專利名稱：一種強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程的制作方法
一種強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物油制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用強(qiáng)脈沖激光來(lái)制備生物柴油的工藝流程。背景技術(shù)：
公知的，生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣、液、固三種產(chǎn)物的技術(shù)，生物質(zhì)熱裂解制備生物油是指在無(wú)空氣等氧化氣氛或雖有氧化氣氛存在但氣化尚不致大量發(fā)生的情況下，以高加熱速率將生物質(zhì)加熱到中溫，熱裂解析出的揮發(fā)分在反應(yīng)器內(nèi)停留極短的時(shí)間即被快速冷卻而獲得液體產(chǎn)物的過(guò)程；
由于所有由動(dòng)、植物油脂制取的，性質(zhì)與柴油相近的替代燃料統(tǒng)稱為生物柴油，而且生物柴油是一種清潔的可再生能源，它可由大豆、油菜籽或葵花籽等油料作物，油棕、黃連木或油桐等油料林木，工程微藻等油料水生植物，以及動(dòng)物油脂或廢餐飲油等作為生物質(zhì)原料制備而成，同時(shí)，還由于生物柴油中含有的硫、苯等有害元素低，不含對(duì)環(huán)境造成污染的芳香族烷烴，其有害物質(zhì)排放可減少30%，有催化劑時(shí)可減少排放量60%以上，且燃燒殘?zhí)績(jī)H為0. 02%,即廢氣中微小顆粒物含量低，對(duì)人體的損害明顯低于礦物柴油，通過(guò)檢測(cè)表明， 與礦物柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空氣毒性，致癌物排放量降低94%，因此極利于環(huán)保；此外，作為可再生能源，生物柴油的原料供應(yīng)有保證，可供應(yīng)量不會(huì)枯竭，且其不但性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，而且還不受石油輸出國(guó)組織的控制，不受礦物儲(chǔ)藏制約，因此生物柴油作為石油柴油的代用品已經(jīng)得到了越來(lái)越多人的認(rèn)可；
目前，制備生物柴油的工藝大致分為三類物理法、化學(xué)法和工程微藻法；其中物理法主要是有直接混合法和微乳液法，化學(xué)法主要有熱裂解法、酸催化酯化法、堿催化酯交換法、生物酶催化酯交換法和超臨界酯交換法，而工程微藻法是一種綜合物理、化學(xué)和生物工程等技術(shù)于一體的制取生物柴油的方法；但上述生產(chǎn)生物柴油的方法皆因其流程繁瑣工藝復(fù)雜而不同程度的導(dǎo)致了生物柴油制備的低效率和高成本，因此現(xiàn)今制備生物柴油的工藝流程還需要做進(jìn)一步完善，以提高效率及降低成本。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明公開(kāi)一種強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程， 所述的工藝流程在簡(jiǎn)化生物柴油制備步驟的同時(shí)，還有效的提高了制備的效率及降低了制備成本。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，實(shí)施該工藝流程的裝置由透明的石英反應(yīng)器和強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器構(gòu)成；所述的工藝流程為
1)、先將生物質(zhì)粉碎、干燥及篩分后制成位于4 18目之間的固態(tài)顆粒，然后將固態(tài)顆粒狀的生物質(zhì)由石英反應(yīng)器頂端的進(jìn)料口放入石英反應(yīng)器內(nèi)，并至少將石英反應(yīng)器的2/3 填 兩；
2)、通過(guò)強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器對(duì)石英反應(yīng)器發(fā)射適度的強(qiáng)脈沖激光照射，使石英反應(yīng)器內(nèi)的溫度保持在480 550攝氏度之間，且保持15 20分鐘，從而使石英反應(yīng)器內(nèi)的生物質(zhì)熱裂解分離出生物柴油油粒和生物質(zhì)氣；此時(shí)，激光發(fā)生器的發(fā)射功率為0. 2kff 5kW， 脈沖寬度為0. Ims 10ms，脈沖頻率為1 1000Hz，單脈沖能量為40 250J ；
3)、在強(qiáng)脈沖激光照射石英反應(yīng)器的過(guò)程中，生物質(zhì)熱裂解生成的生物柴油油粒通過(guò)石英反應(yīng)器底端的出油口排出并被容器收集，即獲得了有效成分占生物質(zhì)總質(zhì)量比的 30 75%的生物柴油；同時(shí)，生物質(zhì)熱裂解生成的生物質(zhì)氣則由石英反應(yīng)器器壁上端的出氣口排出并被收集起來(lái)；
4)、當(dāng)石英反應(yīng)器內(nèi)的生物質(zhì)反應(yīng)完畢，且獲得的生物柴油排完后，關(guān)閉激光發(fā)生器， 并向石英反應(yīng)器內(nèi)通入惰性氣體進(jìn)行冷卻3 5分鐘；
