專利名稱：一種竹材生物液態能源的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種利用竹材制備生物液態能源的方法。
技術背景能源和糧食是人類賴以生存的基本物質保障。目前，世界范圍內 的能源消耗主要是以煤炭、石油和天然氣為主的常規不可再生性能 源，因而其資源量是非常有限的。能源危機和生態危機日益凸現，且 能源已成為一個制約我國經濟迅速發展的瓶頸，原油進口也成為我國 能源安全的重大隱患。開發可再生的、清潔的生物能源具有重要的戰 略意義。生物能源是指通過植物光合作用，把太陽能變成有機物而儲 藏的能量，包括各種植物、人畜糞便及有機廢物轉化成的能源，如薪 柴、沼氣、生物柴油、燃料乙醇、農作物秸稈、城鄉有機垃圾、工農業廢水等。有人估算生物能源的現存量為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用于液態生物能源。從林業 廢料(如樹皮、鋸末、灌木條)、秸稈中盡快尋找和發展替代石油的 新能源是當務之急，是中國能源戰略的迫切需要。因此，發展生物能 源將不但對我國而且對人類生態環境都作出巨大的貢獻。生物液態能源生產技術主要包括化學法、生物酶合成法、工程 微藻法。(1)化學法目前生物柴油主要是利用化學法生產，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)下進行酯化反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯，再經洗滌和干 燥即得生物柴油。甲醇和乙醇在生產過程中可循環使用，生產設備與 一般設備相同，生產過程中可產生10%左右的副產品一甘油。此種方 法的缺點主要是工藝較復雜，醇必須過量，后續工藝必須有相應的 醇回收裝置，能耗較高，酯化物難于回收，成本較高，生產過程中有 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 脂肪酶進行轉酯化發應，制備相應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、無污染排放的優點。但目前主要問 題有對甲醇及乙醇的轉酯化率低， 一般僅為40% 60%。由于目前脂 肪酶對長鏈脂肪醇的酯化或轉酯化有效，而對短鏈脂肪醇(如甲醇或 乙醇)轉化率低，而且短鏈醇對酶有一定毒性，酶的使用壽命短。副產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生物柴油的方 法。這種方法是利用微藻(工程小環藻)來生產生物柴油，它通過提 高微藻中脂質含量(從5%提高到60%)來提高生物柴油的產量。美國 國家可更新實驗室(NREL)通過現代生物技術建成了脂質含量在60% 的"工程微藻"。利用"工程微藻"生產柴油的優越性在于微藻生 產能力高、用海水作為天然培養基可節約農業資源(比陸生植物單產 油脂高幾十倍)、生產的生物柴油不含硫，燃燒時不產生有害氣體， 不污染環境。目前，我國人工速生林種植面積具世界第一，人工林竹材是我國 重要的工業纖維原料林樹種，是用于制漿造紙和人造板的理想原料。 但近年來，中國竹材資源日益緊缺，其價格不斷攀升，導致各類林木 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。竹材的抽提物含量較高，在制漿造紙中，不僅浪費大量的漂白 劑及助劑，而且加大廢水的毒性，造成巨大的環境污染和極大的資源 浪費，在人造板生產浪費大量的膠粘劑。為了充分利用資源，減少環 境污染，提高竹材的綜合利用率，對抽提物的研究己引起國內外研究 者的高度重視。經過長達10多年的研究，發現竹材抽提物定向熱解的 方法，此種方法有望解決涉及林業、制漿、造紙、能源和環境保護的 重要問題。 發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、易于操作、可 控性好、成本低的竹材生物液態能源的制備方法。為了解決上述技術問題，本發明提供的竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用溶劑從竹材中提取抽提物，然后在5-10(TC溫度、 0-0.99MPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為0—5%將催化劑與竹材抽提 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 一90(TC，將熱裂汽冷卻至6(TC以下，得到粗油；(3) 、在20-8(TC溫度、0. 01-0. 99MPa真空下，蒸餾，餾出物冷 卻后得到生物液態能源。上述步驟1中所述的竹材系指各類竹材。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，其各溶劑的純度》90%。上述步驟2中所述的惰性氣體是指氮氣、氦氣、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Ig^rMtt/， Mi 昆tt:匕力m二氧化釷m二氧化硅111三氧化二培=(o一io): (o.ooi —io) : (o.ooi-io)。采用上述技術方案的竹材生物液態生物能源的制備方法，將竹材 次要成分定向轉化為液態能源成分，可用于替代汽油、柴油等。本發 明不僅可以提高竹材的附加值，而且可以緩解我國液態能源的不足， 具有良好的社會效益、環境效益和經濟效益。本發明工藝簡單、易于 操作、可控性好、成本低、易于產業化，具有十分廣泛的應用前景。
具體實施方式
通過下面給出的本發明的具體實施例可以進一步清楚地理解本 發明，但下述實施例并不是對本發明的限定。實施例1:竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙酸乙酯溶劑(純度》90%)從竹材中提取抽提物，然后在5'C溫度、0.99MPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為3.5%將催化劑與竹材抽提物 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，Mi、MA比為m 二氧化釷m 二氧化硅m三氧化二鋁=5 : o. ooi : o. oi， M后放入熱裂解爐中，充入氮氣、氦氣、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物惰性氣體，然后迅速升溫20(TC,將熱裂汽冷卻至60°C以下， 得到粗油；(3) 、在20。C溫度、0.99MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生物液態能源。 實施例2:竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙酸溶劑(純度》90%)從竹材中提取抽提物，然后在 3(TC溫度、0. 99MPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為2. 5%將催化劑與竹材抽提物 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， M皿？昆A比力m 二氧化釷m 二氧化硅m三氧化二鉛=10 : 5 : 0. 001， ^g方文入熱裂解爐中，充入氮氣、氦氣、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物惰性氣體，然后迅速升溫380'C,將熱裂汽冷卻至60'C以下，得 到粗油；(3) 、在45'C溫度、0.75MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態能源。