本發明專利技術公開了一種木質纖維素生物質制備生物油反應物及生物油的方法。本發明專利技術采用稀酸水解的方法，利用在沸水浴中稀酸溶液對半纖維素具有較強水解作用的原理，先將木質纖維素生物質原料中的半纖維素轉化為結構簡單的還原糖，從而實現了生物油反應物組分的優化，改變了半纖維素的轉化路徑，進而使制備出的生物油中化學成分的種類顯著減少，提高了生物油的應用價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及由生物質原料制備生物油反應及生物油的方法，特別涉及一種
技術介紹
傳統能源緊缺和能源消耗過程中產生的環境污染等問題日益嚴峻，尋找新的液體燃料來源成為全世界的焦點。生物質是植被光合作用的產物，產量約為1730億噸/年，資源量豐富。同時生物質也是唯一可以轉化為常規固態、液態和氣態燃料以及其它化學原料或產品的可再生碳資源，且具有CO2近零排放，SOx, NOx排放量少等特點。因此近年來，將生物質能源轉化為液體生物油的技術在國際上備受關注。目前將生物質轉化為生物油的主要方法有費托合成法、快速熱解液化法和水熱液化法。其中，水熱液化法是以水為溶劑，在高溫高壓的條件下，將生物質轉化為生物油、氣體和殘渣的技術。水熱液化的溶劑綠色環保、設備簡單、反應溫度相對較低，并且制備的生物油熱值較高等特點，被認為是最具發展前景的生物燃料制備技術。但是通過水熱液化法得到的生物油與傳統的化石燃料能源之間在應用價值上還存在較大的差距，主要表現在:生物油的化學成分與化石燃料成分不同，化石燃料主要是烴類化合物，Η/C高，熱值高；而生物油含氧量化合物成分多，熱值較低。為了克服這一缺點，使生物油熱值得到提高，需要對生物油中的氧進行處理。現在采用的手段一般為加氫脫氧。由于生物油中含氧化合物分布廣泛，化學成分極其復雜，且各種化學成分都具有自身的特性，在加氫去氧過程中會表現出不同的反應活性，因此需要的催化劑和催化條件存在差異。生物油中的化學成分越多，為提高去氧效率，就需要氫氣含量更高，作用面更廣、功能更全的催化劑，但這些措施將會大大增加生物油的應用成本，阻礙水熱液化制備生物油的發展。因此，改良現有技術以減少生物油的化學成分對于生物油的進一步加工處理和實際應用具有重大意義。木質纖維素生物質是水熱液化制備生物油技術中常用的原料，其主要組分包括:纖維素、半纖維素和木質素。對單一組分水熱液化實驗結果顯示:鏈狀結構的纖維素主要轉化為酮類、醛類及有機酸類等物質；支鏈龐雜的半纖維素，可以生成酸類、糠醛類、酮類及醛類等多種物質；木質素主要生成酚類、芳香族化合物及殘炭等。因此，直接利用木質纖維素生物質水熱液化制備生物油的生物油化學成分極其復雜，且含量分散，嚴重影響生物油的應用價值。申請公布號CN102071040A的專利申請文件，提出一種脫木質素預處理生物質液化制備生物油的方法，該方法利用物理、化學或生物手段對生物質進行脫木質素處理，再利用剩余的固體物質進行水熱液化反應，由于反應物中去除了木質素，客觀上使得制備出的生物油的化學成分得以減少，但是該方法在脫除木質素的同時也將部分半纖維素和纖維素脫出，使生物質的整體利用率大大下降。同時，由于脫除了木質素使得制備出的生物油中缺少了由木質素分解產生的單酚類、芳烴等是極具價值的生物油組分，使生物油的應用價值下降。通過對木質纖維素生物質的進一步分析可以獲知，其主要組分中纖維素和木質素為鏈狀結構，且不同種類的木質纖維素生物質，其纖維素和木質素的化學成分相對穩定，在水熱液化反應中生成的生物油的化學成分是可控的和可預測的；相反，主要組分中的半纖維素為支鏈結構，且不同種類的木質纖維生物質的半纖維素除含量有差別外，主要的化學成分也有區別，有的以果糖為主，有的以木糖為主，有的以乳糖為主等，因此，木質纖維素中的半纖維素具有更加復雜的化學結構和化學鍵能分布，這種結構特點在水熱液化過程中表現為分解產生不同結構的單元，從而導致生物油化學成分的激增和不可控和不可預測性。由此可知，木質纖維素生物質中的半纖維素組分對生物油中的化學成分的數量有著重要的影響。
技術實現思路
本專利技術的目的，是為了克服現有技術的不足，提供一種，采用本專利技術的方法可以改變半纖維素向生物油轉化的路徑，在確保木質纖維素生物質原料的高效利用的基礎上，有效地減少生物油的成分，提高生物油的應用價值。為實現以上目的，本專利技術通過以下的技術方案實現:木質纖維素生物 質制備生物油反應物的方法，其特征在于:包括以下步驟:(a)提供含有纖維素、半纖維素、木質素的生物質原料；(b)對生物質進行預處理，使半纖維素和纖維素可以被后續的反應溶液滲透；(C)提供稀酸溶液，浸泡經過步驟(b)處理后的生物質，使其中的半纖維素發生水解反應；(d)在步驟(C)之后的全物質中加入堿性物質進行中和，使全物質pH值的范圍在6.0至8.0之間。優選地是，其特征在于，所述的步驟(b)采用常溫下氫氧化鈉溶液浸泡的方式處理，氫氧化鈉溶液濃度范圍為0.5~5% (w/v)，原料與堿液比為1/20 ~1/5 (g/mL)，浸泡時間 0.5 ~3h。優選地是，所述的步驟(C)稀酸溶液的濃度范圍為0.5%至5% (w/v)，水解時間為0.5到2小時。優選地是，所述的稀酸溶液為硫酸溶液、鹽酸溶液、硝酸溶液、硫酸氫鈉溶液、草酸溶液中的任意一種或多種混合。優選地是，所述步驟(C)的水解過程在沸水浴中完成。優選地是，所述的步驟(d)中的堿性物質包括固態氫氧化鈉或氫氧化鈣，或者兩者的混合。