CN101392179B - 果壳在制备烷烃类碳氢化合物燃油中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于生物质综合利用技术领域，特别涉及以果壳为原料制备烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油。本发明是以果壳作为生物质制备燃油中的原料，加入一定量的过渡金属催化剂，以少量水作为介质，在相对较低的温度条件下，由果壳制备出以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油。热值≥40MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
Description
技术领域
本发明是关于生物质综合利用技术领域，特别涉及以果壳为原料制备烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油。
背景技术
生物质作为一种来源广泛可再生的清洁能源，随着能源与环境问题日益加重，越来越受到人们的重视。生物质通过直接液化过程转化成液体燃油，可有效的提高生物质的利用率，但是其中大量的含氧物质使得液体燃油的热值相对较低，羧酸的成分使液体燃油不易保存而且精炼成本高，精炼工艺复杂化。Funda Ate 
，Ay 
e E.Pütün，Ersan Pütün，在《J.Anal.Appl.Pyrolysis》(73(2005)299～304)“Catalytic pyrolysis of prennial shrub，Euphorbia rigda in thewater vapour atmosphere”一文中介绍了在饱和水蒸气条件下催化热解Euphorbia rigida(一种大戟属植物)，当使用的Co-Mo催化剂的含量达到20％时，得到最大产量为42.56％的生物油，生物油中含有较多的极性物质。Ersan Pütün，Ba 
ak Burcu Uzun，Ay e Eren Pütün，在《biomass&bioenergy》“Production of bio-fuels from cottonseed cake by catalyticpyrolysis under steam atmosphere”一文中介绍了蒸气催化热解棉籽饼过程中，使用20％(占原料质量)的硅酸盐作催化剂时，所得到的生物油最大产量为31％，氧含量为11％～14％。Funda-Ate 
，Ay 
e E.Pütün，Ersan Pütün，在《fuel》，Pyrolysis of two different biomass samples in fixed-bed reactorcombined with two different catalysts一文中披露了两种商业催化剂DHC-32和HC-K 1.3Q在热解Euphorbia rigida和芝麻杆中所得到的生物油的产量和性质。其结果为：当使用10％(占原料质量)的催化剂，对于两种生物质的热解所得到的生物油的产量最大分别为26.1％，27.55％和26.5％，28.2％，氧含量为13.45％～23.05％。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有生物质直接液化过程中所得到的液体燃油中的氧含量高，组分中含有较多的羧酸物质，以及产率低，进一步分离较困难的不足，提出以果壳作为生物质制备燃油的原料，尤其利用半干法，在较低温度下，对生物质进行催化转化的过程中，采用锰类催化剂由生物质制备出以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油。所获得的燃油的热值≥40MJ/kg，H/C比大于1.6，氧含量＜6％。
本发明的果壳在制备烷烃类碳氢化合物燃油中的用途，是以果壳作为生物质制备燃油中的原料，由果壳制备出以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的含有少量酚类物质及微量的有机醇、酸的碳氢化合物燃油。
所述的烷烃是C6～C28的烷烃。
所述的环烷烃多为五元环或者六元环的单环烷烃。
所述的芳香烃多为苯及甲基、乙基取代的苯衍生物。
所述的由果壳制备出以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油，是向经过粉碎、筛选的果壳原料中加入少量水，加水量为果壳原料重量的10～50％，再加入过渡金属催化剂，将粉碎的果壳与过渡金属催化剂均匀混合后加入到密闭的反应釜或反应器中，对反应釜或反应器进行加热，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，反应温度350～500℃；反应完成后降温至室温，排除气体后，将反应固液产物进行常压蒸馏处理，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的具有较高热值(热值是≥40MJ/kg)，低氧含量(＜6％)的高H/C比(＞1.6)碳氢化合物燃油。
所述的粉碎、筛选后的果壳原料的粒径小于10目。
所述的果壳选自：西瓜籽壳、冬瓜籽壳、南瓜子壳、桃胡儿壳、杏胡儿壳、板栗壳、核桃壳、榛子壳、松子壳、棕榈壳、椰子壳、棉籽壳、葵花籽壳、花生壳中的一种或一种以上的混合物。
所述的燃油主要成分是烷烃、环烷烃、芳香烃的碳氢化合物，热值≥40MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
所述的在反应温度为350～500℃下的反应时间为5～60分钟。
所述的过渡金属催化剂中的过渡元素的含量占果壳原料重量的0.05～10％。
所述的过渡金属催化剂选自过渡金属、过渡金属化合物、含过渡金属的矿石中的一种或一种以上的混合物。
所述的过渡金属的粒径为100目以下，包括锰、铁、钒、钴、镍、铜或锌中的一种或一种以上的混合物。
所述的过渡金属化合物选自碳酸锰、一氧化锰、二氧化锰、四氧化三锰、高锰酸钾、氧化亚铁、氧化铁、三氧化二钒、四氧化二钒、五氧化二钒、氧化钴、氧化铜、氧化锌、氧化镍中的一种或一种以上的混合物。
所述的含过渡金属矿石的粒径为100目以下，包含软锰矿、硬锰矿、水锰矿、黑锰矿、褐锰矿、菱铁矿、黄铁矿、磁铁矿，铬铁矿、钒钛磁铁矿、黄铜矿、闪锌矿、大洋锰结核、铅锌银矿、铁钼华、辉钼矿、砷钴矿中的一种或一种以上的混合物。
本发明主要是利用果壳作为生物质制备燃油的原料，在过渡金属催化剂用量极少的情况下，以少量水作为介质，在相对较低的温度条件下由坚果壳及油料作物壳类副产品制备出以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1.本发明实施例1所得到的生物燃油的GC-MS的总离子流图。
具体实施方式
实施例1
5g葵花籽壳(粒径小于20目)与0.5ml水混合均匀，加入0.05g粒径小于100目的金属锰作催化剂，混合均匀，压实入10ml微型密闭反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以80℃/min的升温速率升温至450℃，保持15分钟，结束反应，待空气中自然冷却后，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到燃油液体。热值为46.9MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
附图1为所得到的液体燃油的GC-MS总离子流图。通过质谱峰分析的结果，所得到的液体燃油的主要成份是：
(1)碳氢化合物主要有：3-甲基己烷、环己烷、环戊烷、任烷、癸烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷、二十三烷、二十 六烷、甲苯、乙基苯、1，4，6-三甲基萘等。
(2)含氧化合物主要有：三环醇、3-甲基4-乙基苯酚、十七酮、4(2，5二氢-3-甲氧基苯基)丁胺、十九酮、咪唑基戊酮等。
从而证明使用该催化剂所得到的液体燃油是烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油。
