專利名稱：一種大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制取液體和固體燃料的方法，特別適用于將大型海藻進(jìn)行熱解成液體燃料和氣體燃料的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前所利用的主要能源是煤、石油、天然氣等“化石”能源。隨著這些不可再生資源的日趨枯竭，新的可再生能源的研發(fā)顯得尤為緊迫。這些可再生能源主要包括風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等，其中生物質(zhì)能是人類賴以生存的重要能源。生物質(zhì)能僅次于煤炭、石油和天然氣，居于世界能源消費總量第四位，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。目前人們利用的主要是陸地的生物質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈等。然而，陸地生物質(zhì)資源還要提供人類所必需的食物以及其它生活用品等，資源非常有限。
中國發(fā)明專利CN1515166A《城市垃圾的固體燃料化方法及其應(yīng)用》、CN1566285A《秸稈液化燃料的制備方法》和美國專利20040074760‘Production of biofuels’都報道了一些生產(chǎn)生物質(zhì)燃料的方法，一些文獻(xiàn)也有報道。但是到目前為止，生物質(zhì)熱解制取燃料主要局限于秸稈、木材、城市垃圾等。對大型海藻用于熱解制取燃料未見報道。
海洋面積占地球表面的71％，含有豐富的生物資源，其中海藻是海洋生物資源的一大家族，有250屬，1500余種。海藻還可以人工栽培，我國是世界上海藻栽培第一大國，年產(chǎn)量達(dá)到122萬余噸(干重)，占海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的11.5％。海藻中含有豐富的有機和無機物質(zhì)，除了可以提供豐富的食物和藥物以外，海藻還可以為人們提供生物質(zhì)能源。利用廉價速生海藻或海藻的殘留物熱解制生物油可以實現(xiàn)海藻的綜合利用，既能提高海藻的經(jīng)濟(jì)價值，又可有效的保護(hù)海洋環(huán)境。而且海藻因含有大量的無機鹽在熱解時就不需要額外加入催化劑，既簡化了熱解工序，又降低了生產(chǎn)成本。因此，以海藻作為生物質(zhì)能源具有重要的戰(zhàn)略意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、經(jīng)濟(jì)效益好的將大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為1.一種大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法，其特征在于1)將大型海藻進(jìn)行篩選和分選，去除大量的雜質(zhì)碎石、淤泥等；2)將大型海藻曬干；3)將大型海藻粉碎，使其長度為200μm-10cm；
4)將大型海藻置于反應(yīng)釜(其為熱裂解器)中，靠外部加熱升溫至100-190℃，蒸發(fā)出其中的水分；5)反應(yīng)釜(其為熱裂解器)繼續(xù)加熱升溫，使大型海藻于200-1000℃熱解生成液體燃料和/或氣體燃料；具體為，大型海藻在反應(yīng)釜中分段升溫分別制成液體燃料和氣體燃料在中溫(300-600℃)，高加熱速率10-200(℃/s)的條件下將大型海藻直接加熱，氣相滯留期為0.5-5s，然后在0.5s內(nèi)急冷至350℃以下(通常在0.01-0.5s內(nèi)急冷至常溫-350℃)，得到高質(zhì)量的生物質(zhì)液體油；將大型海藻在高溫(600-1000℃)下熱解，升溫速率大于1000℃/s，氣相滯留期小于0.5s(通常為0.01-0.5s)，得到高質(zhì)量的生物質(zhì)氣體燃料。
所述大型海藻為包括所有的能夠提供一定生物量的所有的海藻；例如海帶、巨藻、龍須菜、紫菜、角叉菜、龍須菜、馬尾藻、石莼、蜈蚣藻和/或叉開網(wǎng)翼藻等的海洋中能夠提供一定生物質(zhì)的所有的海藻。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.成本低。本發(fā)明涉及大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料，具體地說是將大型海藻分選、破碎、干燥、熱解。大型海藻中本身就含有大量的無機鹽，是非常好的催化劑，因此大型海藻是非常好的熱解原料，既可以降低生產(chǎn)成本，又可以提高生產(chǎn)速率。
2.具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效應(yīng)。本發(fā)明通過熱解法將大型海藻制成液體和氣體燃料，既能緩解當(dāng)前的能源危機，節(jié)省大量的石油、煤炭等的不可再生的化石能源，又能充分利用一些當(dāng)前應(yīng)用范圍較小的海藻，提高海藻的經(jīng)濟(jì)價值，促進(jìn)海藻栽培業(yè)的發(fā)展，有效的保護(hù)海洋環(huán)境，具有良好的社會和環(huán)保效應(yīng)。
3.燃料的產(chǎn)率高。本發(fā)明熱解過程可以分階段進(jìn)行，以取得較純的液體燃料或氣體燃料，在中溫階段將生物質(zhì)直接加熱，然后迅速冷卻，可是中間液態(tài)產(chǎn)物分子在進(jìn)一步斷裂生成氣體之前冷凝，得到高質(zhì)量的生物質(zhì)液體燃料，液體產(chǎn)率可高達(dá)70-90％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；在高溫(650-1000℃)閃速熱解下，反應(yīng)速度極高，主要產(chǎn)生氣體燃料，其產(chǎn)率可達(dá)到60-90％。
具體實施例方式
從海區(qū)采得大型海藻后，要進(jìn)行分選，去除一些碎石、淤泥等，防止破壞粉碎機和在反應(yīng)釜中造成大量殘留物。然后將大型海藻曬干以減少在反應(yīng)釜中蒸發(fā)水分時大量浪費能源。本發(fā)明所采取的各參數(shù)條件根據(jù)不同的海藻而不同；分段熱解得到不同的產(chǎn)物，調(diào)整其熱解溫度和加熱速率可以提高燃料的產(chǎn)率。
實施例1以龍須菜為例，熱解成液體燃料和氣體燃料。