實施例3:竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括-純度》90%)從竹材中提取抽提物，然后在 5(TC溫度、0. 75MPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為0. 5%將催化劑與竹材抽提物 均勻混合，催化劑是指二氧化硅、三氧化二鋁的混合物，質量混合比 為m 二氧化硅m三氧化二鋁=0. 001 : 10，然后放入熱裂解爐中，充入氮 氣、氦氣、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物惰性氣體，然后迅 速升溫45(TC，將熱裂汽冷卻至6(TC以下，得到粗油；(3) 、在20-8(TC溫度、0.65MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得 到生物液態能源。實施例4:竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用丙酮溶劑(純度》90%)從竹材中提取抽提物，然后在 8(TC溫度、0. lOMPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、將竹材抽提物然后放入熱裂解爐中，充入氮氣、氦氣、二 氧化碳其中一種或任意比例的混合物惰性氣體，然后迅速升溫500°C， 將熱裂汽冷卻至60°C以下，得到粗油；(3) 、在3(TC溫度、0.25MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態能源。實施例5:竹材生物液態能源的制備方法，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%)從竹材 中提取抽提物，然后在90'C溫度、0. 50MPa真空下蒸發、回收溶劑， 得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為1%將催化劑與竹材抽提物均 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1: 昆^比為m 二氧化汰m 二氧化硅m三氧化二鉛=10 : io : io, ^后方文入熱裂解爐中，充入氮氣、氦氣、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物惰性氣體，然后迅速升溫60(TC，將熱裂汽冷卻至6CTC以下，得到粗 油；(3) 、在4(TC溫度、0. lMPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到生 物液態能源。實施例6:竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙醚溶劑(純度》90%)從竹材中提取抽提物，然后在 IO(TC溫度、OMPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為3%將催化劑與竹材抽提物均 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l:、混t比為m 二氧化鈦m 二氧化硅m三氧化二招=i : o. oi : o. 5， ^后方文入 熱裂解爐中，充入氮氣、氦氣、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物惰性氣體，然后迅速升溫75(TC，將熱裂汽冷卻至60°C以下，得到 粗油；(3)、在5(TC溫度、0.45MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態能源。 實施例7:竹材生物液態能源的制備方法，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%)從竹材中提取抽提物，然后在25'C溫 度、0.65MPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為4%將催化劑與竹材抽提物均 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，質員？昆#比為m二氧化釷m二氧化硅m三氧化二鋁二(o一io) : (o.ooi一io):(0.001—10)，然后放入熱裂解爐中，充入氮氣、氦氣、二氧化碳其 中一種或任意比例的混合物惰性氣體，然后迅速升溫850。C，將熱裂 汽冷卻至6(TC以下，得到粗油；(3) 、在6CTC溫度、O.OlMPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態能源。實施例8:竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括(1) 、利用乙酸乙酯和乙酸任意比例的混合物溶劑(純度>90%) 從竹材中提取抽提物，然后在85'C溫度、0.70MPa真空下蒸發、回收 溶劑，得到竹材抽提物；(2) 、按照添加量以質量百分比計為5%將催化劑與竹材抽提物均 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 fi 昆At匕力m 二氧化鈦m 二氧化硅m三氣化二鉛=0. 5:8:6， ，j^方文入iv， 解爐中，充入氮氣、氦氣、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物惰 性氣體，然后迅速升溫90(TC，將熱裂汽冷卻至60'C以下，得到粗油；(3) 、在8(TC溫度、0.85MPa真空下，蒸餾，餾出物冷卻后得到 生物液態能源。
權利要求
1.一種竹材生物液態能源的制備方法，其特征是制備步驟包括(1)、利用溶劑從竹材中提取抽提物，然后在5-100℃溫度、0-0.99MPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2)、按照添加量以質量百分比計為0-5％將催化劑與竹材抽提物均勻混合，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能源。
2、 根據權利要求1所述的竹材生物液態能源的制備方法，其特 征是所述的竹材系指各類竹材。
3、 根據權利要求1所述的竹材生物液態能源的制備方法，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，其各溶劑的純度>90% 。
4、 根據權利要求1所述的竹材生物液態能源的制備方法，其特征是所述的惰性氣體是指氮氣、氦氣、二氧化碳其中一種或任意比例的混合物。
5、 根據權利要求l所述的竹材生物液態能源的制備方法，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，Mi 昆t比為m二氧化鈦m二氧化硅m三氧化二鋁二(o一i0) : (o.ooi一io):(0. 001—10)。
全文摘要
本發明公開了一種竹材生物液態能源的制備方法，制備步驟包括(1)利用溶劑從竹材中提取抽提物，然后在5-100℃溫度、0-0.99MPa真空下蒸發、回收溶劑，得到竹材抽提物；(2)按照添加量以質量百分比計為0-5％將催化劑與竹材抽提物均勻混合，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能源。本發明不僅可以提高竹材的附加值，而且可以緩解我國液態能源的不足，具有良好的社會效益、環境效益和經濟效益。本發明工藝簡單、易于操作、可控性好、成本低、易于產業化，具有十分廣泛的應用前景。
文檔編號C10G1/08GK101230286SQ20081003068
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者吳義強, 燁 宋, 彭萬喜 申請人:中南林業科技大學