实施例2
5g花生壳粉碎成粉(粒径小于10目)与2.5ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的金属锰与金属铁的混合粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以10℃/min的升温速率升温至400℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为40.9MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例3
5g棉花籽壳粉碎成粉(粒径小于40目)与2.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径小于100目的金属铜与五氧化二钒的混合粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以60℃/min的升温速率升温至450℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为42.3MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例4
5g核桃壳粉碎成粉(粒径小于10目)与0.8ml水混合均匀，加入0.1g粒径分别小于100目的氧化钴与金属镍的混合粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以50℃/min的升温速率升温至350℃，保持20分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压 蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为40.1MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例5
5g西瓜籽壳粉碎成粉(粒径小于10目)与0.5ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的氧化锌与金属钒的混合粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以10℃/min的升温速率升温至500℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为42.9MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例6
5g棕榈纤维粉碎成粉(粒径小于10目)与1.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的钒钛磁铁矿与氧化亚铁的混合粉末(重量比为2∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以100℃/min的升温速率升温至380℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为43.1MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例7
5g榛子壳粉碎成粉(粒径小于10目)与2.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的金属钴与大洋锰结核的混合粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以10℃/min的升温速率升温至430℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为44.3MJ/kg，氧含 量＜6％。
实施例8
5g葵花籽壳与棉籽壳1∶1质量比例粉碎成粉(粒径小于10目)与2.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的辉钼矿与铁钼华的混合粉末
(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以100℃/min的升温速率升温至490℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为43.3MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例9
5g花生壳与核桃壳1∶2质量比例粉碎成粉(粒径小于10目)与1.5ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的四氧化二钒作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以80℃/min的升温速率升温至380℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为42.2MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例10
5g榛子壳与西瓜子壳1∶3质量比例粉碎成粉(粒径小于10目)与0.1ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的三氧化二钒与粒径小于100目的金属锌混合的粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以40℃/min的升温速率升温至470℃，保持10分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为41.1MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例11
5g板栗壳与杏胡儿壳1∶1质量比例粉碎成粉(粒径小于10目)与1.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的碳酸锰矿与粒径小于100目的铁的混合粉末(重量比为2∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以10℃/min的升温速率升温至480℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为42.5MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例12
5g松子壳粉碎成粉(粒径小于10目)与2.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的磁铁矿作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以100℃/min的升温速率升温至440℃，保持20分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为44.5MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例13
40g桃胡儿壳与冬瓜子壳2∶1质量比例混合粉碎成粉(粒径小于30目)与10ml水混合均匀，加入0.4g粒径分别小于100目的砷钴矿与铬铁矿的混合粉末(重量比为1∶2)作催化剂，混合均匀，压实入100ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以50℃/min的升温速率升温至360℃，保持15分钟，收集所产生的气体，结束反应。待反应冷却，将渣滓进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为40.5MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例14
