[发明专利]一种植物生物质和废弃聚酯混合超临界流体液化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物生物质和废弃聚酯再利用的方法；尤其是在超临界 流体的作用下，利用植物生物质和废弃聚酯的协同液化作用，制备生物油的 方法，具体为一种植物生物质和废弃聚酯混合超临界流体液化制备生物油的 方法。

背景技术

随着人类社会的发展，人们对石油，天然气和煤的消耗量不断增大。化 石燃料的大量消耗，不仅引起了温室效应，产生了酸雨，同时使空气的质量 变差，严重威胁着人类的生存环境。因此，开发利用可再生能源走可持续发 展的能源道路已经引起各国政府高度重视。近几年，随着超临界技术的不断 成熟，超临界流体的优良特性引起越来越多的科研人员的关注，并被广泛用 于制药，化工和材料等行业；同时其优良特性也被用于生物质能的开发，并 显现出广阔的开发前景。生物质属于植物固定的太阳能，我国每年可用于生 产生物油的生物质有几十亿吨；每年工业和日常生活中会产生的聚酯垃圾有 几百万吨，如果这些物质处理不当不仅会污染环境，还是对太阳能资源和石 油资源的严重浪费。

由于生物质资源丰富、可再生性强、有利于改善环境、可持续性和物质 性等优点，生物质资源的开发利用受到科学家们的极大关注。正如中国科学 院和中国工程院院士石元春教授所说：“现在全球替代能源有风能、核能、太 阳能、生物质能等，但前3种能源没有物质性生产能力，不能完全替代石油， 因为石油衍生产品有2000多种。唯一可以完全替代石油的就是生物质能，其 衍生产品也可达到2000多种”。生物质能的合理利用，可以保持自然界的碳平 衡，不仅有利于农业、林业和工业的发展，而且对抑制温室效应，保护生态 环境有重要意义。

自20世纪70年代以来，人们开始生物质热解液化技术的开发，虽然取得 了很大的成就，但在许多方面仍然存在问题，如：到目前为止，由于各种热 解技术不够完善，得到的生物油含氧量高、热值低等都不能代替石油；精制 技术不完善；缺少性能好、转化率高、结焦率低的催化剂；液化机理研究不 够透彻；生物质热解研究仅处于中试阶段，缺少高效反应器，生物油生产成 本过高等。因此，由于技术不够成熟，生物质热裂解生产生物油尚未得到大 规模工业化应用。

生物质的溶剂液化近几年研究较热，人们为了降低液化条件，采用碳酸 乙烯酯、多元醇和苯酚等作为液化溶剂，但由于液化成本过高，很难实现工 业化生产；水作为液化溶剂成本较低，但水的液化效果较差，超临界条件较 高，对设备的承压负荷要求较高。于是，人们开始了对C1～C4的一元醇作为 液化剂的液化研究。但是单独液化植物生物质仍然存在植物生物质液化率低， 结焦率高，液化温度和压力高等问题，工业化生产面临较大困难。

发明内容

本发明的目的之一是克服原有植物生物质和废弃聚酯液化技术中液化温 度和压力高、液化剂用量大、液化成本高和生物质液化率低的不足，提供一 种植物生物质和废弃聚酯利用的新方法，即一种高效的植物生物质和废弃聚 酯混合超临界流体液化制备生物油的新方法。

按照本发明提供的技术方案，所述植物生物质和废弃聚酯混合超临界流 体液化制备生物油的方法包含如下步骤：

a₁、将植物生物质、聚酯、催化剂和液化剂置于带有搅拌器的反应釜中， 液化剂选用C1～C4的一元醇，催化剂的用量为植物生物质质量的1％～10％， 液化剂的加入量为植物生物质与聚酯质量之和的4～8倍，植物生物质与聚酯 质量之比为2/1～2/4，将反应釜升温至230～280℃、加压至5～8MPa，并在此 状态下保温5～40min；

b₁、将步骤a₁液化完成后，待其自然冷却到100℃时，通冷却水，使反 应釜冷却至室温，将反应釜内的混合反应物用布氏漏斗过滤，再用有机溶剂 对所得滤液和残渣进行萃取和抽提，将所得萃取液和抽提液用旋转蒸发仪在 35～40℃条件下进行蒸馏，蒸馏后留在蒸馏烧瓶中的产物即为生物质液化油。

所述的催化剂为碳酸钠、氢氧化钠、硫化钠、质量百分浓度为98％的浓 硫酸或磷酸。

所述的聚酯为聚碳酸酯、酚醛树脂、聚苯乙烯树脂或ABS塑料。

所述的液化溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇。

所述的萃取和抽提所用的有机溶剂为氯仿、四氯化碳、苯或甲苯。

所述的植物生物质为含有纤维素、半纤维素和木质素的木质纤维类物质， 如：麦草秸杆、水稻秸杆、玉米秸秆和木材废料(锯末、枝桠材等)。