一种脱除生物油中水和酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种脱除生物油中水和酸的方法。该方法，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。本发明专利技术利用分子蒸馏技术，确定了合适的冷面、热面温度、冷面热面的距离，成功的将生物油中的水和酸组分脱除，极大地降低了生物油的酸度和含水量，克服了脱水脱酸过程中生物油结焦的发生，大幅度提高了生物油的热值，提高了生物油的使用等级和扩大了其利用途径，促进了生物质热解制取液体燃料的产业化发展，对建立可持续的能源体系和保护生态环境具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及一种利用分子蒸馏脱除生物油中水和酸的方法。
技术介绍
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IO(TC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縮小使用范围。 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縮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。 —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、縮小了其使用范围。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°C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。
技术实现思路
- 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，本专利技术提供。 本专利技术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°C ，热面温度为20-90°C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°C ;最优选为为40-6(TC，特别优选为50_6(TC，比如 50。C或60°C。 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lm2的热面面积10L/h以下，但不包括OL/h ;优选为每lm2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。 本专利技术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、縮醛、半縮醛、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，又避免了生物油縮合縮聚反应强烈的发生。 ②本专利技术采用分子蒸馏，使生物油在液膜表面上的自由蒸发，可实现单分子层受 热，没有鼓泡现象，分离纯度高，对于生物油这种特别复杂体系，可以既脱除水和酸又避免 其它组份的流失。 ③本专利技术依据分子蒸馏的工作原理，通过优化系统压力、冷热面温度及其两者间 的间距，在几乎不损失其它组分的前提下，使得热面上生物油中的水和酸直接飞射到冷凝 面上，最大限度的脱除生物油中的水和酸，从而使得分子蒸馏适合于脱除生物油中的水和酸。 ④分子蒸馏蒸发过程中，物料受热时间短，冷凝迅速，对易挥发、热敏性物质的保 存率高，从而避免了因受热时间长而造成某些组分分解或聚合的可能。生物油这种具有较 高温度下才能分离的高沸点而且又是高热敏性的物料，常规蒸馏操作温度高，受热时间长， 会造成物料内某些组份縮合縮聚，采用分子蒸馏技术，能很好地保证生物油的天然品质。 本专利技术针对生物油这种要在较高温度下才能分离的高沸点而且又是高热敏性的 物料的问题，利用分子蒸馏技术，确定了合适的冷面、热面温度、冷热面间的距离，成功的将 生物油中的水和酸组分脱除，极大地降低了生物油的酸度和含水量，克服了脱水脱酸过程 中生物油结焦的发生难题，大幅度提高了生物油的热值，提高了生物油的使用等级，扩大了其利用途径，促进了生物质热解制取液体燃料的产业化发展，对建立可持续的能源体系和 保护生态环境具有重要的意义。具体实施例方式本专利技术利用分子蒸馏方法脱除生物油中的水和酸，包括如下步骤 (1)调整分子蒸馏器(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)冷热面间的距离为15 60mm，对分子蒸馏器进行清洗和干燥，并密封各连接部分。 (2)开启精密恒温槽利用循环导热油加热分子蒸馏器热面，使得热面的温度为 20 90°C。 (3)通入冷却介质，恒定冷却面温度，使得冷却面温度为-15 5°C 。 (4)向原料槽中加入一定量待处理的生物油。(5)首先打开真空泵和分子蒸馏间的阀门，然后开启真空泵，经过一段时间后，系 统达到极限压力，调节精密真空泄漏控制阀得到实验所需的操作压力为10 1000Pa。 (6)打开计量泵开始进料，原料通过刮膜器的作用后在蒸发面上进行均匀分布，馏 出物在冷凝面上冷凝，顺着冷面流出，进入馏出液收集罐中，重相顺着热面流出，进入残留 液收集罐中。 (7)反应结束后，停止进料、收集馏分和关闭超级恒温槽并对热面进行冷却，同时 准备关闭真空系统。(8)首先关闭真空泵和分子蒸馏系统间的阀门，然后关闭真空泵，五分钟后慢慢打 开精密真空泄漏控制阀，使操作系统的压力达到常压，同时关闭冷热面的冷却介质。 以下述具体实施例的实验数据，说明本专利技术的效果。 实施例1 、分子蒸馏方法对生物油脱水、脱酸 所使用的生物油是以稻壳为原料由本实验室通过快速热裂解制得；其热解制备 生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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。

【技术特征摘要】
一种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。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热面与冷面的距离为15 60mm。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述热面与冷面的距离为15 40mm。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述热面与冷面的距离为15 25mm。5. 根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于所述蒸馏的压力为10-1000Pa。6. 根据权利要求1-5中任意一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文志，朱锡锋，龙潭，陆强，商丽敏，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[]