利用螺杆挤压机制备生物燃油和可燃气的方法

摘要

本发明属于生物质综合利用技术领域，特别是将螺杆挤压机用于生物质热转化工艺过程中制备生物燃油(包含汽油、柴油、煤油馏份)和可燃气，从而提供一种利用螺杆挤压机制备生物燃油和可燃气的方法。采用螺杆挤压机，对含水的生物质原料进行压缩推进，通过调节生物质原料在螺杆挤压机加热区域的停留时间，进而得到低含氧量，高热值的生物燃油和可燃气。可燃气的产量约占原料的50～70％，生物燃油的产量约占原料的10～20％，所获得的生物燃油的热值约是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。

权利要求

1.一种利用螺杆挤压机制备生物燃油和可燃气的方法，其特征是：将含有8～10％水的生物质原料从螺杆挤压机的料斗连续加入螺杆挤压机内，反应温度在250～680℃，升温速率10～30℃/min，在反应温度下生物质原料停留时间为1分钟～3小时；同时收集反应温度下所产生的气体和固体，直接将气体和固体分离；气体再通过冷凝装置分离出生物燃油及可燃气；

所述的生物质原料是草本植物、木本植物或它们的任意混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的生物燃油的热值是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述的生物燃油组分包含汽油、柴油、煤油馏份。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的可燃气组分包含H2、CO、CH4。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的草本植物、木本植物的长度小于30mm。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征是：所述的草本植物选自农作物秸秆、芦苇、荻苇、芒杆、竹子、草坪的草屑中的一种或大于一种的混合物。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述的农作物秸秆选自稻草、麦草、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、红薯秧中的一种或大于一种的混合物。

8.根据权利要求1或5所述的方法，其特征是：所述的木本植物选自树木的落叶、木屑或它们的任意混合物。

说明书

技术领域

本发明属于生物质综合利用技术领域，特别是将螺杆挤压机用于生物质热转化工艺过程中制备生物燃油(包含汽油、柴油、煤油馏份)和可燃气，从而提供一种利用螺杆挤压机制备生物燃油和可燃气的方法。

背景技术

袁振宏、吴创之等人编著《生物质能利用原理与技术》一书(第五章第一节，149～153页)指出，目前，螺杆挤压生物质的技术被广泛应用于生物质压缩成型的工艺过程中，未见到应用于生物质热化学转化过程的报道。而生物质热化学转化制备液体燃料及可燃气的装置，在袁振宏、吴创之等人编著《生物质能利用原理与技术》一书(第八章第二节，296～299页)中有较为详细的介绍：主要有气流床裂解装置、快速流化床裂解装置、真空裂解装置、漩涡烧蚀裂解装置、旋转锥裂解反应装置、喷动床裂解装置等。以上反应器一般结构比较复杂，操作工艺繁琐，装置体积较大；另外，(《太阳能学报》，第23卷第1期，2002年2月，王树荣等，生物质闪速热裂解制取生物油的实验研究)通过以上反应装置所得到的生物油含有较多的含氧化合物(醛，酮，酸，酯等)，因此含氧量较高，热值较低。如通过气流床裂解器裂解生物质所得的液体产物油的热值仅24.57MJ/h。

