[发明专利]一种脱除生物油中水和酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱除生物油中水和酸的方法，特别涉及一种利用分子蒸馏脱除生物油中水和酸的方法。

背景技术

生物质热解制取生物油被认为是一项对解决当前能源和环境危机，尤其是液体燃料短缺较好的技术之一。生物质热解液化技术自上世纪80年代问世以来发展迅速，国际上现已研究开发出了多种热解反应器，有些已进入示范应用阶段，如加拿大DynaMotive Energy Systems于2006年建成了日处理100吨木屑的热解液化工业示范装置，生物油产率在60％(质量百分含量)以上，油品用于燃烧发电。

我国自上世纪90年代中期沈阳农业大学最早开展生物质热解液化研究以来，该项技术获得了长足进步，如中国科学技术大学利用热解副产物炭粉和可燃气的燃烧热为热解热源，成功研制出处理能力从20kg/h到120kg/h不同规模的自热式热解液化试验装置，并于2007年3月在合肥蜀山工业园建成一座处理能力为800kg/h的热解液化产业化中试装置，所产生物油被当地一家具厂用于锅炉燃烧生产蒸汽。

生物质中的水以3种方式存在，分别为：①以液膜的形式包裹在生物质颗粒的四周，这部分水很容易通过干燥的方式除去；②以吸附水的形式存在于生物质颗粒内部的微孔道中，较大微孔道中的水份可以在100℃以上的氛围中持续1～2小时后脱除，但较细小微孔道中的水份就很难脱除；③以氢键的方式和生物质中纤维素、半纤维素结合，在常规的干燥条件下，这部分水份几乎不可能被脱除。

通过快速热裂解技术将生物质裂解为生物油的过程中，部分第二种形式的水和绝大部分第三种形式的水会进入生物油中，同时，在热解过程中还会产生水也一同进入生物油中。一般情况下生物油中的水份含量为20～30％(质量百分含量)，这部分水份的存在会大幅度的降低生物油的热值，降低生物油的使用等级和缩小使用范围。

在生物质组成结构中含有乙酰基，尤其是在半纤维素中含量较高，这些乙酰基在生物质快速热解制取生物油的过程中会断裂生成乙酸等酸类物质。生物油中酸的含量为7～18％(质量百分含量)，这些酸使得生物油的腐蚀性较强，特别是随着使用温度的升高，腐蚀性急剧增加，同时，这些酸又对生物油的缩合反应具有催化作用。较大数量酸的存在限制了生物油的使用。

一般情况下生物油中含有20～30％(质量百分含量)和7～18％(质量百分含量)的水和酸，这些水和酸的存在大大的降低了生物油的使用等级、缩小了其使用范围。加热蒸馏是常用的分离水、酸的方法，但生物油组成复杂、热稳定性差，加热到80℃以上，其黏度明显增加，而且直接加热蒸馏，极易发生爆沸、结焦，残余大量暗褐色固体。同时，这部分水、酸和生物油中的其它组分形成乳化液，因此无法采用常规的加热蒸馏法脱除生物油中的水和酸。

发明内容-

为了解决生物油中水分多、酸含量高，且由于生物油具有高沸点和高热敏性特点造成的分离困难的问题，本发明提供一种脱除生物油中水和酸的方法。

本发明所提供的脱除生物油中水和酸的方法，是利用分子蒸馏的方法，在冷面温度为-15-5℃，热面温度为20-90℃的条件下，蒸馏生物油，去除冷面馏出物，收集热面残留液。

上述方法中，所述热面与冷面的距离为15～60mm，优选为15～40mm，最优选为15～25mm。

所述方法中，所述蒸馏的压力为10-1000Pa。

所述热面温度优选为20-70℃；最优选为为40-60℃，特别优选为50-60℃，比如50℃或60℃。

所述分子蒸馏的方法可以用分子蒸馏器，具体可为降膜式分子蒸馏器、刮膜式分子蒸馏器或离心式分子蒸馏器。

所述进料速率可为每1m²的热面面积10L/h以下，但不包括0L/h；优选为每1m²的热面面积2-10L/h。

所述生物油是以生物质为原料通过各种热解方式，如：快速、中速热解，获得的液体组分。所述生物质包括陆生植物、水生植物、城市有机垃圾、人畜粪便等。

本发明利用分子蒸馏方法脱除生物油中水和酸的原理和效果：

①生物油是由水、焦及含氧有机化合物等组成的一种乳浊液，其组成与结构非常复杂，包括有碳链长短不一的有机酸、醛、酯、缩醛、半缩醛、醇、烯烃、芳烃、酚类、蛋白质、含硫化合物等，且热敏性很高；分子蒸馏分离是建立在不同物质平均自由程不同基础上的一种完全非平衡蒸馏，只要冷热两面之间的距离和系统压力适宜，就可在任何温度下进行分离，因此，可以在较低的温度下既分离生物油中的水和酸，又避免了生物油缩合缩聚反应强烈的发生。