本發(fā)明涉及一種固體廢棄物熱解液體萃取脫水方法，主要用于城市固體廢棄物、生物質(zhì)等原料熱解液體的油水分離。

背景技術(shù)：

隨著化石能源大量使用引起的環(huán)境污染逐漸加劇，如何有效利用生物質(zhì)能源并將其轉(zhuǎn)化成替代燃料或者化學(xué)品，越來(lái)越受到普遍的關(guān)注。生物質(zhì)能源包括農(nóng)林廢棄物、生活垃圾、城市污泥等原料，其資源十分豐富。目前全國(guó)秸稈可收集資源量超過(guò)7.0億噸/年，稻殼類(lèi)資源量約為0.4億噸/年，城市生活垃圾量約為1.7億噸/年、城市污泥量約為0.15億噸/年。將這些生物質(zhì)原料在無(wú)氧或者隔絕空氣的條件下加熱到一定溫度進(jìn)行熱裂解，可以形成熱解焦、熱解液體和小分子燃料氣，具有能源回收效率較高、污染排放較低的特點(diǎn)。其中，熱解液體脫水提質(zhì)后，可以作為替代液體燃料。

由于生物質(zhì)原料的水分和揮發(fā)分含量較高，導(dǎo)致熱解液體的水分也相應(yīng)較高，致使其熱值較低、穩(wěn)定性較差、pH值較低、腐蝕性相對(duì)較強(qiáng)，所以必須采用合適方法，將熱解液體進(jìn)行脫水精制后才能加以利用。但是，由于生物質(zhì)熱解液體的組成和性質(zhì)的特殊性，采用現(xiàn)有的原油脫水工藝進(jìn)行生物質(zhì)熱解液體的油水分離，很難取得良好的效果。例如，原油中的油和水不相混容，通過(guò)離心、沉降、破乳等方式可以將原油的含水率降到0.5％之下。但是生物質(zhì)熱解液體呈極性，大部分組分溶于水，含水率高達(dá)20～50％，顯然難以通過(guò)相分離的方法脫水。采用蒸餾方法盡管可以脫去水分，但是因?yàn)闊峤庖后w中含有大量沸點(diǎn)在100℃以下的組分，蒸餾時(shí)會(huì)導(dǎo)致這部分組分遺失，造成有用組分流失；采用離心和蒸餾等方法，也難以對(duì)生物質(zhì)熱解液體的油水分離達(dá)到比較理想的效果。為此，本發(fā)明探索了生物質(zhì)熱解液體的萃取法脫水方法。

該方法可以在較低溫度下(20～35℃)使熱解液體中的水進(jìn)入萃余相中而被分離脫去，達(dá)到熱解液體脫水的目的，實(shí)現(xiàn)熱解液體的油水分離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

該方法根據(jù)溶劑相似相溶的原理，基于熱解液體中油類(lèi)有機(jī)物和水的極性差異，選擇一些合適的溶劑，因?yàn)闊峤庖后w中油類(lèi)有機(jī)物和水在溶劑中的分配系數(shù)不同，促使油類(lèi)和水分離。其中，所選擇溶劑的選擇性越強(qiáng)，分配系數(shù)差別越大，油水分離進(jìn)行得將越徹底，越能使熱解液體中的水被脫除。

本發(fā)明通過(guò)計(jì)算萃取后的脫水率和油收率來(lái)評(píng)價(jià)熱解液體的脫水效果。脫水率根據(jù)測(cè)定脫水前后熱解液體的質(zhì)量及其含水率來(lái)計(jì)算，計(jì)算公式如(1)；油收率則根據(jù)測(cè)定脫水前后熱解液體的質(zhì)量來(lái)計(jì)算，計(jì)算公式如(2)。

$W\left(\%\right)=\frac{M_1\×W_1-M_2\×W_2}{M_1\×W_1}\×100\%---\left(1\right)$

其中，W為脫水率，％；M₁、M₂分別為脫水前后熱解液體的質(zhì)量，kg；W₁、W₂分別為脫水前后熱解液體含水率，％。

$O\left(\%\right)=\frac{M_2}{M_1}\×100\%---\left(2\right)$

其中，O為油收率，％；M₁、M₂分別為脫水前后熱解液體的質(zhì)量，kg。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所采取的技術(shù)方案是：

