一种生物质的一锅法液化工艺制造技术

本发明专利技术涉及生物能源领域，具体涉及一种生物质的一锅法液化工艺，首先配制含有催化剂、硫化剂和生物质的浆液，而后向浆液中通入氢气以发生反应；上述浆液的配制步骤为，将秸秆依次进行干燥、初粉碎、压缩和二次粉碎，而后与催化剂、硫化剂混合得到混合物，将上述混合物加入至油品中研磨制浆，制得秸秆浓度为30～60wt％的生物质浆液，本发明专利技术首创性的将秸秆进行了先压缩后二次粉碎的处理工艺，使得秸秆的体积大幅度降低，使之有利于分散在油品中，并可提高其在油品中的含量，增加了反应物料的浓度，提高了泵在单位时间内对生物质的输送量，保证了泵的平稳运转和输送，同时提高了生物质的转化率。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质的一锅法液化工艺
本专利技术涉及生物能源转化
，具体涉及一种生物质的一锅法液化工艺。
技术介绍
煤炭、原油、天然气、油页岩等化石非再生能源随着社会经济的快速发展而日趋枯竭，以及它们燃烧后产生的CO2、SO2、NOx等污染物所造成的日益严重的环境污染，这使得人类不得不认真考虑获取能源的途径和改善环境的方法。生物质是一种可再生能源，其在满足能源需求、减少环境污染、改善能源结构方面都具备巨大的潜力和优势，生物质是指一切直接或间接可利用的绿色植物光合作用形成的有机物质，包括植物、动物、微生物及其排泄与代谢物，它具有可再生性、低污染性、广泛分布性。近些年来，对生物质能源的转化和利用一直朝着高效、清洁的方向前进，生物质液化技术是其中的重要组成部分。生物质的液化机理如下：生物质首先裂解成低聚体，然后再经脱水、脱羟基、脱氢、脱氧和脱羧基而形成小分子化合物，小分子化合物接着通过缩合、环化、聚合等反应而生成新的化合物。目前生物质液化技术主要有间接液化和直接液化两类，其中直接液化是指在溶剂或催化剂的作用下，采用水解、超临界液化或通入氢气、惰性气体等，在适当的温度、压力下将生物质直接从固体液化成液体。生物质直接液化技术主要有热解液化、催化液化、加压加氢液化等，尤其以加氢加压液化的产品收率高，品质好，其一般包括固体物料干燥、粉碎、制浆、升温、加压、反应、分离等复杂工序。例如，中国专利文献CN103242871A公开了一种重油-生物质加氢共液化工艺，该工艺通过将经过干燥的生物质预粉碎至40-100目后再与重油混合形成浆料，并向此浆料中加入催化剂和硫化剂，而后置于浆态床加氢反应器中，控制反应温度为370℃-430℃，氢分压为4-8MPa，进行加氢热裂解反应，反应产物经分馏后得到生物油和焦炭。上述工艺实现了由生物质向生物油的转换，但上述技术中，一方面，由生物质和重油形成的浆料需要由泵输送至浆态床加氢反应器中，而多数生物质(例如秸秆)因具有丰富的孔隙率造成其比重较低，使之较难溶于生物质液化溶剂中，造成浆液中生物质的浓度较低(上述技术中生物质仅占重油质量的5～20wt％)，从而导致泵在单位时间内对生物质的输送量有限，造成上述加氢共液化工艺的生产效率较低、工业成本较高、能耗较大；另一方面，具有孔隙率的生物质易漂浮于液化溶剂表面，加之作为浆料溶剂的重油粘度较大，使得上述浆料不易流动，易造成输送管道的堵塞从而难以实现泵的平稳运输；现有技术虽然尝试在浆液中加入分散剂来提高生物质在浆液中的浓度及分散性，但分散剂的加入往往会影响制得的生物油的品质。此外，上述技术中生物质转化率较低(其转化率仅为90％左右)。