40g葵花籽壳、西瓜子壳、榛子壳1∶1∶1质量比例混合粉碎成粉(粒径小于60目)与20ml水混合均匀，加入0.2g粒径分别小于100目的金属铁与 辉钼矿的混合粉末(重量比为1∶2)作催化剂，混合均匀，压实入100ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以8℃/min的升温速率升温至400℃，保持15分钟，收集所产生气体，结束反应。待反应冷却，将渣滓进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为40.8MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例15
20g杏胡儿壳、花生壳、棉籽壳1∶1∶1质量比例混合粉碎成粉(粒径小于70目)与4ml水混合均匀，加入0.2g粒径分别小于100目的金属锰与钒以及一氧化锰的混合粉末(重量比为1∶1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入50ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以30℃/min的升温速率升温至420℃，保持15分钟，结束反应。收集所产生的气体，待反应冷却，将渣滓进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为40.1MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例16
5g橄榄饼粉碎成粉(粒径小于10目)与2.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的硬锰矿与闪锌矿的混合粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以50℃/min的升温速率升温至390℃，保持20分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为44.2MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例17
5g椰子壳粉碎成粉(粒径小于10目)与2.0ml水混合均匀，加入0.05g粒径分别小于100目的金属镍与大洋锰结核的混合粉末(重量比为1∶1)作催化剂，混合均匀，压实入10ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以10℃/min的升温速率升温至440℃，保持 15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为41.5MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
实施例18
50g棕榈纤维与椰子壳1∶1质量比例粉碎成粉(粒径小于10目)与20ml水混合均匀，加入0.5g粒径分别小于100目的菱铁矿与粒径小于100目的黄铜矿的混合粉末(重量比为2∶1)作催化剂，混合均匀，压实入100ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以80℃/min的升温速率升温至420℃，保持15分钟，结束反应。待反应冷却，收集所产生的气体，将反应固液产物进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为44.7MJ/kg，氧含量＜6％。
实施例19
40g葵花籽壳、橄榄饼、棕榈纤维1∶2∶1质量比例混合粉碎成粉(粒径小于70目)与8ml水混合均匀，加入0.4g粒径分别小于100目的金属锰与铁以及大洋锰结核的混合粉末(金属锰∶金属铁∶大洋锰结核的重量比为1∶2∶1)作催化剂，混合均匀，压实入100ml密闭的反应釜中，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，以30℃/min的升温速率升温至410℃，保持20分钟，结束反应。收集所产生的气体，待反应冷却，将渣滓进行常压蒸馏，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油液体。热值为42.0MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
Claims (9)
1.一种果壳在制备烷烃类碳氢化合物燃油中的用途，其特征是：以果壳作为生物质制备燃油中的原料，由果壳制备出以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油；
所述的由果壳制备出以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的碳氢化合物燃油，是向经过粉碎、筛选的果壳原料中加入水，加水量为果壳原料重量的10～50％，再加入过渡金属催化剂，将粉碎的果壳与过渡金属催化剂均匀混合后加入到密闭的反应釜或反应器中，对反应釜或反应器进行加热，在反应过程中无额外气化介质或预热气体补充的条件下，反应温度350～500℃；反应完成后降温至室温，排除气体后，将反应固液产物进行常压蒸馏处理，收集60～500℃之间的馏分，分离馏分中的水后得到以烷烃、环烷烃、芳香烃为主要产物的具有较高热值，低氧含量的高H/C比的碳氢化合物燃油。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的烷烃是C6～C28的烷烃。
3.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的过渡金属催化剂中的过渡元素的含量占果壳原料重量的0.05～10％。
4.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的粉碎、筛选后的果壳原料的粒径小于10目。
5.根据权利要求1、3或4所述的用途，其特征是：所述的果壳选自：西瓜籽壳、冬瓜籽壳、南瓜子壳、桃胡儿壳、杏胡儿壳、板栗壳、核桃壳、榛子壳、松子壳、棕榈壳、椰子壳、棉籽壳、葵花籽壳、花生壳中的一种或一种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的燃油主要成分是烷烃、环烷烃、芳香烃的碳氢化合物，热值≥40MJ/kg，H/C＞1.6，氧含量＜6％。
7.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的在反应温度为350～500℃下的反应时间为5～60分钟。
8.根据权利要求3所述的用途，其特征是：所述的过渡金属催化剂选自过渡金属、过渡金属化合物、含过渡金属的矿石中的一种或一种以上的混合物。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征是：所述的过渡金属的粒径为100目以下，选自锰、铁、钒、钴、镍、铜或锌中的一种或一种以上的混合物；
所述的过渡金属化合物选自碳酸锰、一氧化锰、二氧化锰、四氧化三锰、高锰酸钾、氧化亚铁、氧化铁、三氧化二钒、四氧化二钒、五氧化二钒、氧化钴、氧化铜、氧化锌、氧化镍中的一种或一种以上的混合物；
所述的含过渡金属矿石的粒径为100目以下，选自软锰矿、硬锰矿、水锰矿、黑锰矿、褐锰矿、菱铁矿、黄铁矿、磁铁矿，铬铁矿、钒钛磁铁矿、黄铜矿、闪锌矿、大洋锰结核、铅锌银矿、铁钼华、辉钼矿、砷钴矿中的一种或一种以上的混合物。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Addressee: Beijing Ruizeng Lanyu New Energy Co.,Ltd. Document name: Notification to Pay the Fees |
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Granted publication date: 20111019 Termination date: 20150921 |