龍須菜原料主要是海區(qū)養(yǎng)殖所得。龍須菜在采收后，進(jìn)行分選，除掉碎石和泥沙等，然后在海區(qū)曬干。曬干龍須菜后將其收集置于粉碎機中，粉碎粒度為1cm。然后將龍須菜在反應(yīng)釜中靠外部供熱升溫至150℃，蒸發(fā)出其中剩余水分。將龍須菜在反應(yīng)釜中升溫在中溫(400℃)，高加熱速率50℃/s的條件下將龍須菜直接加熱，氣相滯留期2s，然后在0.5s內(nèi)急冷至300℃，即可得到高質(zhì)量的生物質(zhì)液體油，得率為78％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；將龍須菜在高溫(900℃)，升溫速率為104℃/s，氣相滯留期為0.2s，得到了高質(zhì)量的生物質(zhì)氣體燃料，得率為71％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實施例2用角叉菜、龍須菜、馬尾藻的混合藻體生物質(zhì)制取燃料。前期處理同實施例1。
與實施例1不同之處在于粉碎粒度5cm。制取液體燃料的溫度為(500℃)，高加熱速率100(℃/s)，氣相滯留期為3s，生物質(zhì)液體油的得率為81％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。制取氣體燃料的溫度為800℃，升溫速率為2*104℃/s，氣相滯留期為0.2s，氣體燃料得率為75％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實施例3用石莼、蜈蚣藻和叉開網(wǎng)翼藻混合藻體生物質(zhì)制取燃料。前期處理同實施例2。
與實施例2不同之處在于制取液體燃料的溫度為450℃，高加熱速率200(℃/s)，氣相滯留期為3s，生物質(zhì)液體油的得率為85％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。制取氣體燃料的溫度為950℃，升溫速率為5*104℃/s，氣相滯留期為0.2s，氣體燃料得率為80％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實施例4用海帶生物質(zhì)制取燃料，前期處理同例2。
制取液體燃料的溫度為(300℃)，高加熱速率50(℃/s)，氣相滯留期為2s，生物質(zhì)液體油的得率為71％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。制取氣體燃料的溫度為1000℃，升溫速率為8*104℃/s，氣相滯留期為0.1s，氣體燃料得率為83％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實施例5用紫菜生物質(zhì)制取燃料，前期處理同例2。
制取液體燃料的溫度為(600℃)，高加熱速率150(℃/s)，氣相滯留期為2s，生物質(zhì)液體油的得率為82％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。制取氣體燃料的溫度為700℃，升溫速率為6*104℃/s，氣相滯留期為0.1s，氣體燃料得率為75％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
權(quán)利要求
1.一種大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法，其特征在于1)將大型海藻進(jìn)行篩選和分選，去除雜質(zhì)；2)將大型海藻曬干；3)將大型海藻粉碎，使其長度為200μm-10cm；4)將大型海藻置于熱裂解器中，加熱升溫至100-190℃，蒸發(fā)出其中的水分；5)熱裂解器繼續(xù)加熱升溫，使大型海藻于200-1000℃熱解生成液體燃料和/或氣體燃料。
2.按照權(quán)利要求1所述大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法，其特征在于將大型海藻熱解成液體燃料的過程為，在中溫300-600℃，高加熱速率10-200℃/s的條件下將大型海藻直接加熱，氣象滯留期為0.5-5s，然后在0.5s內(nèi)急冷至350℃以下，得到高質(zhì)量的生物質(zhì)液體油。
3.按照權(quán)利要求2所述大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法，其特征在于在0.01-0.5s內(nèi)急冷至常溫-350℃。
4.按照權(quán)利要求1所述大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法，其特征在于將大型海藻熱解成氣體燃料的過程為，大型海藻在高溫600-1000℃，升溫速率大于1000℃/s，氣相滯留期小于0.5s，得到高質(zhì)量的生物質(zhì)氣體燃料。
5.按照權(quán)利要求4所述大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法，其特征在于氣相滯留期0.01-0.5s。
6.按照權(quán)利要求1所述大型海藻熱解成液體燃料和氣體燃料的方法，其特征在于所述大型海藻為海帶、巨藻、龍須菜、紫菜、角叉菜、龍須菜、馬尾藻、石莼、蜈蚣藻和/或叉開網(wǎng)翼藻等所有的能夠提供生物量的所有的海藻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制取液體和固體燃料的方法，特別適用于將大型海藻進(jìn)行熱解成液體燃料和氣體燃料的方法；1)將大型海藻進(jìn)行篩選和分選，去除雜質(zhì)；2)將大型海藻曬干；3)將大型海藻粉碎，使其長度為200μm－10cm；4)將大型海藻置于熱裂解器中，加熱升溫至100－190℃，蒸發(fā)出其中的水分；5)熱裂解器繼續(xù)加熱升溫，使大型海藻于200－1000℃熱解生成液體燃料和/或氣體燃料。本發(fā)明生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)速率高，既能緩解當(dāng)前的能源危機，節(jié)省不可再生的化石能源，又能充分提高海藻的經(jīng)濟(jì)價值，促進(jìn)海藻栽培業(yè)的發(fā)展，有效的保護(hù)海洋環(huán)境，具有良好的社會和環(huán)保效應(yīng)。
文檔編號C10G1/00GK101033405SQ20061004601
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者王廣策, 陳明強, 王君, 李德茂, 曾呈奎 申請人:中國科學(xué)院海洋研究所