專利名稱：一種木材生物液態(tài)能源的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物液態(tài)能源的制備方法，特別是涉及一種木材 生物液態(tài)能源的制備方法。
技術(shù)背景能源和糧食是人類賴以生存的基本物質(zhì)保障。目前，世界范圍內(nèi) 的能源消耗主要是以煤炭、石油和天然氣為主的常規(guī)不可再生性能 源，因而其資源量是非常有限的。能源危機(jī)和生態(tài)危機(jī)日益凸現(xiàn)，且 能源已成為一個制約我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的瓶頸，原油進(jìn)口也成為我國 能源安全的重大隱患。開發(fā)可再生的、清潔的生物能源具有重要的戰(zhàn) 略意義。生物能源是指通過植物光合作用，把太陽能變成有機(jī)物而儲 藏的能量，包括各種植物、人畜糞便及有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化成的能源，如薪 柴、沼氣、生物柴油、燃料乙醇、農(nóng)作物秸稈、城鄉(xiāng)有機(jī)垃圾、工農(nóng)業(yè)廢水等。有人估算生物能源的現(xiàn)存量為18000億t，其中90%是森 林資源，但目前僅有秸稈和植物油料能應(yīng)用于液態(tài)生物能源。從林業(yè) 廢料(如樹皮、鋸末、灌木條)、秸稈中盡快尋找和發(fā)展替代石油的 新能源是當(dāng)務(wù)之急，是中國能源戰(zhàn)略的迫切需要。因此，發(fā)展生物能 源將不但對我國而且對人類生態(tài)環(huán)境都作出巨大的貢獻(xiàn)。生物液態(tài)能源生產(chǎn)技術(shù)主要包括化學(xué)法、生物酶合成法、工程 微藻法。(1)化學(xué)法目前生物柴油主要是利用化學(xué)法生產(chǎn)，即動物和植 物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇在酸或堿性催化劑和高溫(230°C 250 °C)下進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯，再經(jīng)洗滌和干 燥即得生物柴油。甲醇和乙醇在生產(chǎn)過程中可循環(huán)使用，生產(chǎn)設(shè)備與 一般設(shè)備相同，生產(chǎn)過程中可產(chǎn)生10%左右的副產(chǎn)品一甘油。此種方 法的缺點(diǎn)主要是工藝較復(fù)雜，醇必須過量，后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的 醇回收裝置，能耗較高，酯化物難于回收，成本較高，生產(chǎn)過程中有 廢堿液排放。(2)生物酶合成法生物酶合成法是用動物油脂和低碳醇通過 脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化發(fā)應(yīng)，制備相應(yīng)的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生 物柴油具有條件溫和、醇用量小、無污染排放的優(yōu)點(diǎn)。但目前主要問 題有對甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)酯化率低， 一般僅為40% 60%。由于目前脂 肪酶對長鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而對短鏈脂肪醇.(如甲醇或乙醇)轉(zhuǎn)化率低，而且短鏈醇對酶有一定毒性，酶的使用壽命短。副 產(chǎn)物甘油和水難于回收。(3)工程微藻法工程微藻法是一種全新的生產(chǎn)生物柴油的方 法。這種方法是利用微藻(工程小環(huán)藻)來生產(chǎn)生物柴油，它通過提 高微藻中脂質(zhì)含量(從5%提高到60%)來提高生物柴油的產(chǎn)量。美國 國家可更新實(shí)驗(yàn)室(NREL)通過現(xiàn)代生物技術(shù)建成了脂質(zhì)含量在60% 的"工程微藻"。利用"工程微藻"生產(chǎn)柴油的優(yōu)越性在于微藻生 產(chǎn)能力高、用海水作為天然培養(yǎng)基可節(jié)約農(nóng)業(yè)資源(比陸生植物單產(chǎn) 油脂高幾十倍)、生產(chǎn)的生物柴油不含硫，燃燒時不產(chǎn)生有害氣體， 不污染環(huán)境。目前，我國人工速生林種植面積具世界第一，人工林木材是我國 重要的工業(yè)纖維原料林樹種，是用于制漿造紙和人造板的理想原料。 但近年來，中國木材資源日益緊缺，其價格不斷攀升，導(dǎo)致各類林木 的砍伐期逐漸縮短，特別是杉樹、松樹、落葉松等的砍伐期已縮至5 10年。幼齡木材的抽提物含量高達(dá)12%，在制漿造紙中，不僅浪費(fèi)大 量的漂白劑及助劑，而且加大廢水的毒性，造成巨大的環(huán)境污染和極 大的資源浪費(fèi)，在人造板生產(chǎn)浪費(fèi)大量的膠粘劑。為了充分利用資源， 減少環(huán)境污染，提高木材的綜合利用率，對抽提物的研究己引起國內(nèi) 外研究者的高度重視。經(jīng)過長達(dá)10多年的研究，發(fā)現(xiàn)木材抽提物定向 熱解的方法，此種方法有望解決涉及林業(yè)、制漿、造紙、能源和環(huán)境 保護(hù)的重要問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、易于操作、可 控性好、成本低木材生物液態(tài)能源的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用溶劑從木材材中提取抽提物，然后在5-10(TC溫度、 0-0.99MPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2) 、按照添加量為質(zhì)量百分比為0 — 5%的催化劑與木材抽提物 均勻混合，然后放入熱裂解爐中，充入惰性氣體，然后迅速升溫200 —900°C，將熱裂汽冷卻至60°C以下，得到粗油；(3) 、在20-80。