一种基于生物质的液体燃料及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种基于生物质的液体燃料及其生产工艺，以生物质为原料，经预处理、热解反应和催化裂解反应，得到液体燃料，技术关键在于催化裂解反应时所使用的催化剂，该催化剂是利用硅藻土、α‑萘胺单体制成的载体浆液与正硅酸乙酯、ZSM‑5分子筛、硫脲等制成的分子筛浆液混合制备而得。借助于该催化剂的催化作用，实现了生物质的较高转化率，对生物质充分降解，所得液体燃料的热值高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物质的液体燃料及其生产工艺
本专利技术属于新能源
，涉及一种基于生物质的液体燃料及其生产工艺。
技术介绍
传统燃料在在燃烧时特别容易导致燃烧不完全，尾气中的颗粒物、氮氧化物和碳氢化合物含量很高，对环境造成了极大污染和危害。而且，近年来随着经济和人类社会的迅猛发展，全世界范围的石化资源加剧消耗，就我国而言，近年来随着国民经济的快速发展，我国对石油资源的需求持续增长，即使按照比较慢的消费增长速度预测，未来也会有较大的石油供应缺口，对外依存程度上升，势必会带来严重的石油安全问题，而石油安全又是国家安全的一个重要组成部分。全球的石油资源是非常有限的，石油产品的价格随着全球储备量的减少而不断攀升，给人们的生活以及交通运输带来了严重的经济负担。因此，为了应对石油资源短缺和减少环境污染，发展低碳环保的可再生能源成为当务之急。此时生物液体燃料作为一种未来可期的可再生能源便应运而生了。生物液体燃料是一种清洁并且可持续循环使用的能源类型，是一种清洁并且可持续循环使用的能源类型，目前一般采用热化学转化法，利用固体生物质为原料在一定的温度和压力下，经过一系列复杂的物理化学反应，使固体生物质转化为液体燃料。但是现有的生物质燃料存在燃烧不彻底和浪费严重的问题，这直接导致了积碳高和燃料利用率低，已经成为制约当前生物液体燃料发展的一大瓶颈。热化学转化法又可以分为直接液化和间接液化两种方法，前者工艺过程复杂，能耗高而且生产过程中产生的焦油难以去除，后者的转化率比较低，一般低于45w.t.％(以干物质的重量计)。专利CN106318477B公开了一种生物质催化热解制备高品位液体燃料的方法，以W2N/AC、Mo2N/AC、WP/AC或MoP/AC为催化剂，对生物质进行热解制得液体燃料，尽管避免了使用贵金属，但是生物质转化率不高，所得液体燃料的热值不理想，燃烧品质较差，仍然不能满足生产需要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于生物质的液体燃料及其生产工艺，生物质转化率高，液体燃料的热值高。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于生物质的液体燃料的生产工艺，以生物质为原料，经预处理、热解反应和催化裂解反应，得到液体燃料；以重量份计，在催化裂解反应时所使用的催化剂是通过以下方法制备得到的：(A)先将100份硅藻土配制成悬浊液，接着向悬浊液中加入65～75份α-萘胺单体，经聚合反应，过滤洗涤，焙烧碳化，再分散于水中制成固含量30～40w.t.％的载体浆液；(B)然后向pH＝3.5～4.5的酸溶液中加入1～2份正硅酸乙酯、4～6份ZSM-5分子筛，搅拌水解，烘干并与0.3～0.5份硫脲混合研磨均匀，焙烧，得到复合粉，接着将该复合粉分散于水中，制成固含量为40～50w.t.％的分子筛浆液；(C)再向步骤(A)所得载体浆液中加入0.03～0.04份粘结剂，超声波振荡5～10分钟，得到预混液；(D)最后向预混液中加入步骤(B)所得分子筛浆液，超声波振荡20～30分钟，干燥，即得所述催化剂。优选的，所述生物质选自稻壳、柏树叶、麻杆、棉籽壳、甘蔗渣、核桃壳或栗子壳中的任一种或几种。优选的，预处理的具体方法为：将生物质浸泡于4～6倍重量的质量浓度20～30％氢氧化钠溶液中，300～450W微波处理5～8分钟，过滤取固体残余物。优选的，热解反应的工艺条件为：无氧条件下，以120～140℃/分钟的升温速率升温至700～800℃，保温处理2～3分钟，得到热解气和残渣，前者继续进行催化裂解反应。优选的，催化裂解反应的具体方法如下：热解反应后产生的热解气通入装有催化剂的反应器中，280～300℃催化裂解3～4小时，冷凝，即得所述的液体燃料。优选的，步骤(A)中，聚合反应的具体方法是：先将硅藻土加入5～8倍重量的质量浓度20～30％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中加入α-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，0～5℃反应8～10小时；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液的用量是α-萘胺单体重量的3～4倍，是将过硫酸铵溶解于7～9倍重量的质量浓度20～30％盐酸溶液中制备得到的。优选的，步骤(A)中，焙烧碳化的工艺条件为：在氮气气氛下，800～1000℃焙烧5～8小时。优选的，步骤(B)中，所述酸溶液选自盐酸、硫酸或硝酸溶液中的任一种。优选的，步骤(B)中，搅拌水解的工艺条件为：38～40℃搅拌4～5小时。优选的，步骤(B)中，烘干的工艺条件为：烘干温度为70～80℃，烘干时间8～10小时。