5)、當(dāng)石英反應(yīng)器冷卻后，通過(guò)石英反應(yīng)器器壁下端的出渣口將生物質(zhì)分解后殘留在石英反應(yīng)器內(nèi)的廢渣排出，排出廢渣后即完成所述的流程。所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，所述用于實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器能夠充填20 30 kg的生物質(zhì)。所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，所述用于實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器器壁的一側(cè)設(shè)置有出氣口和出渣口，石英反應(yīng)器器壁的另一側(cè)對(duì)應(yīng)激光發(fā)生器的發(fā)射端。所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，所述的惰性氣體為氮?dú)饣蚱渌慌c碳發(fā)生反應(yīng)的廉價(jià)的無(wú)害氣體。所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，所述實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器的出氣口和出油口均設(shè)有濾芯。所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，所述實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器設(shè)為錐形底，錐形底的上部面對(duì)應(yīng)出渣口的下部面，錐形底的底端設(shè)有出油口 ；所述的石英反應(yīng)器對(duì)應(yīng)出渣口下部面的內(nèi)腔水平面設(shè)有過(guò)濾裝置。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果
本發(fā)明所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程通過(guò)強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器對(duì)石英發(fā)生器內(nèi)的生物質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)脈沖激光照射，從而使生物質(zhì)發(fā)生熱裂解反應(yīng)并制出生物柴油，即所述的工藝流程通過(guò)有效的簡(jiǎn)化制備生物柴油的步驟達(dá)到了提高制備效率及降低制備成本的目的；此外，與其它使生物質(zhì)發(fā)生熱裂解的工藝流程相比，所述的工藝流程具有反應(yīng)原料適應(yīng)性強(qiáng)、能源利用效率高及裝置結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)；由于所述的工藝流程是利用激光化學(xué)法來(lái)制備生物柴油，且其原料可以是生物質(zhì)、城市有機(jī)垃圾、有機(jī)礦物燃料等，因此， 通過(guò)所述的工藝流程來(lái)制備生物柴油還能夠有效的對(duì)相應(yīng)廢棄物進(jìn)行再次利用，從而極大的緩解了環(huán)境的污染狀況。

圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。圖中1、石英反應(yīng)器；2、進(jìn)料口 ；3、出氣口 ；4、出S口 ；5、出油口 ；6、激光發(fā)生器； 7、激光；8、過(guò)濾裝置。
具體實(shí)施方式
通過(guò)下面的實(shí)施例可以更詳細(xì)的解釋本發(fā)明，公開(kāi)本發(fā)明的目的旨在保護(hù)本發(fā)明范圍內(nèi)的一切變化和改進(jìn)，本發(fā)明并不局限于下面的實(shí)施例；
結(jié)合附圖1所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，實(shí)施該工藝流程的裝置由透明的石英反應(yīng)器1和強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器6構(gòu)成，且優(yōu)選采用內(nèi)部能夠充填20 30 kg生物質(zhì)的石英反應(yīng)器1 ；所述的工藝流程為
1)、先將生物質(zhì)粉碎、干燥及篩分后制成位于4 18目之間的固態(tài)顆粒，然后將固態(tài)顆粒狀的生物質(zhì)由石英反應(yīng)器1頂端的進(jìn)料口 2放入石英反應(yīng)器1內(nèi)，并至少將石英反應(yīng)器 1的2/3填滿；
2)、在自然環(huán)境溫度下通過(guò)強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器6對(duì)石英反應(yīng)器4發(fā)射適度的強(qiáng)脈沖激光7照射，使石英反應(yīng)器4內(nèi)的溫度保持在480 550攝氏度之間，且保持15 20分鐘，例如充填20 kg的生物質(zhì)顆粒就需要保持相應(yīng)溫度15分鐘，從而使石英反應(yīng)器4內(nèi)的生物質(zhì)熱裂解分離出生物柴油油粒和生物質(zhì)氣；此時(shí)，激光發(fā)生器6的發(fā)射功率為0. 2kW 5kW， 脈沖寬度為0. Ims 10ms，脈沖頻率為1 1000Hz，單脈沖能量為40 250J ；由于不同的生物質(zhì)所要求的裂解溫度不一樣，如林木鋸末要保持在550攝氏度，而農(nóng)作物秸稈要低一些，油頁(yè)巖則要高一些，因此在實(shí)際操作時(shí)要根據(jù)不同的生物質(zhì)來(lái)選擇其合適的溫度，最終使石英反應(yīng)器1內(nèi)的生物質(zhì)熱裂解分離出生物柴油和生物質(zhì)氣；
