一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法
【專利摘要】本發明涉及生物原油制備工藝中重油產物回收，是一種超聲波輔助萃取生物原油重油產物及提高產率的方法，該方法包括如下步驟：a.取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合物中，原料干物質的質量分數為15%～25%，將上述混合物裝入水熱液化反應釜中；b.調節密封后的反應釜，充入氮氣排除反應釜內空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強，開動攪拌器，檢查氣密性后，開始升溫反應；c.反應結束后，將混合物進行抽濾分離；d.將分離出的渣油與體積濃度為98%的丙酮按1:10～12（g:ml）混合，使用超聲波發生器進行萃取處理；e.萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
【專利說明】一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物原油制備工藝中重油產物回收，是一種超聲波輔助萃取生物原油重油產物及提高產率的方法。
【背景技術】
[0002]全球石油資源日益枯竭，我們生活的環境由于大量汽車尾氣和溫室氣體排放而不斷惡化。數年來，各國都在一直積極探索能夠替代石油的能源及其生產技術，以期盡早解決不可避免的石油短缺問題。生物質是唯一可轉化為液體燃料的可再生能源。生物質液化轉化為液體燃料，不僅可以緩解能源的短缺，還可以具有減少大氣污染，保護環境和綜合利用資源的功能，開發生物質能有助于減輕溫室效應和維持生態、改善生態環境。生物質水熱液化的反應條件相對溫和，對設備要求相對較低，易于工業化規模生產，所以作為生物質資源高效利用途徑之一。
[0003]水熱液化制備生物原油工藝的產物分離過程直接影響產油率。根據分離方法的不同所得到的生物原油在產量及組成成分上均有很大差異。從渣油中萃取重油組分常使用的方法有回流法、索式提取法及浸泡提取法等。生物質都含有灰分，反應結束后，渣油中包含有灰分物質與部分固體殘渣，部分重油產物被吸附、包裹在固體殘渣表面及內部。傳統的萃取方式不能將其萃取完全，且這些方法存在著工序時間過長、操作復雜、效率低、萃取劑揮發污染環境及重油萃取過程中產物損耗量大等缺點。
[0004]頻率在20KHz以上的聲波稱之為超聲波。其原理是利用超聲波強化提取媒質的有效成分，是一種物理破碎過程。超聲波對媒質主要產生獨特的機械振動作用和空化作用。當超聲波振動時，能產生并傳遞強大的能量，引起媒質質點以大的速度和加速度進入振動狀態，使媒質結構發生變化，促使有效成分進入溶劑中。同時在液體中還會產生空化作用，即在有相當大的破壞應力的作用下，液體內形成空化泡的現象。當超聲波的形成氣泡后突然破裂(閉合)的瞬間能產生 超過1000個大氣壓力，這種連續不斷產生的瞬間高壓強烈沖擊物體表面。產物油渣與萃取劑混合過程中，使用超聲波技術可以加快渣油中重油產物溶解效率，吸附在固體殘渣上的有機成分可以脫離表面吸附作用，溶于萃取劑，提高產物重油的回收率。超聲輔助萃取法是應用超聲波強化提取媒質的有效成分，是一種物理萃取過程。當超聲波振動時能產生并傳遞強大的能量，引起媒質質點以大的速度和加速度進人振動狀態，使媒質結構發生變化，促使有效成分進入溶劑中，同時在液體中還會產生空化作用，即在有相當大的破壞應力的作用下，液體內形成空化泡的現象。超聲波與索氏萃取相比超聲波萃取技術主要優點:①成穴作用增強了系統的極性，會提高萃取效率超聲波輔助萃取允許添加萃取劑以進一步增大液相的極性；適合不耐熱的目標成分的萃取；④操作時間比索氏萃取短。生物原油產物重油含有多種不穩定有機化合物，回收產物過程中要求處理環境溫和，因此適合使用超聲波萃取輔助技術。
[0005]超聲波技術現廣泛應用于工業、食品、制藥等領域中，主要對油脂、中藥等特殊成分進行萃取分離，獲得很高的使用效率。特別是在中藥提取過程中，超聲波萃取是重要的核心技術手段。超聲提取從無到廣泛使用，在以往的試驗研究中，人們在不斷地確認超聲提取法的優點。如上所述，超聲提取法與許多傳統的提取方法相比較，確實顯示出其獨到的便利之處，能提高重油的提取速率、縮短工作時間，節省溶劑的消耗、提取率高，因而在小型實驗室里人們廣為用之。但因所采用的超聲波儀器的種類和指標各異、提取瓶厚薄和放置隨意等原因，某一成分的超聲提取效果無法統一衡量。目前國內外還未有使用超聲波萃取或輔助萃取水熱液化反應后重油的報道。本發明針對生物原油制備過程中重油回收環節，為提高轉化率及原料液化率而提出有效解決方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提出一種生物原油制備工藝中的超聲波輔助萃取重油技術，在提高生物原油重油產率的同時可以降低該工藝中產物分離環節中所用能耗。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0008]一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法，該方法包括如下步驟:
[0009]a.取一定量 的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合物中，原料干物質的質量分數為15%-25%，將上述混合物裝入水熱液化反應釜中；
[0010]b.調節密封后的反應釜，充入氮氣排除反應釜內空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強，開動攪拌器，檢查氣密性后，開始升溫反應；
[0011]c.反應結束后，將混合物進行抽濾分離；
[0012]d.將分離出的渣油與體積濃度為98%的丙酮按1:10-12 (g:ml)混合，使用超聲波發生器進行萃取處理；
[0013]e.萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
[0014]在步驟d中，其中，超聲波發射功率為100-600W ;超聲頻率為40kHz ;提取方式為連續式；超聲作用時間為2-60min,總萃取時間為10-60min,萃取溫度為25-60°C。
[0015]在步驟d中，其中，超聲波發射功率為350W，超聲作用時間為25min，萃取溫度為30。。。
[0016]在步驟b中，其中，所述初始壓強為0.6MPA，攪拌器轉速為
[0017]380rpm，升溫反應溫度為300°C，反應時間為60min。
[0018]原料干物質為螺旋藻粉。
[0019]原料干物質為工程微藻、滇池微藻、餐飲垃圾的其中一種。
[0020]本發明的有益效果在于:
[0021]本發明是通過篩選萃取過程中的超聲波強度、超聲波作用時間及萃取溫度參數，從而獲得短時、高效、低能耗的生物原油重油萃取方法。本發明采用的超聲波萃取技術與現有生物原油重油萃取技術相比，具有以下優點和顯著的效果:
[0022]超聲波輔助萃取重油技術與索式萃取相比，超聲波萃取成穴及空化作用增強了系統的極性，超過索式萃取的效率。
[0023]操作時間相比較，大大縮短。使用超聲波輔助萃取技術通常在25-30min即可獲得最佳重油轉化率。提取時間就索式提取法及其他方法相比較可縮短4-10倍以上，提高了生物原油中重油回收量和工作效率，節能減耗。[0024]超聲波輔助萃取重油技術具有非常廣泛的適用性。本發明不受生物原油生產工藝中原料的限制，以生物質為原料制備生物原油，在萃取重油過程中均適用此方法。本發明針對灰分含量高的原料有更為高效的萃取效果。
[0025]使用超聲波輔助萃取技術能夠提高原料的液化率，使吸附、包裹及結焦的重油組分均可被萃取出，提高了反應效率。同時使分離殘渣過程簡單操作，萃取劑和重油回收過程中損失量減少，環保效果好。
[0026]本發明操作簡單，超聲波設備經濟適用，設備維修方便。
【專利附圖】
【附圖說明】[0027]圖1是本發明的超聲波處理原油提高重油產率的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖及具體實施例對本發明進行進一步描述。
[0029]參見圖1，一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法，本方法的操作步驟包括:
[0030]取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物質的質量百分比為15%-25%。將上述混合液裝入水熱液化反應釜中。
[0031 ] 在本實施例中，所述水熱液化反應釜采用批式反應釜。
[0032]在本實施例中，使用螺旋藻粉作為原料干物質。制備方法為:稱取4°C冷凍螺旋藻粉(過篩200目，灰分5.7%)，在45 V解凍。
[0033]調節密封后的反應釜，充入氮氣(體積濃度為99.98%)排除反應釜內的空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強0.6MPA，開動攪拌器，轉速控制在380rpm，檢查氣密性后，開始升溫反應。溫度控制在300°C，反應時間為60min。
[0034]反應結束后，將混合物進行抽濾分離。
[0035]將分離出的渣油與丙酮(體積濃度98%)按1:10-12 (g:ml)的比例混合，使用超聲波發生器進行萃取處理(在本實施里中，采用保定市全一電子設備有限公司生產的超聲波發生器，型號為QYS-600-40R)。將超聲波發生器各項指標設置為:超聲波發射功率:100-600W，超聲頻率:40kHz，提取方式:連續式，超聲作用時間2-60min，總萃取時間10-60min ;萃取溫度:25-60°C。
[0036]萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
[0037]實施例1:
[0038]取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物質的質量百分比為25%。將上述混合液裝入水熱液化反應釜中。
[0039]在本實施例中,所述水熱液化反應爸采用批式反應爸。
[0040]在本實施例中，使用螺旋藻粉作為原料干物質。制備方法為:稱取4°C冷凍螺旋藻粉(過篩200目，灰分5.7%)，在45 V解凍。
