專利名稱：生物質(zhì)液化油及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物工程與能源領(lǐng)域，特別涉及生物質(zhì)液化油及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，能源短缺與環(huán)境污染已成為我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù) 發(fā)展的兩大瓶頸。這就要求我們在不斷提高能源利用效率的同時(shí)，還必須加快可再生能源 的開發(fā)利用進(jìn)程，并尋求一種使廢物實(shí)現(xiàn)資源化的解決途徑。 餐廚垃圾，俗稱泔腳，是居民在生活消費(fèi)過程中形成的生活廢物，廚余垃圾的主要 成分包括米和面粉類食物殘余、蔬菜、動(dòng)植物油、肉骨等，從化學(xué)組成上，有淀粉、纖維素、蛋 白質(zhì)、脂類和無機(jī)鹽等。 隨著人們生活水平的提高和和全球人口的迅速增長，餐廚垃圾的產(chǎn)量呈現(xiàn)明顯的 增長趨勢，由于餐廚垃圾容易發(fā)酵、變質(zhì)、腐爛，不僅會(huì)產(chǎn)生大量的毒素，散發(fā)惡臭氣體，還 會(huì)污染水體和空氣，危害人們的身心健康。但是餐廚垃圾與其他生活垃圾相比，具有易腐 爛、有機(jī)物及油脂含量高、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，回收利用使其資源化意義深遠(yuǎn)，是通過熱化學(xué) 轉(zhuǎn)化方法制備生物質(zhì)液化油的上等原料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供生物質(zhì)液化油及其制備方法，利用該方法得到的生物質(zhì)液 化油具有產(chǎn)率高、熱值高、含氫量高、含氧量低等特點(diǎn)。 本發(fā)明提供的生物質(zhì)液化油的制備方法，是將餐廚垃圾熱解，得到生物質(zhì)液化油。
上述的餐廚垃圾經(jīng)除雜后(即剔除骨頭等硬物后的餐廚垃圾)，其含水率為 50%-80% (質(zhì)量百分比)，脂肪質(zhì)量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例為5%_10%，蛋白質(zhì)質(zhì) 量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例為10% _25%，碳水化合物質(zhì)量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的 比例為3-10%。 上述熱解在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行，所述保護(hù)性氣氛是將載氣通入反應(yīng)釜后得到的還 原性氣氛或惰性氣氛。熱解反應(yīng)時(shí)，向反應(yīng)釜內(nèi)通入載氣，驅(qū)趕空氣，可避免原料與反應(yīng)釜 內(nèi)的氧氣發(fā)生反應(yīng)，防止生物質(zhì)液化油的產(chǎn)率降低。 上述還原性氣氛所用的載氣為還原性氣體，該還原性氣體可為氫氣或一氧化碳， 還可以為一氧化氮；惰性氣氛所用的載氣可以是惰性氣體或氮?dú)狻?上述熱解的反應(yīng)溫度為230°C -600°C ;所述熱解的反應(yīng)時(shí)間為0-70分鐘，不包括 0分鐘。 上述熱解的條件是下述1)_6)中的任一種
1)溫度是275°C _335°C，反應(yīng)時(shí)間是10-30分鐘；
2)溫度是280°C _300°C，反應(yīng)時(shí)間是15-25分鐘；
3)溫度是300°C，反應(yīng)時(shí)間是25分鐘；
4)溫度是295°C，反應(yīng)時(shí)間是23分鐘；
5)溫度是285°C，反應(yīng)時(shí)間是18分鐘；
6)溫度是290。C，反應(yīng)時(shí)間是20分鐘。 上述熱解的反應(yīng)中可加入催化劑，該催化劑與所述餐廚垃圾的固體含量的質(zhì)量之
比為(o-20) : 100，優(yōu)選比值是(i-i5) : ioo ;加入的催化劑可為碳酸鹽；該碳酸鹽可以為