(1)熱解液體除去固體雜質(zhì)后，用萃取劑二氯甲烷、乙酸乙酯和二氯甲烷/乙醇混合液(乙醇占5wt％)進(jìn)行萃??；

(2)萃取2～5次，萃取劑與熱解液體的體積比為0.5～3:1；

(3)混合液在20～35℃下攪拌3～30min后轉(zhuǎn)移至分液漏斗中；

(4)靜置10～60min待溶液分層完全后，將溶劑相移出轉(zhuǎn)入蒸發(fā)器，蒸出溶劑經(jīng)冷凝回收萃取劑，蒸發(fā)器內(nèi)剩余液體為熱解油。

可以看出，本發(fā)明的特點(diǎn)是：在低溫和常壓條件下進(jìn)行熱解液體萃取，工藝過(guò)程操作控制比較容易，投資及運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低。而且因?yàn)楣に囘^(guò)程的運(yùn)行溫度較低，萃取過(guò)程并不會(huì)改變熱解液體的化學(xué)組成，與其他脫水工藝相比，無(wú)疑具有一定的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是不同溶劑用量對(duì)熱解液體萃取效果的影響圖；圖2是不同萃取次數(shù)對(duì)熱解液體萃取效果的影響圖；圖3是不同萃取溫度對(duì)熱解液體萃取效果的影響圖；圖4是不同攪拌時(shí)間對(duì)熱解液體萃取效果的影響圖；圖5是不同靜置時(shí)間對(duì)熱解液體萃取效果的影響圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不僅限于此。

實(shí)施例1

以木薯莖熱解液體為原料，選擇二氯甲烷、乙酸乙酯和二氯甲烷/乙醇混合液(乙醇占5wt％)為萃取劑，萃取溶劑與熱解液體的體積比為1:1，萃取次數(shù)為3次，萃取溫度為25℃， 攪拌時(shí)間為5min，靜置時(shí)間為20min，萃取劑的性質(zhì)和萃取效果見(jiàn)表1和表2所示。

表1 溶劑的性質(zhì)

表2 不同萃取劑對(duì)熱解液體的萃取效果

由表2可以看出，對(duì)生物質(zhì)熱解液體萃取脫水，二氯甲烷和二氯甲烷/乙醇混合液(乙醇占5wt％)兩種溶劑能夠得到較高的油收率(20.59％、24.08％)和脫水率(85.91％、82.73％)，而乙酸乙酯萃取時(shí)的油收率(12.78％)和脫水率(77.60％)較低。二氯甲烷和二氯甲烷/乙醇混合液(乙醇占5wt％)兩種溶劑相比，二氯甲烷的脫水效率相對(duì)較高，而二氯甲烷/乙醇混合液(乙醇占5wt％)萃取時(shí)的油收率相對(duì)較高。

實(shí)施例2

以木薯莖熱解液體為原料，以二氯甲烷為萃取劑，萃取次數(shù)為3次，萃取溫度為25℃，攪拌時(shí)間5min，靜置時(shí)間為20min，考察二氯甲烷與熱解液體體積比為0.5:1、1:1、2:1、3:1的萃取效果，結(jié)果見(jiàn)圖1所示?？梢钥闯?，隨著萃取劑與熱解液體體積比增大，木薯莖熱解液體萃取脫水率也相應(yīng)增大，而油收率卻緩慢下降。溶劑/熱解液體比從0.5:1增加到1:1時(shí)，熱解液體的脫水率從83.60％增加到85.91％，油收率則從20.78％降低到20.59％；萃取劑/熱解液體體積比從1:1增加到3:1時(shí)，脫水率的增加及油收率的降低都很緩慢。雖然萃取劑/熱解液體體積比持續(xù)增大，會(huì)提高熱解液體的脫水率，但相應(yīng)的萃取劑消耗和操作費(fèi)用也相應(yīng)提高。因此，綜合考慮各種因素，萃取劑/熱解液體體積比以1:1較為適宜。

實(shí)施例3

以木薯莖熱解液體為原料，以二氯甲烷為萃取劑，溶劑/熱解液體體積比為1:1，萃取溫度為25℃，攪拌時(shí)間為5min，靜置時(shí)間為20min，分別考察萃取次數(shù)為2、3、4、5次時(shí)熱解液體的萃取脫水效果，結(jié)果見(jiàn)圖2所示。由圖2可以看出，木薯莖熱解液體萃取脫水率隨 萃取次數(shù)的增多而增大，油收率也緩慢增加。萃取次數(shù)從2次增加到3次，脫水率從84.65％增加到85.91％，油收率從20.40％降低到20.59％。萃取劑/熱解液體體積比從3次增加到5次，脫水率及油收率的增加都很緩慢。所以，雖然萃取次數(shù)持續(xù)增多會(huì)提高熱解液體的脫水率，但能耗和操作費(fèi)用也將相應(yīng)提高。綜合分析可以看出，萃取次數(shù)選擇3次較為合適。