3)、在強(qiáng)脈沖激光7照射石英反應(yīng)器1的過(guò)程中，生物質(zhì)熱裂解生成的生物柴油油粒通過(guò)石英反應(yīng)器1底端的出油口排出并被容器收集，即獲得了有效成分占生物質(zhì)總質(zhì)量比的 30 75%的生物柴油，同時(shí)，生物質(zhì)熱裂解生成的生物質(zhì)氣則由石英反應(yīng)器1器壁上端的出氣口 3排出并被收集起來(lái)；此時(shí)，由于不同的生物質(zhì)具有不同的特性，因此不同的生物質(zhì)生成的生物柴油的有效成分也不同，如秸稈能制備獲得有效成分占其總質(zhì)量比30 40%的生物柴油，紅松能制備獲得有效成分占其總質(zhì)量比55 65%的生物柴油，黃連木籽能夠制備獲得有效成分占其總質(zhì)量比65 75%的生物柴油，即制備獲得的生物柴油的有效成分是根據(jù)生物質(zhì)的品種來(lái)決定其占生物質(zhì)總質(zhì)量比的多少；為避免在排放反應(yīng)生成的生物質(zhì)氣和生物柴油時(shí)帶出雜質(zhì)，影響其各自的純度，能夠在石英反應(yīng)器1的出氣口 3和出油口 5分別設(shè)置配套的濾芯；由于所述的流程是在生物質(zhì)反應(yīng)的同時(shí)分別實(shí)時(shí)排出生成的生物柴油和生物質(zhì)氣，因此石英反應(yīng)器1內(nèi)部要保持在常壓或微正壓狀態(tài)，從而不會(huì)影響到生物質(zhì)的熱裂解反應(yīng)；
4)、當(dāng)石英反應(yīng)器1內(nèi)的生物質(zhì)反應(yīng)完畢，且獲得的生物柴油排完后，關(guān)閉激光發(fā)生器 3，并向石英反應(yīng)器1內(nèi)通入惰性氣體進(jìn)行冷卻3 5分鐘，以免生物質(zhì)在石英反應(yīng)器1內(nèi)部反應(yīng)生成留下的生物質(zhì)炭在高溫下遇氧氣自燃；所述的惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)饣蚱渌慌c碳發(fā)生反應(yīng)的廉價(jià)的無(wú)害氣體；
5)、當(dāng)石英反應(yīng)器冷卻后，通過(guò)石英反應(yīng)器器壁下端的出渣口將生物質(zhì)分解后殘留在石英反應(yīng)器內(nèi)的廢渣排出，排出廢渣后即完成所述的流程；此外，由于排出的廢渣成分主要含有碳、鈣、鉀、硫、氧、氮等元素，因此當(dāng)廢渣中的含碳量在35%以上時(shí)，還能夠通過(guò)其它途徑有效的回收利用這些廢渣，從而進(jìn)一步增加了生物質(zhì)的利用率。為使激光發(fā)生器6在照射石英反應(yīng)器1時(shí)不會(huì)影響到排放生物質(zhì)氣和廢渣的操作，亦更加便于連貫的實(shí)施所述的工藝流程，能夠在石英反應(yīng)器1器壁的一側(cè)設(shè)置出氣口 3 和出渣口 4，并使石英反應(yīng)器1器壁的另一側(cè)對(duì)應(yīng)激光發(fā)生器6的發(fā)射端，從而使激光發(fā)生器6對(duì)應(yīng)石英反應(yīng)器1器壁不設(shè)出氣口 3及出渣口 4的一側(cè)照射強(qiáng)脈沖激光7。為使所述的工藝流程能夠達(dá)到更便于將反應(yīng)生成的生物柴油與廢渣分離的目的， 所述的石英反應(yīng)器1設(shè)為錐形底，且錐形底的上部面對(duì)應(yīng)出渣口 4的下部面，錐形底的底端設(shè)有出油口 5，同時(shí)，在石英反應(yīng)器1對(duì)應(yīng)出渣口 4下部面的內(nèi)腔水平面設(shè)有過(guò)濾裝置8，從而達(dá)到通過(guò)過(guò)濾裝置8將生成的生物柴油和廢渣分離隔開(kāi)的目的，即更便于分別排放生物柴油和廢渣。實(shí)施本發(fā)明所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程時(shí)，只需按步驟先將相應(yīng)的生物質(zhì)放入石英反應(yīng)器1內(nèi)，然后通過(guò)強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器6向石英反應(yīng)器1發(fā)射適度的強(qiáng)脈沖激光7，即可使石英反應(yīng)器1內(nèi)的生物質(zhì)產(chǎn)生裂解反應(yīng)，進(jìn)而生成生物柴油和生物質(zhì)氣；此外，利用有機(jī)廢水制備生物質(zhì)氣也能夠采用所述的工藝流程，在操作中只需要將通過(guò)出氣口 3排出的由有機(jī)廢水反應(yīng)生成的生物質(zhì)氣收集保存起來(lái)就行了。本發(fā)明未詳述部分為現(xiàn)有技術(shù)，因此本發(fā)明未對(duì)其進(jìn)行詳述。