优选的，步骤(B)中，焙烧的工艺条件为：680～720℃焙烧100～130分钟。优选的，步骤(C)中，粘结剂是以氢氧化铝、水玻璃和质量浓度80～85％浓磷酸为原料制备得到；具体制备方法如下：先将氢氧化铝用去离子水分散打浆，至固含量30～40w.t.％，再加入水玻璃，搅拌升温至100～110℃，加入浓磷酸，并保持反应1～2小时，即得所述粘结剂。进一步优选的，氢氧化铝所含铝、水玻璃所含硅、浓磷酸所含磷的摩尔比为1.5～2：1：1。优选的，步骤(D)中，干燥的具体过程是：先经喷雾干燥制成20～30目的球形颗粒，然后于100～105℃烘干处理5～6小时即可。利用上述生产工艺得到的一种基于生物质的液体燃料。本专利技术的有益效果在于：本专利技术以生物质为原料，经预处理、热解反应和催化裂解反应，得到液体燃料，技术关键在于催化裂解反应时所使用的催化剂，该催化剂是利用硅藻土、α-萘胺单体制成的载体浆液与正硅酸乙酯、ZSM-5分子筛、硫脲等制成的分子筛浆液混合制备而得。借助于该催化剂的催化作用，实现了生物质的较高转化率，对生物质充分降解，所得液体燃料的热值高。向含有硅藻土的悬浊液中加入α-萘胺后，经聚合反应，在硅藻土表面形成聚α萘胺，焙烧碳化，形成氮掺杂的多孔碳材料，孔隙丰富，比表面积大，有利于催化性能的提高。氮掺杂还具协同效应，有助于提高反应活性，这是因为氮原子具有额外的孤对电子，能增强电子传输特性，进而提高反应活性。ZSM-5分子筛具有优异的催化活性，含有十元环，基本结构单元是由八个五元环组成的，晶体结构属于斜方晶系，具丰富孔隙。本专利技术将ASM-5分子筛与正硅酸乙酯、硫脲等复合，在制备过程中，正硅酸乙酯在酸性作用下水解，并且在水解过程中不断填充至ZSM-5分子筛的微观孔隙中，后续与硫脲混合研磨并焙烧复合，形成更多微小孔隙，增大比表面积，同时，引入硅、硫的掺杂，形成更多活性位点，协同提高催化活性。生物质在热解反应之前先进行预处理，有利于在后续热解反应和催化裂解过程中的充分降解，提高生物质转化率，保证所得液体燃料的热值。具体实施方式下面将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。为便于比较，实施例和对比例中的生物质均选用麻杆，但本专利技术的生物质并不限于麻杆。实施例1：一种基于生物质的液体燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生物质的液体燃料的生产工艺，以生物质为原料，经预处理、热解反应和催化裂解反应，得到液体燃料；其特征在于，以重量份计，在催化裂解反应时所使用的催化剂是通过以下方法制备得到的：/n(A)先将100份硅藻土配制成悬浊液，接着向悬浊液中加入65～75份α-萘胺单体，经聚合反应，过滤洗涤，焙烧碳化，再分散于水中制成固含量30～40w.t.％的载体浆液；/n(B)然后向pH＝3.5～4.5的酸溶液中加入1～2份正硅酸乙酯、4～6份ZSM-5分子筛，搅拌水解，烘干并与0.3～0.5份硫脲混合研磨均匀，焙烧，得到复合粉，接着将该复合粉分散于水中，制成固含量为40～50w.t.％的分子筛浆液；/n(C)再向步骤(A)所得载体浆液中加入0.03～0.04份粘结剂，超声波振荡5～10分钟，得到预混液；/n(D)最后向预混液中加入步骤(B)所得分子筛浆液，超声波振荡20～30分钟，干燥，即得所述催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于生物质的液体燃料的生产工艺，以生物质为原料，经预处理、热解反应和催化裂解反应，得到液体燃料；其特征在于，以重量份计，在催化裂解反应时所使用的催化剂是通过以下方法制备得到的：
(A)先将100份硅藻土配制成悬浊液，接着向悬浊液中加入65～75份α-萘胺单体，经聚合反应，过滤洗涤，焙烧碳化，再分散于水中制成固含量30～40w.t.％的载体浆液；
(B)然后向pH＝3.5～4.5的酸溶液中加入1～2份正硅酸乙酯、4～6份ZSM-5分子筛，搅拌水解，烘干并与0.3～0.5份硫脲混合研磨均匀，焙烧，得到复合粉，接着将该复合粉分散于水中，制成固含量为40～50w.t.％的分子筛浆液；
(C)再向步骤(A)所得载体浆液中加入0.03～0.04份粘结剂，超声波振荡5～10分钟，得到预混液；
(D)最后向预混液中加入步骤(B)所得分子筛浆液，超声波振荡20～30分钟，干燥，即得所述催化剂。


2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述生物质选自稻壳、柏树叶、麻杆、棉籽壳、甘蔗渣、核桃壳或栗子壳中的任一种或几种。


3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，预处理的具体方法为：将生物质浸泡于4～6倍重量的质量浓度20～30％氢氧化钠溶液中，300～450W微波处理5～8分钟，过滤取固体残余物。


4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，热解反应的工艺条件为：无氧条件下，以120～140℃/分钟的升温速率升温至700～800℃，保温处理2～3分钟，得到热解气和残渣，前者继续进行催化裂解反应。

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：许洁，
类型：发明
国别省市：江西;36