實(shí)施例4

以木薯莖熱解液體為原料，以二氯甲烷為萃取劑，萃取劑熱解液體體積比為1:1，萃取次數(shù)為3次，攪拌時(shí)間為5min，靜置時(shí)間為20min，考察萃取溫度分別為20℃、25℃、30℃、35℃時(shí)熱解液體的萃取效果，結(jié)果見(jiàn)圖3所示。由圖3可以看出，木薯莖熱解液體萃取脫水率隨萃取溫度增大到一定程度后將隨之減小，油收率則基本保持不變。萃取溫度從20℃增加到25℃，脫水率從85.08％增加到85.91％；萃取溫度從25℃增加到30℃，脫水率基本不變；萃取溫度從30℃增加到35℃，脫水率從85.90％降低到84.83％。這是由于隨著萃取溫度升高，二氯甲烷的揮發(fā)量隨之增大，相當(dāng)于萃取劑/熱解液體體積比減小，所以脫水率相應(yīng)地有所降低。因此認(rèn)為，萃取溫度選擇25℃比較合適。

實(shí)施例5

以木薯莖熱解液體為原料，以二氯甲烷為萃取劑，溶劑熱解液體體積比為1:1，萃取次數(shù)為3次，萃取溫度為25℃，靜置時(shí)間為20min，考察攪拌時(shí)間分別為3、5、10、30min時(shí)熱解液體的萃取脫水效果，結(jié)果見(jiàn)圖4所示。由圖4可以看出，攪拌時(shí)間對(duì)木薯莖熱解液體脫水率和油收率的影響相對(duì)較小，攪拌時(shí)間5min之前，熱解液體脫水率和油收率隨攪拌時(shí)間延長(zhǎng)略有提高，脫水率從85.27％增加到85.91％，油收率從20.50％增加到20.59％。攪拌時(shí)間5min之后，熱解液體脫水率和油收率隨攪拌時(shí)間的變化基本上不再變化。因此，攪拌時(shí)間選擇5min較為合適。

實(shí)施例6

以木薯莖熱解液體為原料，以二氯甲烷為萃取劑，萃取劑熱解液體體積比為1:1，萃取次數(shù)為3次，萃取溫度為25℃，攪拌時(shí)間為5min，考察靜置時(shí)間分別為10、20、30、60min時(shí)熱解液體的萃取脫水效果，結(jié)果見(jiàn)圖5所示。由圖5可以看出，靜置時(shí)間對(duì)木薯莖熱解液體脫水率和油收率的影響也相對(duì)較小。靜置時(shí)間10～20min范圍內(nèi)，熱解液體脫水率和油收率略有提高，脫水率從85.32％增加到85.91％，油收率從20.43％增加到20.59％。靜置時(shí)間20～30min內(nèi)，熱解液體脫水率和油收率基本不再變化；靜置時(shí)間30～60min內(nèi)，熱解液體的脫水率和油收率甚至略有下降，，脫水率從85.90％降低到85.87％，油收率從20.59％降低到20.54％。因此，靜置時(shí)間選擇20min比較合適。

實(shí)施例7

以二氯甲烷為萃取溶劑，萃取劑熱解液體體積比為1:1，萃取次數(shù)為3次，萃取溫度為25℃，攪拌時(shí)間為5min，靜置時(shí)間為20min，考察萃取方法對(duì)木薯莖熱解液體、玉米桿熱解液體、稻殼熱解液體以及垃圾熱解液體等不同種類(lèi)生物質(zhì)熱解液體的萃取脫水效果，結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3 不同生物質(zhì)熱解液體的萃取脫水效果

由表3可以看出，本發(fā)明中生物質(zhì)熱解液體萃取脫水方法對(duì)以上不同種類(lèi)生物質(zhì)熱解液體的脫水率變化在84.94～90.24％，油收率變化在17.68～26.41％；說(shuō)明本發(fā)明所述的萃取脫水方法可以適合于不同生物質(zhì)原料熱解液體脫水，實(shí)現(xiàn)油水分離。