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，實(shí)施該工藝流程的裝置由透明的石英反應(yīng)器(1)和強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器(6)構(gòu)成，其特征是所述的工藝流程為1)、先將生物質(zhì)粉碎、干燥及篩分后制成位于4 18目之間的固態(tài)顆粒，然后將固態(tài)顆粒狀的生物質(zhì)由石英反應(yīng)器(1)頂端的進(jìn)料口(2)放入石英反應(yīng)器(1)內(nèi)，并至少將石英反應(yīng)器⑴的2/3填滿；2)、通過(guò)強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器(6)對(duì)石英反應(yīng)器(1)發(fā)射適度的強(qiáng)脈沖激光(7)照射，使石英反應(yīng)器(1)內(nèi)的溫度保持在480 550攝氏度之間，且保持15 20分鐘，從而使石英反應(yīng)器(1)內(nèi)的生物質(zhì)熱裂解分離出生物柴油油粒和生物質(zhì)氣；此時(shí)，激光發(fā)生器(6)的發(fā)射功率為0. 2kff 5kW，脈沖寬度為0. Ims 10ms，脈沖頻率為1 1000Hz，單脈沖能量為 40 250J ；3)、在強(qiáng)脈沖激光(7)照射石英反應(yīng)器(1)的過(guò)程中，生物質(zhì)熱裂解生成的生物柴油油粒通過(guò)石英反應(yīng)器(1)底端的出油口( 排出并被容器收集，即獲得了有效成分占生物質(zhì)總質(zhì)量比的30 75%的生物柴油；同時(shí)，生物質(zhì)熱裂解生成的生物質(zhì)氣則由石英反應(yīng)器 (1)器壁上端的出氣口(3)排出并被收集起來(lái)；4)、當(dāng)石英反應(yīng)器(1)內(nèi)的生物質(zhì)反應(yīng)完畢，且獲得的生物柴油排完后，關(guān)閉激光發(fā)生器(6)，并向石英反應(yīng)器(1)內(nèi)通入惰性氣體進(jìn)行冷卻3 5分鐘；5)、當(dāng)石英反應(yīng)器(1)冷卻后，通過(guò)石英反應(yīng)器(1)器壁下端的出渣口(4)將生物質(zhì)分解后殘留在石英反應(yīng)器(1)內(nèi)的廢渣排出，排出廢渣后即完成所述的流程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，其特征是所述用于實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器(1)能夠充填20 30 kg的生物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，其特征是所述的惰性氣體為氮?dú)饣蚱渌慌c碳發(fā)生反應(yīng)的廉價(jià)的無(wú)害氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，其特征是所述用于實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器(1)器壁的一側(cè)設(shè)置有出氣口(3)和出渣口 G)，石英反應(yīng)器 (1)器壁的另一側(cè)對(duì)應(yīng)激光發(fā)生器(6)的發(fā)射端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，其特征是所述實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器(1)的出氣口(3)和出油口(5)均設(shè)有濾芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，其特征是所述實(shí)施該流程的石英反應(yīng)器(1)設(shè)為錐形底，錐形底的上部面對(duì)應(yīng)出渣口(4)的下部面，且在錐形底的底端設(shè)置出油口(5)；所述的石英反應(yīng)器(1)對(duì)應(yīng)出渣口(4)下部面的內(nèi)腔水平面設(shè)有過(guò)濾裝置(8)。
全文摘要
一種涉及生物油制備的強(qiáng)脈沖激光制備生物柴油的工藝流程，實(shí)施該工藝流程的裝置由透明的石英反應(yīng)器和強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器構(gòu)成；所述的工藝流程先將相應(yīng)的生物質(zhì)放入石英反應(yīng)器內(nèi)，然后通過(guò)強(qiáng)脈沖激光發(fā)生器向石英反應(yīng)器發(fā)射適度的強(qiáng)脈沖激光，使石英反應(yīng)器內(nèi)的生物質(zhì)反應(yīng)生成生物柴油和生物質(zhì)氣；所述的工藝流程在簡(jiǎn)化生物柴油制備步驟的同時(shí)，還有效的提高了制備的效率及降低了制備成本。
文檔編號(hào)C10G1/00GK102295948SQ201110216038
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月30日
發(fā)明者姜烈偉, 姬江濤, 李心平, 李玉柱, 杜新武, 王榮先, 賀智濤, 高吭 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)