发明内容

本发明的目的在于克服现有生物质热转化过程中，反应装置体积较大，耗载气，以及所产生物燃油热值低，含氧量高等的不足，提供一种利用螺杆挤压机制备生物燃油和可燃气的方法，从而将螺杆推进(挤压)技术与生物质的低温热转化技术结合起来制备生物燃油及可燃气。
本发明的利用螺杆挤压机制备生物燃油和可燃气的方法，是采用螺杆挤压机，对生物质原料进行压缩推进，通过调节螺杆的转速，来控制生物质原料在加热区域的停留时间，避免生物质原料反应不完全或者反应过度，进而得到低含氧量，高热值的生物燃油和可燃气。
本发明是通过如下措施来实现的：将含有8～10％水的生物质原料从螺杆挤压机的料斗连续加入螺杆挤压机内(挤压机反应段及预反应段配有升温、保温装置)，反应温度在250～680℃，升温速率10～30℃/min，在反应温度下生物质原料停留时间约为1分钟～3小时；同时收集反应温度下所产生的气体(包括可燃气和生物燃油)和固体，直接将气体和固体分离；气体再通过冷凝装置(低于50℃)分离出生物燃油及可燃气。可燃气的产量约占原料的50～70％，生物燃油的产量约占原料的10～20％，生物燃油的热值约是30～46MJ/kg，氧含量＜6％。
所述的生物燃油组分包含汽油、柴油、煤油馏份。
所述的可燃气组分包含H2、CO、CH4。
本发明所述的生物质原料是农作物秸秆、草本植物、木本植物等或它们的任意混合物。为了获得更高的生物燃油及可燃气的产量，可将农作物秸秆、草本植物或木本植物等生物质原料粉碎长度小于30mm。
所述的农作物秸秆选自稻草、麦草、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、红薯秧等中的一种或一种以上的混合物；所述的草本植物选自芦苇、荻苇、芒杆、竹子、草坪的草屑等中的一种或一种以上的混合物；所述的木本植物包括树木的落叶、木屑等或它们的任意混合物。
本发明将螺杆挤压机用于制备生物燃油和可燃气，此制备方法得到的生物燃油的含氧量低，热值高。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1.本发明实施例1所得到的生物燃油样品与市售汽油、柴油、煤油混样的色谱分析图。

具体实施方式

实施例1.
将粉碎稻草原料(0.5～0.8mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶3)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过单螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制反应温度在270℃，稻草停留时间为20min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的65％。生物燃油约19％，热值约39.8MJ/kg，氧含量＜6％。
从附图中可以看出所得到的生物燃油的色谱峰与市售汽油、柴油、煤油混合样的色谱峰基本重叠。通过质谱峰分析的结果，所得到的生物燃油的主要成份是：
(1)碳氢化合物主要有：癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷、二十烷、二十一烷、二十二烷、甲基环己烷、丙基环戊烷、环戊烷、1，2，3-三甲基-环戊烯、2-乙基-3-甲基环戊烯、甲苯、乙基苯、1，3-二甲基苯、二甲苯、1-乙基-4-甲基苯、1，2，4-三甲基苯、2-乙基苯、1-乙基-2、3-二甲基苯、2-丁烯基苯、3甲基-2丁基苯、1，4，6-三甲基萘等。
(2)含氧化合物主要有：2-甲基苯酚、4-甲基苯酚、2，5-二甲基苯酚、2，4-二甲基苯酚、3-乙基苯酚、4-乙基苯酚等。
从而证明此方法所得到的生物燃油是以汽油、柴油、煤油馏份为主。
实施例2.
将粉碎玉米秆原料(1.0～1.5mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶5)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过单螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在320℃，停留时间为60min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的52％，生物燃油约15％，热值约40MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例3.
将粉碎的大豆秸秆(10～15mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶4)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过双螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在350℃，停留时间为30min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的65％，生物燃油约17％，热值约38.5MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例4.
将粉碎的稻草原料(5.5～10mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶8)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过单螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在420℃，停留时间为90min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的50％，生物燃油约16％，热值约42MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例5.
将粉碎红薯秧(18～25mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶15)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过双螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在480℃，停留时间为150min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的40％，生物燃油约14％，热值约38MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例6.
将粉碎麦草原料(10～20mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶6)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过双螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在550℃，停留时间为60min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的50％，生物燃油约16.7％，热值约40MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例7.
将木屑(2.8～10mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶10)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过双螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在650℃，停留时间为150min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的60％，生物燃油约17.2％，热值约38MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例8.
将粉碎的树木落叶(8.8～18mm)与适量水混合均匀进料(重量比10∶12)，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过单螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在420℃，停留时间为30min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的60％，生物燃油约17.2％，热值约38MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例9.
35g芦苇粉碎(1.8～10mm)与40ml水混合均匀，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过单螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在420℃，停留时间为1小时。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的55％，生物燃油的产量约为18％。热值为37.2MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例10.
40g草坪的草屑粉碎(2.0～10mm)与28ml水混合均匀，从螺杆挤压机的料斗连续加入，通过单螺杆挤出机推进，升温速率10～30℃/min，控制温度在450℃，停留时间为30min。将得到的气体和固体分离；气体经冷凝器冷凝后，得到可燃气的产量约占原料的62％，生物燃油的产量约为18％。热值为39.1MJ/kg，氧含量＜6％。