優選地是，還包括步驟(dl)，所述的步驟(dl)在步驟(d)之后的全物質中加入發酵微生物，在適當的溫度和時間范圍內，充分發酵。優選地是，所述的步驟(dl)中的發酵微生物包括釀酒酵母菌、樹干畢赤酵母菌、丁酸梭菌中的任意一種或幾種混合，發酵溫度為30~40°C，發酵時間為I~7天。木質纖維素生物質制備生物油的方法，其特征在于，包括以下步驟:(a)提供含有纖維素、半纖維素、木質素的木質纖維素生物質原料；(b)對生物質進行預處理，使半纖維素和纖維素可以被后續的反應溶液滲透；(c)提供稀酸溶液，浸泡經過步驟(b)處理后的生物質，使其中的半纖維素發生水解反應；(d)在步驟(C)之后的全物質中加入堿性物質進行中和，使全物質pH值的范圍在6.0至8.0之間；(e)將步驟(d)之后的全物質移入高溫高壓反應釜中，制備生物油，反應條件為溫度280°C~380°C，總壓強5~30MPa，反應時間5~120分鐘。優選地是，所述的步驟(b)采用常溫下氫氧化鈉溶液浸泡的方式處理，氫氧化鈉溶液濃度范圍為0.5~5% (w/v)，原料與堿液比為1/20~1/5 (g/mL)，浸泡時間0.5~3h ;所述的步驟(c)稀酸溶液的濃度范圍為0.5%至5% (w/v)，水解時間為0.5到2小時；所述的稀酸溶液為硫酸溶液、鹽酸溶液、硝酸溶液、硫酸氫鈉溶液、草酸溶液中的任意一種或多種混合；所述步驟(c)的水解過程在沸水浴中完成；所述的步驟(d)中的堿性物質包括固態氫氧化鈉或氫氧化鈣，或者兩者的混合。優選地是，在步驟(d)步驟(e)之間還包括步驟(dl)，所述的步驟(dl)在步驟(d)之后的全物質中加入發酵微生物，在適當的溫度和時間范圍內，充分發酵；所述的步驟(dl)中的發酵微生物包括釀酒酵母菌、樹干畢赤酵母菌、丁酸梭菌中的任意一種或幾種混合，發酵溫度為30~40°C，發酵時間為I~7天。本專利技術的，采用稀酸水解的方法，將木質纖維素生物質原料中的具有復雜支鏈結構的半纖維素轉化為結構簡單的糖，實現了反應物原料組分的優化，可以在確保生物質原料得以充分利用的前提下，顯著減少制備出的生物油中化學成分的種類，提高生物油的應用價值，為生物油的進一步利用節約了成本，減化了工藝流程。本專利技術的，在采用稀本文檔來自技高網...
【技術保護點】
木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于：包括以下步驟：?(a)提供含有纖維素、半纖維素、木質素的生物質原料；?(b)對生物質進行預處理，使半纖維素和纖維素可以被后續的反應溶液滲透；?(c)提供稀酸溶液，浸泡經過步驟(b)處理后的生物質，使其中的半纖維素發生水解反應；?(d)在步驟(c)之后的全物質中加入堿性物質進行中和，使全物質pH值的范圍在6.0至8.0之間。
【技術特征摘要】
1.木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于:包括以下步驟: (a)提供含有纖維素、半纖維素、木質素的生物質原料； (b)對生物質進行預處理，使半纖維素和纖維素可以被后續的反應溶液滲透； (C)提供稀酸 溶液，浸泡經過步驟(b)處理后的生物質，使其中的半纖維素發生水解反應； (d)在步驟(c)之后的全物質中加入堿性物質進行中和，使全物質pH值的范圍在6.0至8.0之間。2.根據權利要求1所述的木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于，所述的步驟(b)采用常溫下氫氧化鈉溶液浸泡的方式處理，氫氧化鈉溶液濃度范圍為0.5~5% (w/v)，原料與堿液比為1/20~l/5(g/mL)，浸泡時間0.5到3小時。3.根據權利要求1或2所述的木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于，所述的步驟(c)稀酸溶液的濃度范圍為0.5%至5% (w/v)，水解時間為0.5到2小時。4.根據權利要求3所述的木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于，所述的稀酸溶液為硫酸溶液、鹽酸溶液、硝酸溶液、硫酸氫鈉溶液、草酸溶液中的任意一種或多種混合。5.根據權利要求3所述的木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于，所述步驟(C)的水解過程在沸水浴中完成。6.根據權利要求1所述的木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于，所述的步驟(d)中的堿性物質包括固態氫氧化鈉或氫氧化鈣，或者兩者的混合。7.根據權利要求1所述的木質纖維素生物質制備生物油的方法，其特征在于，還包括步驟(dl)，所述的步驟(dl)在步驟(d)之后的全物質中加入發酵微生物，在適當的溫度和時間范圍內，充分發酵。8.根據權利要求7所述的木質纖維素生物質制備生物油反應物的方法，其特征在于，所述的步驟(dl)中的發酵微生物包括釀酒酵...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李潤東，謝迎輝，楊天華，李秉碩，
申請(專利權)人：沈陽航空航天大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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