微藻的熱化學轉化制備生物油燃料的方法技術

本發明專利技術涉及一種微藻的熱化學轉化制備生物油燃料的方法，包括如下步驟：(1)將干燥并粉碎的微藻在鑼中進行篩漏，得到微藻細小顆粒；(2)稱取處理好的微藻細小顆粒置于高壓反應釜中，加溶劑反應；(3)用有機溶劑對反應所得混合物進行萃取，分離并過濾得到有機相，旋蒸除去有機溶劑即可得到生物油。本發明專利技術以微藻生物質為原料制備生物油的方法，其原料光合作用效率高、環境適應能力強、生長周期短、能源消耗低、易于大規模養殖，不占用耕地，緩解了對化石能源的依賴。此外，微藻的熱化學轉化直接制備生物油的過程無需先制得生物油繼而再進行酯交換，實驗簡便易行，能耗低，具有良好的經濟和社會效益。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新能源
，涉及一種。
技術介紹
隨著化石燃料的逐漸枯竭以及使用化石燃料所引起環境污染的加劇，尋求可再生、無污染可替代新能源已迫在眉睫。在所有可再生新能源當中，生物質以其高產量、低污染、二氧化碳零排放等諸多優點而成為爭相研究的熱點。其中，微藻作為一種重要的可再生生物質因其光合作用效率高、環境適應能力強、生長周期短，易于大規模養殖且成本低廉，不占用耕地等諸多優點，而日益倍受關注。因此，微藻的利用與轉化技術不僅成為了國際新能源領域的新方向，同時也逐漸成為了國內外眾多學者研究的課題之一，研究焦點主要集中在微藻生物油燃料制備領域。但傳統方法大規模轉化微藻制備生物油燃料(生物柴油)面臨兩大挑戰一是微藻收獲困難；二是須對收獲的高水分微藻進行干燥并萃取其中的油分。所以，存在前期投入大、能源消耗高、原料利用率低等問題，且許多關鍵技術有待突破。因此，研究開發微藻生物油燃料制備新途徑成為了當務之急。微藻的轉化方法有多種，其中熱化學轉化是一種行之有效的方法。微藻的熱化學轉化以微藻為原料，以亞/超臨界溶劑為反應介質，通過熱解液化制取生物油。和室溫溶劑相比，在亞/超臨界溶劑中進行化學反應具有以下特點1)可與大多數有機物和氣體互溶，變傳統的多相反應為均相反應，增加反應速率；2)可降低某些高溫反應的反應溫度，同時改善產物的選擇性和收率；3)較小的溫度和壓力變化即可實現同時兼具液體密度和氣體傳質性能的最佳結合。因此，采用亞/超臨界溶劑處理微藻制備生物油燃料具有良好的應用前景。此外，采用亞/超臨界溶劑特別是醇類為反應介質，不但可可以直接將微藻中的脂肪轉化為脂肪酸酯類-生物 柴油的主要成分，而且其中的碳水化合物和蛋白質等物質也可一并轉化，可有效克服傳統方法中先對高水分微藻進行干燥并萃取其中油分再進行轉化的壁壘。熱化學轉化微藻制備生物油燃料的研究中，溫度、反應時間、物料添加量對于油的產量以及品質均有影響。國內外對于微藻生物質在新能源方面的利用目前僅限于提取生物油階段，而以微藻為原料通過熱化學轉化生產生物油的報道較少，相關研究匱乏。本專利技術利用微藻生物質，用熱化學轉化方法得到生物油產品，首先對所選溶劑進行篩選，繼而用優選的溶劑考察溶劑/微藻比、反應時間以及反應溫度對生物油產率以及性質的影響規律，探索出生物油產率最大時的反應條件。通過本研究可望進一步促進微藻生物質在生物油產業上的應用和發展。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是建立一種，為了實現以上目的，本專利技術采用以下技術方案。本專利技術，包括如下步驟(I)、將干燥并粉碎的微藻在鑼中進行篩漏，得到微藻細小顆粒；(2)、稱取處理好的微藻細小顆粒置于高壓反應釜中，加反應溶劑，不添加催化劑，密封，將高壓反應釜放入到熔融鹽中，選擇溶劑/微藻比為2 2.5-16 2. 5，控制溫度在170-370°C，持續時間為5-120min，反應結束后冷卻，稱量所得氣體質量，打開反應釜，收集反應爸內所得混合物；(3)、用有機溶劑對混合物進行萃取，分離濾分別得到有機相和固體殘渣，旋蒸除去有機溶劑得到生物油，所有產物的產率計算公式分別如下油產率(wt. % ) = (m s料)X 100%, 滓產率(wt. % ) = (m渣滓+m原料)X 100%,氣體產率(wt. % ) = (m氣+m原料)X 100%。(4)所得生物油用氣相色譜-質譜，元素分析等技術進行分析表征。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于所述的微藻粉碎后顆粒的平均粒徑為80-120目。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于所述的微藻為小球藻、螺旋藻、杜氏鹽藻和微綠藻，優選為小球藻(Chlorella Pyrenoidosa)。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于所述的用于萃取的有機溶劑為二氯甲烷、氯仿、苯、二氯乙烷、異丙醇、乙酸乙酯以及乙醚，優選為二氯甲烷。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于所述的用于萃取的有機溶劑經回收處理后可重復使用。 在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于不添加催化劑，反應溶劑為水、乙二醇、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、1，4_ 二氧六環、四氫萘、苯，優選為乙醇。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于不添加催化劑，溶劑/微藻比為2 2.5-16 2. 5(體積 / 質量)，優選為 12 2.5。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于不添加催化劑，持續時間為5-120min，優選為 60min。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于所述的處理溫度為170_370°C，優選為350°C。在本專利技術的一個優選實施方式中，其特征在于步驟(3)所得的生物油為棕黑色粘稠液體，產率為9. 8-64. 6wt. %，主要成分為高級脂肪酸乙酯、烯烴、醛類和酰胺，元素組成范圍及熱值如下碳60. 0-75wt. %，氫7. 0-9. Owt. %，氧25_10wt. %，氮:8. 0-2. Owt. %，硫0. 1-2. Owt. %，灰分含量0. 1-1. Owt. %，熱值25. 0-37. OMJ/kg。優選為碳70. 0%，氫8. 4%，氧14. 4%,M 6. 7%，硫0. 5%，熱值33. lMJ/kg。本專利技術至少具有如下所述優點的一種或者多種或者全部由于微藻是水生植物，不占用土地，因此不會和糧食爭地。微藻生長迅速，容易存活，適合進行大規模的人工養殖。而且微藻是一種廉價的水清潔者，可吸收水體中的重金屬污染物，有利于水體污染的治理。用微藻和醇類物質直接反應可得高級脂肪酸酯，其為生物柴油的主要成分，經簡單分餾就可以得到生物柴油，剩余殘留物可改質升級變為柴油類烴，可實現微藻的高效利用。本專利技術過程中萃取所用的有機溶劑經簡單蒸餾可回收，進行循環使用。具體實施例方式實施例1將干燥的微藻在粉碎機中進行粉碎，得到微藻細小顆粒。稱取處理好的微藻2. 5g，置于60ml的高壓反應釜中，加水4ml，無催化劑，密封。將高壓反應釜放入到熔融鹽中，控制溫度在350°C，持續時間為60min。反應結束后迅速用水冷卻，減壓并稱量氣體質量，打開反應釜，收集反應釜內混合物。用二氯甲烷對反應所得混合物進行萃取，分離并過濾得到固體殘渣和有機相，旋蒸除去二氯甲烷得到生物油。實施例2將干燥的微藻在粉碎機中進行粉碎，得到微藻細小顆粒。稱取處理好的微藻2. 5g，置于60ml的高壓反應釜中，加乙二醇4ml，無催化劑，密封。將高壓反應釜放入到熔融鹽中，控制溫度在350°C，持續時間為60min。反應結束后迅速用水冷卻，減壓并稱量氣體質量，打開反應釜，收集反應釜內混合物。用二氯甲烷對反應所得混合物進行萃取，分離并過濾得到固體殘渣和有機相，旋蒸除去二氯甲烷得到生物油。實施例3將干燥的微藻在粉碎機中進行粉碎，得到微藻細小顆粒。稱取處理好的微藻2. 5g，置于60ml的高壓反應釜中，加甲醇4ml，無催化劑，密封。將高壓反應釜放入到熔融鹽中，控制溫度在350°C，持續時間為60min。反應結束后迅速用水冷卻，減壓并稱量氣體質量，打開反應釜，收集反應釜內混合物。用二氯甲烷對反應所得混合物進行萃取，分離并過濾得到固體殘渣和有機相，旋蒸除去二氯甲烷得到生物油。實施例4`將干燥的微藻在粉碎機中進行粉碎，得到微藻細小顆粒。稱取處理好的微藻2.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微藻的熱化學轉化制備生物油燃料的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)、將干燥并粉碎的微藻在鑼中進行篩漏，得到微藻細小顆粒；(2)、稱取處理好的微藻細小顆粒置于高壓反應釜中，加水、乙二醇、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、1，4?二氧六環、四氫萘、苯，不添加催化劑，密封，將高壓反應釜放入到熔融鹽中，選擇溶劑/微藻比(體積/質量)在2∶2.5?16∶2.5，持續時間為5?120min，控制溫度在170?370℃，反應結束后冷卻，打開閥門測氣體的產量，打開反應釜，收集反應釜內混合物；(3)、用有機溶劑對反應所得混合物進行萃取，分離過濾分別得到有機相和固體殘渣，旋蒸除去有機溶劑得到生物油，所述的有機溶劑是經過優選的低極性溶劑。