碳酸鉀或碳酸鈉。 利用本發(fā)明提供的方法制備的生物質(zhì)液化油也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。 本發(fā)明的另一目的在于提供生物質(zhì)液化油作為生物質(zhì)燃料的應(yīng)用。 本發(fā)明的又一目的在于提供生物質(zhì)液化油在制備柴油、汽油或煤油中的應(yīng)用。將
本發(fā)明提供的生物質(zhì)液化油通過常規(guī)方法加工得到柴油、汽油或煤油。 本發(fā)明提供的生物質(zhì)液化油的制備方法，是通過餐廚垃圾在液化裝置中反應(yīng)，經(jīng) 冷卻、排除多余氣體后得到生物質(zhì)液化油。該方法制備生物質(zhì)液化油達(dá)到了 1 : 3的能量 輸入輸出效率。本發(fā)明還具有以下有益效果 1、利用餐廚垃圾生物質(zhì)液化可獲得高質(zhì)量的生物質(zhì)液化油，且生物質(zhì)液化油的產(chǎn) 出率很高。以木材、農(nóng)作物秸稈為原料的快速熱解得到的生物質(zhì)液化油的氫含量為6. 2%， 氧含量為37. 3%，而本發(fā)明得到的平均值氫含量為8. 3%，氧含量為11. 9%，所以餐廚垃圾 生物質(zhì)液化油的H(氫)含量比木材或農(nóng)作物秸稈的生物質(zhì)液化油高，但O(氧)含量則較 低，并且氫和碳的摩爾比為1 : (1.4-2.0)，因此餐廚垃圾生物質(zhì)液化油的熱值更高，平均 熱值高達(dá)34. 47MJ/kg，同時(shí)較為穩(wěn)定。 2、利用餐廚垃圾生物質(zhì)液化制備的生物質(zhì)液化油具有良好的市場前景和環(huán)境效 益。產(chǎn)生得到的生物質(zhì)液化油可以用作生物質(zhì)燃料。反應(yīng)后廢水含有大量的N、P、K等元素， 經(jīng)簡單處理后可成為優(yōu)質(zhì)肥料，剩余固體小于原料總固體的5. 2%，氣態(tài)產(chǎn)物主要為C02。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
下述實(shí)施例中，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。 實(shí)驗(yàn)所用的餐廚垃圾來自中國人民大學(xué)食堂，對(duì)餐廚垃圾桶內(nèi)的餐廚垃圾進(jìn)行充 分?jǐn)嚢瑁旌暇鶆蚝笥萌庸ぞ卟蓸?，樣品中主要包括蔬菜、肉、魚、主食(米飯、面食)。
術(shù)語"含水率"是餐廚垃圾中水的質(zhì)量與餐廚垃圾的總質(zhì)量的比例；"脂肪含量" 是指餐廚垃圾中脂肪的質(zhì)量與餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例；"蛋白質(zhì)含量"是指餐廚垃圾中 蛋白質(zhì)的質(zhì)量與餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例；"碳水化合物含量"是指餐廚垃圾中碳水化合 物的質(zhì)量與餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例。 實(shí)施例1、未加入催化劑，不通入載氣制備生物質(zhì)液化油
— 、生物質(zhì)液化油的制備 1、將采集到得餐廚垃圾剔除骨頭等硬物后用食物粉碎機(jī)將其充分粉碎，再稀釋成 固體含量為20%的(質(zhì)量百分比)原料(即含水率為80%的原料)，作為待用樣品。其中， 脂肪含量為5 % ，蛋白質(zhì)含量為10 % ，碳水化合物含量為3.16%。 2、餐廚垃圾的熱解將800g樣品裝入帶攪拌槳的2升高壓反應(yīng)釜內(nèi)，密封。反應(yīng) 溫度為285tV恒溫反應(yīng)18分鐘后開始冷卻，待溫度降低到35t:時(shí)卸下排氣閥，取出反應(yīng)所 得的生物質(zhì)液化油。剩余含有N、P和K的污水經(jīng)處理后可作為肥料。
二 、生物質(zhì)液化油的品質(zhì)分析
1、生物質(zhì)液化油的熱值 按照《石油產(chǎn)品熱值測定》(GB/T384-81)提供的方法檢測由餐廚垃圾制備的生物 質(zhì)液化油的熱值，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，平均熱值達(dá)34. 12MJ/kg。利用本實(shí)施例上述步驟一提供的 方法制備的生物質(zhì)液化油，其能量輸入輸出效率達(dá)l : 3。