为此，如何对现有的生物质液化工艺进行改进以增加浆液中生物质的浓度、提高单位时间内泵对生物质的输送量、实现泵的平稳运输、降低能耗、提高生物质转化率这对于本领域技术人员而言依旧是一个亟待解决的技术难题。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有的生物质液化工艺中，泵对生物质的输送量少且运输不平稳、生物质转化率低、能耗高的缺陷，进而提供一种生物质的一锅法液化工艺。为此，本专利技术解决上述问题所采用的技术方案如下：一种生物质的一锅法液化工艺，包括如下步骤：配制含有催化剂、硫化剂和生物质的浆液，向所述浆液中通入氢气以发生反应，并控制反应压力为15-25MPa、反应温度为380-480℃，最终制得生物油；所述生物质为秸秆，所述浆液的配制步骤为，将秸秆依次进行干燥、初粉碎、压缩和二次粉碎，得到预处理生物质，而后将所述预处理生物质与所述催化剂和硫化剂混合得到混合物，将所述混合物加入至油品中研磨制浆，得到秸秆浓度为30～60wt％的所述浆液。本专利技术中的秸秆原料可以是麦子、水稻、玉米、芦苇、高粱、谷子等谷类作物秸秆，也可以是大豆、小豆、绿豆、蚕豆、豌豆等豆科植物秸秆，还可以是棉花、亚麻、苎麻、大麻等纤维作物秸秆，可以是一种秸秆也可以是多种秸秆共同组成的生物质原料。所述浆液的配制步骤中，将所述秸秆进行压缩的压力为0.5～3MPa、温度为30-60℃。所述浆液的配制步骤中，所述秸秆的干燥温度为50-70℃、时间为3-5h，所述秸秆干燥后的含水率低于2wt％；初粉碎后中位粒度为100-300μm；经二次粉碎后中位粒度为30-50μm、二次粉碎后堆密度为400-500kg/m3。所述浆液的粘度为500-1400mPa﹒s(50℃)。在所述浆液中，所述秸秆的含量为55～60wt％。所述浆液的配制步骤中，所述油品为废弃动植物油脂、废矿物油、矿物油或馏分油中的一种或多种。进一步地，所述废弃动植物油脂为地沟油、潲水油或酸败油中的一种或多种；所述废矿物油为废润滑油或废机油中的一种或两种；所述矿物油为重油、渣油、蒽油或洗油中的一种或多种。所述研磨制浆为搅拌制浆、分散制浆、乳化制浆、剪切制浆或均质制浆。所述催化剂包括无定型羟基氧化铁、负载有活性组分的无定型氧化铝或负载有活性组分的生物质炭中的一种或多种，所述活性组分选自元素周期表第VIB、VIIB或VIII族金属的氧化物中的一种或多种。所述活性组分选自Mo、W、Fe、Co、Ni、Mn或Pd的氧化物中的一种或多种。所述催化剂的用量为所述预处理生物质质量的1～10wt％，优选为1～4wt％；所述催化剂的粒径为5-500μm；所述硫化剂的用量为所述预处理生物质质量的0.1-0.4wt％。向所述浆液中通入氢气的具体方法为：向所述浆液中注入高压氢气，并控制所述高压氢气与所述浆液的体积比为(600～1500)：1，从而形成反应原料；将所述反应原料升温至380-480℃后送入浆态床反应器内以发生水解、裂化及加氢反应，同时向所述浆态床反应器内注入冷氢，控制所述浆态床反应器内的总气速为0.02～0.2m/s，优选为0.05～0.08m/s；其中，所述高压氢气的压力为13～25MPa，所述冷氢的温度为60～135℃。将所述高压氢气分两次注入至所述浆液中，具体为：在向所述浆液中第一次注入所述高压氢气，直至所述高压氢气与所述浆液的体积比为50-200:1，而后将所述浆液升温至200～350℃，再向所述浆液中第二次注入所述高压氢气。所述冷氢经由所述浆态床反应器侧壁上的沿高度方向依次设置的3～5个注入口注入。