[0041]調節密封后的反應釜，充入氮氣(體積濃度為99.98%)排除反應釜內的空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強0.6MPA，開動攪拌器，轉速控制在380rpm，檢查氣密性后，開始升溫反應。溫度控制在300°C，反應時間為60min。[0042]反應結束后，將混合物進行抽濾分離。
[0043]將分離出的渣油與丙酮(體積濃度98%)按1:10~12 (g:ml)的比例混合，使用超聲波發生器進行萃取處理(在本實施里中，采用保定市全一電子設備有限公司生產的超聲波發生器，型號為QYS-600-40R)。將超聲波發生器各項指標設置為:超聲波發射功率:350W，超聲頻率:40kHz，提取方式:連續式，超聲作用時間2min，總萃取時間30min ;萃取溫度:30°C。
[0044]萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
[0045]本實施例中，重油產率為33.47%。
[0046]實施例2:
[0047]取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物質的質量百分比為25%。將上述混合液裝入水熱液化反應釜中。
[0048]在本實施例中,所述水熱液化反應爸采用批式反應爸。
[0049]在本實施例中，使用螺旋藻粉作為原料干物質。制備方法為:稱取4°C冷凍螺旋藻粉(過篩200目，灰分5.7%)，在45 V解凍。
[0050]調節密封后的反應釜，充入氮氣(體積濃度為99.98%)排除反應釜內的空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強0.6MPA，開動攪拌器，轉速控制在380rpm，檢查氣密性后，開始升溫反應。溫度控制在300°C，反應時間為60min。
[0051 ] 反應結束后，將混合物進行抽濾分離。
[0052]將分離出的渣油與丙酮(體積濃度98%)按1:10~12 (g:ml)的比例混合，使用超聲波發生器進行萃取處理(在本實施里中，采用保定市全一電子設備有限公司生產的超聲波發生器，型號為QYS-600-40R)。將超聲波發生器各項指標設置為:超聲波發射功率:350W，超聲頻率:40kHz，提取方式:連續式，超聲作用時間60min，總萃取時間60min ;萃取溫度:30°C。
[0053]萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
[0054]本實施例中，重油產率為39.51%。
[0055]實施例3:
[0056]取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物質的質量百分比為25%。將上述混合液裝入水熱液化反應釜中。
[0057]在本實施例中,所述水熱液化反應爸采用批式反應爸。
[0058]在本實施例中，使用螺旋藻粉作為原料干物質。制備方法為:稱取4°C冷凍螺旋藻粉(過篩200目，灰分5.7%)，在45 V解凍。
[0059]調節密封后的反應釜，充入氮氣(體積濃度為99.98%)排除反應釜內的空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強0.6MPA，開動攪拌器，轉速控制在380rpm，檢查氣密性后，開始升溫反應。溫度控制在300°C，反應時間為60min。
[0060]反應結束后，將混合物進行抽濾分離。
[0061]將分離出的渣油與丙酮(體積濃度98%)按1:10~12 (g:ml)的比例混合，使用超聲波發生器進行萃取處理(在本實施里中，采用保定市全一電子設備有限公司生產的超聲波發生器，型號為QYS-600-40R)。將超聲波發生器各項指標設置為:超聲波發射功率:100W，超聲頻率:40kHz，提取方式:連續式，超聲作用時間25min，總萃取時間30min ;萃取溫度=40 0C ο
[0062]萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
[0063]本實施例中，重油產率為31.23%。
[0064]實施例4:
[0065]取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物質的質量百分比為25%。將上述混合液裝入水熱液化反應釜中。
[0066]在本實施例中,所述水熱液化反應爸采用批式反應爸。
[0067]在本實施例中，使用螺旋藻粉作為原料干物質。制備方法為:稱取4°C冷凍螺旋藻粉(過篩200目，灰分5.7%)，在45 V解凍。
[0068]調節密封后的反應釜，充入氮氣(體積濃度為99.98%)排除反應釜內的空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強0.6MPA，開動攪拌器，轉速控制在380rpm，檢查氣密性后，開始升溫反應。溫度控制在300°C，反應時間為60min。
[0069]反應結束后，將混合物進行抽濾分離。