【技術特征摘要】
1.一種微藻的熱化學轉化制備生物油燃料的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)、將干燥并粉碎的微藻在鑼中進行篩漏，得到微藻細小顆粒； (2)、稱取處理好的微藻細小顆粒置于高壓反應釜中，加水、乙二醇、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、1，4_ 二氧六環、四氫萘、苯，不添加催化劑，密封，將高壓反應釜放入到熔融鹽中，選擇溶劑/微藻比(體積/質量)在2 2.5-16 2.5，持續時間為5-120min，控制溫度在170_370°C，反應結束后冷卻，打開閥門測氣體的產量，打開反應釜，收集反應釜內混合物； (3)、用有機溶劑對反應所得混合物進行萃取，分離過濾分別得到有機相和固體殘渣，旋蒸除去有機溶劑得到生物油，所述的有機溶劑是經過優選的低極性溶劑。2.根據權利要求書I所述的微藻的熱化學轉化制備生物油燃料的方法，其特征在于，所述微藻為小球藻、螺旋藻、杜氏鹽藻和微綠藻。3.根據權利要求書I所述的微藻的熱化學轉化制備生物油燃料的方法，其特征在于，步驟(I)中所述的微藻粉碎篩選后的顆粒平均粒徑為80-120目。4.根據權利要求書I所述的微藻的熱化學轉化制備生物油燃料的方法，其特征在于，步驟(2)中所選用的反應溶劑優選為乙醇。5.根據權利要求書I所述的微藻的熱化學轉化制備...

【專利技術屬性】
技術研發人員：段培高，許玉平，蔡紅新，張磊，王楓，白秀軍，
申請(專利權)人：河南理工大學，
類型：發明
國別省市：