2、生物質(zhì)液化油的產(chǎn)率分析 將得到的由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油除以原料的總揮發(fā)性固體的質(zhì)量，得到 生物質(zhì)液化油的產(chǎn)率，達(dá)50%。其中，揮發(fā)性固體(VS)表示三種物質(zhì)(水樣中的懸浮物、膠 體和溶解性物質(zhì))中的有機(jī)物。 揮發(fā)性固體的質(zhì)量計(jì)算方法將瓷坩堝洗凈并在60(TC馬弗爐中灼燒lh，取出冷 卻，取原料樣品置于坩堝中，然后放入干燥箱內(nèi)在105°C 士2t:下干燥至恒重，得到的是總 固體的質(zhì)量，記作a克，將干燥后的樣品放入馬弗爐中，在60(TC灼燒2h，取出冷卻稱重，得 到的質(zhì)量記作b克，則總揮發(fā)固體質(zhì)量二 (a-b)克。
2、生物質(zhì)液化油的含氫量、含氧量分析 按照《石油工業(yè)新技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊》提供的方法測定生物質(zhì)液化油的含氫量 和含氧量。 實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的含氫量平均高達(dá)7. 6%，比木材 或農(nóng)作物秸稈的生物質(zhì)液化油中的含氫量(6. 2% )高；由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的 含氧量平均為12. 9%，比木材或農(nóng)作物秸稈的生物質(zhì)液化油中的含氧量(37. 2% )低。
實(shí)施例2、未加入催化劑，以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)性氣體制備生物質(zhì)燃料油
— 、生物質(zhì)液化油的制備 1、將采集到得餐廚垃圾樣品剔除骨頭等硬物后用食物粉碎機(jī)將其充分粉碎，并稀 釋成固體質(zhì)量含量為20% (即含水率為80%)的總固體含量的原料。其中，脂肪含量為 7%，蛋白質(zhì)含量為15%，碳水化合物含量為4.20%。 2、餐廚垃圾的熱解將800克樣品裝入帶攪拌槳的2升高壓反應(yīng)釜內(nèi)，密封。將氮 氣通入高壓反應(yīng)釜以驅(qū)趕空氣，使餐廚垃圾在惰性氣體中熱解，反應(yīng)溫度為29(TC，恒溫反 應(yīng)20分鐘后開始冷卻，帶溫度降低到35t:時(shí)卸下排氣閥，取出生物質(zhì)液化油。剩余含有N、 P、 K的污水經(jīng)處理后可作為肥料。
二、生物質(zhì)液化油的品質(zhì)分析
1、生物質(zhì)液化油的熱值 按照實(shí)施例一提供的方法檢測由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的熱值，實(shí)驗(yàn)重復(fù) 3次，平均值達(dá)34. 39MJ/kg。利用本實(shí)施例的步驟一提供的方法來制備生物質(zhì)液化油，其能 量輸入輸出效率達(dá)l : 3。
2、生物質(zhì)液化油的產(chǎn)率分析 按照實(shí)施例一提供的方法測定生物質(zhì)液化油的產(chǎn)率，達(dá)到52% 。
1 、生物質(zhì)液化油的含氫量、含氧量分析 按照實(shí)施例一提供的方法測定生物質(zhì)液化油的含氫量和含氧量。 實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的含氫量平均高達(dá)8. 1%，比木材
或農(nóng)作物秸稈的生物質(zhì)液化油中的含氫量(6. 2% )高；餐廚垃圾的生物質(zhì)液化油的含氧量為12. 0%，比木材或農(nóng)作物秸稈的生物質(zhì)液化油中的含氧量(37. 2% )低。
實(shí)施例3、加入催化劑，以氫氣為載氣制備生物質(zhì)燃料油
— 、生物質(zhì)液化油的制備 1、收集餐廚垃圾，將餐廚垃圾制成固體質(zhì)量含量為25% (即含水率為75% )的 總固體量的原料，待用。其中，脂肪含量為10 % ，蛋白質(zhì)含量為20 % ，碳水化合物含量為 6. 37%。 2、將600克的原料及3克的催化劑(碳酸鈉)送入帶攪拌槳的2升高壓反應(yīng)釜內(nèi)