C溫度、0. 01-0. 99MPa真空下，蒸餾，餾出物冷 卻后得到生物液態(tài)能源。上述步驟1中所述的木材系指各類杉樹、桉樹、楊樹、泡桐、藜 蒴栲、松樹或落葉松的木材。上述步驟1中所述的溶劑是指乙酸乙酯、乙酸、乙醇、丙酮、苯、 甲苯、乙醚其中一種或任意比例的混合物，其中各溶劑的純度》90%。上述步驟2中所述的惰性氣體是指氮?dú)狻⒑?、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物。上述步驟2中所述的催化劑是指二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二 Ig0t^昆ttl， iMi 昆tl:匕力m二氧化釷m二氧化硅111三氧化二鉛=(0一10): (0.001 — 10): ( 0.001 — 10)。采用上述技術(shù)方案的木材生物液態(tài)能源的制備方法，將木材次要 成分定向轉(zhuǎn)化為液態(tài)能源成分，可用于替代汽油、柴油等。本發(fā)明不 僅可以提高木材的附加值，而且可以緩解我國液態(tài)能源的不足，具有 良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明工藝簡單、易于操作、 可控性好、成本低、易于產(chǎn)業(yè)化，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。綜上所述，本發(fā)明是一種工藝簡單、易于操作、可控性好、成本 低木材生物液態(tài)能源的制備方法。
具體實(shí)施方式
通過下面給出的本發(fā)明的具體實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地理解本 發(fā)明，但下述實(shí)施例并不是對本發(fā)明的限定。實(shí)施例1:木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙酸乙酯溶劑(純度》90%)從杉樹的木材中提取抽提 物，然后在10(TC溫度、OMPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提 物；(2) 、按照添加量為質(zhì)量百分比為5%的催化劑與木材抽提物均勻 混合，催化劑是指二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁的混合物，質(zhì)量混合比為m二氧化釷m二氧化硅m三氧化二鋁^10: 10: 10，然后放入熱裂解爐中，充入氮?dú)舛栊詺怏w，然后迅速升溫70(TC，將熱裂汽冷卻 至60°C以下，得到粗油；(3) 、在60。C溫度、O.OlMPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生物液態(tài)能源。 實(shí)施例2:木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙酸溶劑(純度》90%)從松樹的木材中提取抽提物， 然后在80。C溫度、0.99MPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2) 、按照添加量為質(zhì)量百分比為4%的催化劑與木材抽提物均勻 混合，催化劑是指二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁的混合物，質(zhì)量 、混A比為m二氧化釷m二氧化硅m三氧化二招二5: 0.001: 0.01， ^后方文入 熱裂解爐中，充入氦氣惰性氣體，然后迅速升溫20(TC，將熱裂汽冷 卻至6(TC以下，得到粗油；(3) 、在5(TC溫度、O.OlMPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生物液態(tài)能源。 實(shí)施例3:木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙醇溶劑(純度》90%)從落葉松的木材中提取抽提物，然后在6(TC溫度、0.50MPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2) 、按照添加量為質(zhì)量百分比為1%的催化劑與木材抽提物均勻混合，催化劑是指二氧化硅、三氧化二鋁的混合物，質(zhì)量混合比為 m二氧化硅:ms氧化二招二3: 0.001，然后放入熱裂解爐中，充入二氧化碳 惰性氣體，然后迅速升溫60(TC，將熱裂汽冷卻至60°C以下，得到粗 油；(3) 、在2(TC溫度、0.99MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態(tài)能源。實(shí)施例4:木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用丙酮溶劑(純度》90%)從楊樹的木材中提取抽提物， 然后在4(TC溫度、0.99MPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2) 、將木材抽提物放入熱裂解爐中，充入氮?dú)舛栊詺怏w，然后 迅速升溫90(TC，將熱裂汽冷卻至6CTC以下，得到粗油；(3) 、在80。C溫度、0.99MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態(tài)能源。實(shí)施例5:木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用苯和甲苯任意比例的混合物溶劑(純度》90%)從桉樹 的木材中提取抽提物，然后在5。