[0070]將分離出的渣油與丙酮(體積濃度98%)按1:10-12 (g:ml)的比例混合，使用超聲波發生器進行萃取處理(在本實施里中，采用保定市全一電子設備有限公司生產的超聲波發生器，型號為QYS-600-40R)。將超聲波發生器各項指標設置為:超聲波發射功率:600W，超聲頻率:40kHz，提取方式:連續式，超聲作用時間25min，總萃取時間30min ;萃取溫度:40°C。
`[0071]萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
[0072]本實施例中，重油產率為29.05%。
[0073]實施例5:
[0074]取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物質的質量百分比為25%。將上述混合液裝入水熱液化反應釜中。
[0075]在本實施例中,所述水熱液化反應爸采用批式反應爸。
[0076]在本實施例中，使用螺旋藻粉作為原料干物質。制備方法為:稱取4°C冷凍螺旋藻粉(過篩200目，灰分5.7%)，在45 V解凍。
[0077]調節密封后的反應釜，充入氮氣(體積濃度為99.98%)排除反應釜內的空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強0.6MPA，開動攪拌器，轉速控制在380rpm，檢查氣密性后，開始升溫反應。溫度控制在300°C，反應時間為60min。
[0078]反應結束后，將混合物進行抽濾分離。
[0079]將分離出的渣油與丙酮(體積濃度98%)按1:10-12 (g:ml)的比例混合，使用超聲波發生器進行萃取處理(在本實施里中，采用保定市全一電子設備有限公司生產的超聲波發生器，型號為QYS-600-40R)。將超聲波發生器各項指標設置為:超聲波發射功率:350W，超聲頻率:40kHz，提取方式:連續式，超聲作用時間25min，總萃取時間30min ;萃取溫度:30°C。
[0080]萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。[0081 ] 本實施例中，重油產率為40.20%ο
[0082]與無超聲波輔助萃取的方法相比，使用本方法，重油產率由31.88%提高到40.20%。重油高熱值(HHV)在36MJ/kg以上。[0083]原料干物質包括但不限于螺旋藻粉，也適用于以其他生物質，如工程微藻、滇池微藻、餐飲垃圾。
[0084]超聲波發生器發生方式條件特征為輸入電壓:AC220V±10%50H ;超聲波最大功率
0.6KW ;加熱功率1500W ;超聲頻率40KHz。
[0085]使用丙酮作為萃取劑，丙酮使用廣泛，在溶劑回收過程中不需高溫條件即可完全回收。
[0086]表I中所示以不同原料干物質在水熱液化后使用超聲波輔助萃取重油產率變化。
[0087]
【權利要求】
1.一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法，其特征在于: 該方法包括如下步驟: a.取一定量的原料干物質與去離子水混合，使得在得到的混合物中，原料干物質的質量分數為15%-25%，將上述混合物裝入水熱液化反應釜中； b.調節密封后的反應釜，充入氮氣排除反應釜內空氣，并使反應釜內壓強達到初始壓強，開動攪拌器，檢查氣密性后，開始升溫反應； c.反應結束后，將混合物進行抽濾分離； d.將分離出的渣油與體積濃度為98%的丙酮按1:10-12(g:ml)混合，使用超聲波發生器進行萃取處理； e.萃取處理后，將混合產物進行抽濾，將丙酮相分離出來，回收丙酮，從而得到重油。
2.如權利要求1所述的一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法，其特征在于: 在步驟d中，其中，超聲波發射功率為100-600W ;超聲頻率為40kHz ;提取方式為連續式；超聲作用時間為2-60min,總萃取時間為10-60min,萃取溫度為25-60°C。
3.如權利要求2 所述的一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法，其特征在于: 在步驟d中，其中，超聲波發射功率為350W，超聲作用時間為25min，萃取溫度為30°C。
4.如權利要求1-3之一所述的一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法，其特征在于: 在步驟b中，其中，所述初始壓強為0.6MPA，攪拌器轉速為380rpm，升溫反應溫度為300 °C，反應時間為60min。
5.如權利要求1所述的一種超聲波處理生物原油提高重油產率的方法，其特征在于:原料干物質為螺旋藻粉、人工養殖微藻、滇池微藻、餐飲垃圾的其中一種。
【文檔編號】C10G1/00GK103450920SQ201310418400
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】劉志丹, 李 昊, 張源輝, 李保明, 田純炎, 朱張兵, 和艷紅 申請人:中國農業大學