(即催化劑與餐廚垃圾的固體含量的質(zhì)量之比為3 : 600*25%= 2 : 100)，密封。用氫氣
驅(qū)趕反應(yīng)釜內(nèi)的空氣，碳酸鈉作為催化劑，反應(yīng)溫度為295tV恒溫反應(yīng)23分鐘后，冷卻，當(dāng)
溫度降低到4(TC時(shí)，卸下排氣閥，得到餐廚垃圾的生物質(zhì)液化油。剩余含有N、 P和K的廢
水經(jīng)處理后可作為肥料。 二 、生物質(zhì)液化油的品質(zhì)分析 1、生物質(zhì)液化油的熱值 由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的熱值(按照實(shí)施例一提供的方法檢測)，實(shí)驗(yàn) 重復(fù)3次，平均熱值達(dá)34. 64MJ/kg。利用本實(shí)施例的步驟一提供的方法來制備生物質(zhì)液化 油，其能量輸入輸出效率達(dá)l : 3。
2、生物質(zhì)液化油的產(chǎn)率分析 按照實(shí)施例一提供的方法計(jì)算由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的產(chǎn)率，達(dá)55%。
1 、生物質(zhì)液化油的含氫量、含氧量分析 按照實(shí)施例一提供的方法測定生物質(zhì)液化油的含氫量、含氧量，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，由
餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的含氫量平均高達(dá)8. 5%，比木材或農(nóng)作物秸稈的生物質(zhì)液
化油中的含氫量(6. 2% )高；餐廚垃圾的生物質(zhì)液化油的含氧量為11. 2%，比木材或農(nóng)作
物秸稈的生物質(zhì)液化油中的含氧量(37. 2% )低。 實(shí)施例4、加入催化劑，以氦氣為載氣制備生物質(zhì)液化油 — 、生物質(zhì)液化油的制備 1、收集餐廚垃圾，測得餐廚垃圾中含50%的總固體(即含水率為50%)，待用。其 中，脂肪含量為10%，蛋白質(zhì)含量為25%，碳水化合物含量為8. 19%。 2、將800克的原料及56克的催化劑(碳酸鉀)送入帶攪拌槳的2升高壓反應(yīng)釜
內(nèi)(也即催化劑與餐廚垃圾的用量之比為56 : 800*0.50 = 14 : 100)，密封。用氦氣驅(qū)趕
反應(yīng)釜內(nèi)空氣，碳酸鉀作為催化劑，反應(yīng)溫度為30(TC，恒溫反應(yīng)25分鐘后，冷卻，當(dāng)溫度降
低到45t:時(shí)，卸下排氣閥，得到由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油。剩余含有N、 P和K的污
水經(jīng)處理后可作為優(yōu)質(zhì)肥料。 二、生物質(zhì)液化油的品質(zhì)分析 由固體含量為50%的餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的熱值、含氫量和含氧量等各 項(xiàng)指標(biāo)與實(shí)施例三相同，只是產(chǎn)率為58 % 。 實(shí)施例5、加入催化劑，以一氧化碳為載氣制備生物質(zhì)液化油
— 、生物質(zhì)液化油的制備 1、收集餐廚垃圾，測得餐廚垃圾中含40%的總固體(即含水率為60%)，待用。其 中，脂肪含量為8. 3 % ，蛋白質(zhì)含量為22 % ，碳水化合物含量為7.1%。
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2、將800g的原料及48g的催化劑(碳酸鉀)送入帶攪拌槳的2升高壓反應(yīng)釜內(nèi) (也即催化劑與餐廚垃圾的用量之比為15 : 100)，密封。用一氧化碳驅(qū)趕反應(yīng)釜內(nèi)空氣， 碳酸鉀作為催化劑，反應(yīng)溫度為300°C ，恒溫反應(yīng)22分鐘后，冷卻，當(dāng)溫度降低到45°C時(shí)，卸 下排氣閥，得到由餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油。剩余含有N、 P和K的污水經(jīng)處理后可作 為優(yōu)質(zhì)肥料。 — 、生物質(zhì)液化油的品質(zhì)分析 由固體含量為40%的餐廚垃圾生產(chǎn)的生物質(zhì)液化油的熱值、含氫量和含氧量等各 項(xiàng)指標(biāo)與實(shí)施例三相同，只是產(chǎn)率為56 % 。
