[发明专利]基于微波活化和热解气再循环制取高品质生物油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微波活化和热解气再循环制取生物油的方法，即通过生物质原料的微波活化预处理和循环利用快速热解产生的热解气制取高品质生物油的方法。

技术背景

生物质快速热解技术在中温、高升温速率和短停留时间下进行，生物油能量密度较高，易于储存和运输，含有很多有价值的化学品和化学中间体，该技术颇具发展潜力和应用前景。

快速热解条件非常苛刻，生物油化学组分十分复杂，其中的水分和羰基化合物主要来源于生物质中的半纤维素和纤维素，高的水分含量不仅降低了生物油的热值，也容易使生物油发生分层现象；羰基化合物包含酸、酮、醛等，具有较强的反应活性，导致生物油稳定性变差。生物油中的固体颗粒物主要由热解焦颗粒、灰分和高分子聚合物等组成，固体颗粒物的存在增大了生物油粘度，加速生物油老化，降低生物油稳定性。因此有必要去除生物油中的水、羰基化合物、固体颗粒物等不稳定组分，提升生物油的品质，促进生物油的实际应用。

生物油品质提升方法包括催化提质（末端改善）、原料预处理（源头控制）和反应控制（过程控制）。CN1432626A公开了一种催化裂解精制生物油的方法，在催化裂解反应器中以HZSM-5作为催化剂对生物油进行催化裂解，去除生物油中的氧以提升其品质，但催化提质工艺存在催化剂易失活，操作复杂等问题。生物质原料组成和化学结构直接影响着生物油的组成和特性，原料预处理可从源头调控生物油化学组成，其中的化学预处理虽对生物油的性质有所改善，但预处理后需干燥处理，操作复杂，能耗较大。而热处理操作相对简单，其中低温热解（烘焙）是目前使用较多的生物质预处理方法，低温热解基于生物质主要组分的热解温度区差异在低温下对生物质进行选择性热解，使其中的大部分半纤维素分解，从而减少了快速热解阶段水分和羰基化合物的产生，降低了生物油中不稳定组分的含量。CN101693845A公开了一种生物质选择性热解制取高品质生物油的方法，采用螺旋热解反应器、浅床流化床和深床流化床三级热解系统制取化学品和生物油，降低生物油中水分含量，提高热值。但在螺旋热解反应器热解过程中，由于常规加热方式下传热速率较慢，原料受热不均匀，纤维素易出现交联炭化，木质素成焦反应加剧，热选择性较差。目前快速热解技术的反应过程控制主要对快速热解的工艺条件包括进料速率，流化气速、反应温度以及停留时间等进行优化，可以提高生物油产率，但生物油品质得不到明显改善，另外热解过程中产生的固体颗粒物对生物油的品质影响较大，快速热解过程中多采用旋风分离的方式脱除热解蒸汽中的固体颗粒，但旋风分离无法有效分离具有较小粒径的固体颗粒（2-3μm以下），导致生物油中的固体颗粒含量较高，由于生物油粘度大，直接液相过滤难度较大，操作复杂。因此需要开发更有效的快速热解反应过程控制技术，以提高生物油品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、操作简便、适应性强的生物质快速热解制取高品位生物油的方法。

生物油能量密度较高，易于储存和运输，但组分非常复杂，稳定性差，限制其实际应用。高效、低成本地去除不稳定组分是生物油品质提升技术的关键。催化提质工艺复杂，催化剂易失活，经济性较差；原料预处理可从源头调控生物油化学组成，降低生物油中不稳定组分的含量，但现有原料预处理技术效果不明显，而微波活化预处理可以实现生物质组分选择性热解，提高预处理效果；反应过程控制是决定生物油品质的重要环节。本发明为了解决现有技术存在的不足，提供了一种新的快速热解技术，通过微波活化预处理改变生物质原料的化学组成，最大限度去除其中的半纤维素组分，获得活化固体产物，然后对活化固体产物进行流化床快速热解，并对热解反应过程进行控制，采用热解气再循环和原位过滤相结合有效去除生物油中水分、羰基化合物以及固体颗粒物等不稳定组分，提高生物油品质。

本发明在对现有的热解工艺条件进行优化的基础上，采用热解气再循环为微波活化产物的快速热解提供反应性气氛，减少羰基化合物等不稳定组的生成，同时辅助以原位过滤脱除其中的固体颗粒物，最终制取的生物油不稳定组分含量低，热稳定性好，热值高，储存运输过程不易变质，燃烧性能好。

本发明基于微波活化和热解气再循环制取高品质生物油的方法，包括以下步骤：