所述催化剂在所述浆态床反应器内的存量控制在所述浆态床反应器内液相质量的5～30wt％；所述反应的时间为30～120min。负载有活性组分的生物质炭的制备方法：S1、生物质炭经酸化或碱化处理后，制得生物质炭载体；S2、将活性组分和所述生物质炭载体混合研磨，制得负载有活性组分的生物质炭。所述活性组分为选自Mo、W、Fe、Co、Ni、Mn或Pd的氧化物中的一种或多种，以金属元素质量计，所述活性组分占所述生物质炭载体质量的1％～5％。所述将活性组分和所述生物质炭载体混合研磨步骤为：将所述活性组分和所述生物质炭载体经振动研磨和/或平面研磨和/或球磨得到粒径为5～500μm的负载有活性组分的生物质炭。所述酸化处理的酸性介质中H+的物质的量浓度为0.5mol/L～5mol/L；所述生物质炭与所述酸性介质体积比为1:5～1:15，酸化温度为30～80℃，酸化时间为1h～10h；所述碱化处理的碱性介质中OH-的物质的量浓度为0.5mol/L～5mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质的一锅法液化工艺，其特征在于，包括如下步骤：配制含有催化剂、硫化剂和生物质的浆液，向所述浆液中通入氢气以发生反应，并控制反应压力为15‑25MPa、反应温度为380‑480℃，最终制得生物油；所述生物质为秸秆，所述浆液的配制步骤为，将秸秆依次进行干燥、初粉碎、压缩和二次粉碎，得到预处理生物质，而后将所述预处理生物质与所述催化剂和所述硫化剂混合得到混合物，将所述混合物加入至油品中研磨制浆，得到秸秆浓度为30～60wt％的所述浆液。

【技术特征摘要】
1.一种生物质的一锅法液化工艺，其特征在于，包括如下步骤：配制含有催化剂、硫化剂和生物质的浆液，向所述浆液中通入氢气以发生反应，并控制反应压力为15-25MPa、反应温度为380-480℃，最终制得生物油；所述生物质为秸秆，所述浆液的配制步骤为，将秸秆依次进行干燥、初粉碎、压缩和二次粉碎，得到预处理生物质，而后将所述预处理生物质与所述催化剂和所述硫化剂混合得到混合物，将所述混合物加入至油品中研磨制浆，得到秸秆浓度为30～60wt％的所述浆液。2.根据权利要求1所述的生物质的一锅法液化工艺，其特征在于，所述浆液的配制步骤中，将所述秸秆进行压缩的压力为0.5～3MPa、温度为30-60℃。3.根据权利要求1或2所述的生物质的一锅法液化工艺，其特征在于，所述浆液的配制步骤中，所述秸秆的干燥温度为50-70℃、时间为3-5h，所述秸秆干燥后的含水率低于2wt％；初粉碎后中位粒度为100-300μm；经二次粉碎后中位粒度为30-50μm、二次粉碎后堆密度为400-500kg/m3。4.根据权利要求1-3任一项所述的生物质的一锅法液化工艺，其特征在于，在所述浆液中，所述秸秆的含量为55～60wt％。5.根据权利要求1-4任一项所述的生物质的一锅法液化工艺，其特征在于，所述浆液的配制步骤中，所述油品为废弃动植物油脂、废矿物油、矿物油或馏分油中的一种或多种。6.根据权利要求1-5任一项所述的生物质的一锅法液化工艺，其特征在于，所述催化剂包括无定型羟基氧化铁、负载有活性组分的无定型氧化铝或负载有活性组分的生物质炭中的一种或多种，所述活性组分选自元素周期表第VIB、...

【专利技术属性】
技术研发人员：林科，李林，郭立新，
申请(专利权)人：北京三聚环保新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11