權(quán)利要求
生物質(zhì)液化油的制備方法，是將餐廚垃圾熱解，得到生物質(zhì)液化油。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述餐廚垃圾的含水率為50% -80% (質(zhì)量百分比)，脂肪質(zhì)量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例為5% _10%，蛋白質(zhì)質(zhì)量占餐廚 垃圾中固體質(zhì)量的比例為10% _25%，碳水化合物質(zhì)量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例為 3% -10%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述熱解在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行，所述 保護(hù)性氣氛是將載氣通入反應(yīng)釜后得到的還原性氣氛或惰性氣氛。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述還原性氣氛所用的載氣為還原性氣 體，所述還原性氣體為氫氣或一氧化碳；所述惰性氣氛所用的載氣是惰性氣體或氮?dú)狻?br> 5. 根據(jù)權(quán)利要求l-4任一所述的方法，其特征在于所述熱解的反應(yīng)溫度為230°C -600°C ;所述熱解的反應(yīng)時(shí)間為0-70分鐘，不包括0分鐘。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述熱解的條件是下述1)-6)中的任一種1) 溫度是275°C -335"，反應(yīng)時(shí)間是10-30分鐘;2) 溫度是280°C -30(TC，反應(yīng)時(shí)間是15-25分鐘;3) 溫度是300°C ，反應(yīng)時(shí)間是25分鐘；4) 溫度是295°C ，反應(yīng)時(shí)間是23分鐘；5) 溫度是285°C，反應(yīng)時(shí)間是18分鐘；6) 溫度是290°C，反應(yīng)時(shí)間是20分鐘。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6任一所述的方法，其特征在于所述熱解的反應(yīng)中加入催 化劑，所述催化劑與所述餐廚垃圾的固體含量的質(zhì)量之比為(0-20) : IOO，優(yōu)選比是 (1-15) : IOO;所述催化劑為碳酸鹽；所述碳酸鹽為碳酸鉀或碳酸鈉。
8. 權(quán)利要求1-7任一所述的方法制備的生物質(zhì)液化油。
9. 權(quán)利要求8所述的生物質(zhì)液化油作為生物質(zhì)燃料油的應(yīng)用。
10. 權(quán)利要求8所述的生物質(zhì)液化油在制備柴油、汽油或煤油中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)液化油及其制備方法。該制備方法是將餐廚垃圾熱解，得到生物質(zhì)液化油。上述的餐廚垃圾經(jīng)除雜后(即剔除骨頭等硬物后的餐廚垃圾)，其含水率為50％-80％(質(zhì)量百分比)，脂肪質(zhì)量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例為5％-10％，蛋白質(zhì)質(zhì)量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例為10％-25％，碳水化合物質(zhì)量占餐廚垃圾中固體質(zhì)量的比例為3-10％。利用該方法得到的生物質(zhì)液化油具有產(chǎn)率高、熱值高、含氫量高、含氧量低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10G1/00GK101717655SQ20091023838
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者劉琦, 張景來, 鄭漢彬, 韓佳慧 申請人:中國人民大學(xué)