C溫度、0.99MPa真空下蒸發(fā)、回收 溶劑，得到木材抽提物；(2) 、按照添加量為質(zhì)量百分比為2%的催化劑與木材抽提物均勻 混合，催化劑是指二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁的混合物，質(zhì)量 昆^比力m二氧化駄m二氧化硅瓜三氧化二鋁=2: 0.1: 0.5， ％ 方文入B( ^ 解爐中，充入氮?dú)?、氦氣和二氧化碳任意比例的混合物惰性氣體，然后迅速升溫40(TC，將熱裂汽冷卻至60°C以下，得到粗油；(3) 、在2(TC溫度、O.OlMPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生物液態(tài)能源。 實(shí)施例6:木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙醚溶劑(純度》90%)從藜熟栲的木材中提取抽提物， 然后在IO'C溫度、0.99MPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2) 、按照添加量為質(zhì)量百分比為0.5%的催化劑與木材抽提物均勻混合，催化劑是指二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁的混合物，質(zhì) fi 昆t比為m二氧化駄m二氧化硅111三氧化二鋁=(1: 2: 3， ^ ^方文入^ ^解爐中，充入氮?dú)舛栊詺怏w，然后迅速升溫300'C，將熱裂汽冷卻至 6(TC以下，得到粗油；(3)、在3(TC溫度、0.20MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生物液態(tài)能源。 實(shí)施例7:木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙酸乙酯、乙酸、乙醇、丙酮、苯、甲苯和乙醚任意比例的混合物溶劑(純度》90%)從泡桐的木材中提取抽提物，然后在 95。C溫度、OMPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2) 、按照添加量為質(zhì)量百分比為4. 5%的催化劑與木材抽提物均 勻混合，催化劑是指二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁的混合物，質(zhì) fi》昆A比力m二氧化統(tǒng)m二氧化硅111三氧化二招=1: 0.001: 0.01， ％ 方文 入熱裂解爐中，充入氮?dú)舛栊詺怏w，然后迅速升溫450'C，將熱裂汽 冷卻至60°C以下，得到粗油；(3) 、在75'C溫度、0. lOMPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態(tài)能源。
權(quán)利要求
1.一種木材生物液態(tài)能源的制備方法，其特征是制備步驟包括(1)、利用溶劑從木材材中提取抽提物，然后在5-100℃溫度、0-0.99MPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2)、按照添加量為質(zhì)量百分比為0-5％的催化劑與木材抽提物均勻混合，然后放入熱裂解爐中，充入惰性氣體，然后迅速升溫200-900℃，將熱裂汽冷卻至60℃以下，得到粗油；(3)、在20-80℃溫度、0.01-0.99MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生物液態(tài)能源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材生物液態(tài)能源的制備方法，其特 征是所述的木材系指各類杉樹、桉樹、楊樹、泡桐、藜蒴栲、松樹 或落葉松的木材。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材生物液態(tài)能源的制備方法，其特征是所述的溶劑是指乙酸乙酯、乙酸、乙醇、丙酮、苯、甲苯、乙醚其中一種或任意比例的混合物，其中各溶劑的純度》90%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材生物液態(tài)能源的制備方法，其特征是所述的惰性氣體是指氮?dú)狻⒑?、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的木材生物液態(tài)能源的制備方法，其特征是所述的催化劑是指二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁的混合物， M量、混t比為m二氧化鈦m二氧化硅111三氧化二鋁=(0一10): (O.OOl一lO):(0. 001— 10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種木材生物液態(tài)能源的制備方法，制備步驟包括(1)利用溶劑從木材材中提取抽提物，然后在5-100℃溫度、0-0.99MPa真空下蒸發(fā)、回收溶劑，得到木材抽提物；(2)按照添加量為質(zhì)量百分比為0-5％的催化劑與木材抽提物均勻混合，然后放入熱裂解爐中，充入惰性氣體，然后迅速升溫200-900℃，將熱裂汽冷卻至60℃以下，得到粗油；(3)在20-80℃溫度、0.01-0.99MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生物液態(tài)能源。本發(fā)明不僅可以提高木材的附加值，而且可以緩解我國液態(tài)能源的不足，具有良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明工藝簡單、易于操作、可控性好、成本低、易于產(chǎn)業(yè)化，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C10G1/08GK101235313SQ20081003068
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者吳義強(qiáng), 彭萬喜, 洪 陳 申請人:中南林業(yè)科技大學(xué)