。通过水解技术，可以将生物质中的纤维素最终降解为可发酵的葡萄糖；把半纤维素降解为戊糖。纤维素乙醇目前被当作最佳液体替代燃料而成为工业生物技术的研究热点。因为生产过程中成本降低的问题需要解决，目前世界上还没有一家工业规模利用纤维质原料生产燃料乙醇的企业。其主要障碍是生物质的预处理成本、酸水解或酶解成本过高、缺乏经济可行的发酵技术。

生物质利用的另外一个领域是糠醛产品的生产。糠醛是由植物纤维原料中的高聚糠(纤维素、半纤维素)在一定温度和催化剂(稀酸)作用下，水解成戊糖(单糖)，戊糖再脱水生成的。农业废弃物生产糠醛的工艺技术分为制取糠醛水溶液和含糠醛水溶液的浓缩蒸馏、除杂净化两个步骤。也有利用有机溶剂萃取方式将糠醛分离出来的方法，如以卤代烃为萃取剂，对糠醛水溶液进行液液萃取，分层分离后，萃取相精馏处理，处理后溶剂循环使用，同时得到糠醛。一般地，农业废弃物经粉碎后，加入催化剂(5-8％稀硫酸溶液)，经高温高压蒸煮后，得到含糠醛的水溶液。其中含水90％以上，还有甲醇、丙酮、乙醇、醋酸、和少量甲醛、乙醛、甲基糠醛等伴生的物质，要经过耗能高的蒸馏浓缩和提纯，最后得到商品糠醛。大多数工厂以硫酸为催化剂，在水解器中通入水蒸气升温加压蒸煮，林业、草业、农副产品的下脚料玉米芯、棉籽壳、甘蔗渣、油茶壳、向日葵籽壳、稻壳、稻草、麦草和高粱壳等植物纤维中的多聚戊糖水解成戊糖，戊糖脱去三个分子水而生成糠醛。

植物纤维水解时生成戊糖(五碳糖)外，还生成甲基戊糖和己糖(六碳糖)等。在戊糖脱水生成糠醛的同时，甲基戊糖脱水生成甲基糠醛随水蒸气与糠醛一起从水解器中蒸出，已糖脱水生成羟甲基糠醛残留在水解器中或进一步分解生成乙酰丙酸随水蒸气从水解器中蒸出。

类似地，葡萄糖有α-葡萄糖和β-葡萄糖两个异构体，它们与链式结构A存在平衡，通过链式结构A可生成大量的四氢呋喃类物质，经过脱水反应后生成5-羟甲基糠醛，5-羟甲基糠醛受热后再生成5-甲基糠醛、糠醛和其它呋喃类物质，因此 糠醛、5-甲基糠醛和5-羟甲基糠醛是葡萄糖的主要裂解产物。有最新报道称，借助离子液体，使用金属铬的氯化物作为催化剂，可以以70％的产率从葡萄糖制得羟甲基糠醛，以90％的产率从果糖制得羟甲基糠醛，以及将植物中的果糖高效快速转化成一种新型液体生物燃料-二甲基呋喃的技术。

另外，尚有快速热解生物质生产出燃料油的方法。快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，控制加热速率和反应温度，生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40％～60％。而常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600℃的中等温度及中等反应速率(0.1～1℃/s)条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20％～25％的生物质炭及10％～20％的生物油。生成的液体产物中一般含有醋酸、木焦油和甲醇等。最新报道还有催化热解的方法，该方法是利用一种名为“ZSM5”的固体催化剂快速加热纤维素，使其分解生产接近汽油组分的液体燃料。

发明内容