一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法
【专利摘要】本发明涉及生物原油制备工艺中重油产物回收，是一种超声波辅助萃取生物原油重油产物及提高产率的方法，该方法包括如下步骤：a.取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合物中，原料干物质的质量分数为15%～25%，将上述混合物装入水热液化反应釜中；b.调节密封后的反应釜，充入氮气排除反应釜内空气，并使反应釜内压强达到初始压强，开动搅拌器，检查气密性后，开始升温反应；c.反应结束后，将混合物进行抽滤分离；d.将分离出的渣油与体积浓度为98%的丙酮按1:10～12（g:ml）混合，使用超声波发生器进行萃取处理；e.萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
【专利说明】一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物原油制备工艺中重油产物回收，是一种超声波辅助萃取生物原油重油产物及提高产率的方法。
【背景技术】
[0002]全球石油资源日益枯竭，我们生活的环境由于大量汽车尾气和温室气体排放而不断恶化。数年来，各国都在一直积极探索能够替代石油的能源及其生产技术，以期尽早解决不可避免的石油短缺问题。生物质是唯一可转化为液体燃料的可再生能源。生物质液化转化为液体燃料，不仅可以缓解能源的短缺，还可以具有减少大气污染，保护环境和综合利用资源的功能，开发生物质能有助于减轻温室效应和维持生态、改善生态环境。生物质水热液化的反应条件相对温和，对设备要求相对较低，易于工业化规模生产，所以作为生物质资源高效利用途径之一。
[0003]水热液化制备生物原油工艺的产物分离过程直接影响产油率。根据分离方法的不同所得到的生物原油在产量及组成成分上均有很大差异。从渣油中萃取重油组分常使用的方法有回流法、索式提取法及浸泡提取法等。生物质都含有灰分，反应结束后，渣油中包含有灰分物质与部分固体残渣，部分重油产物被吸附、包裹在固体残渣表面及内部。传统的萃取方式不能将其萃取完全，且这些方法存在着工序时间过长、操作复杂、效率低、萃取剂挥发污染环境及重油萃取过程中产物损耗量大等缺点。
[0004]频率在20KHz以上的声波称之为超声波。其原理是利用超声波强化提取媒质的有效成分，是一种物理破碎过程。超声波对媒质主要产生独特的机械振动作用和空化作用。当超声波振动时，能产生并传递强大的能量，引起媒质质点以大的速度和加速度进入振动状态，使媒质结构发生变化，促使有效成分进入溶剂中。同时在液体中还会产生空化作用，即在有相当大的破坏应力的作用下，液体内形成空化泡的现象。当超声波的形成气泡后突然破裂(闭合)的瞬间能产生 超过1000个大气压力，这种连续不断产生的瞬间高压强烈冲击物体表面。产物油渣与萃取剂混合过程中，使用超声波技术可以加快渣油中重油产物溶解效率，吸附在固体残渣上的有机成分可以脱离表面吸附作用，溶于萃取剂，提高产物重油的回收率。超声辅助萃取法是应用超声波强化提取媒质的有效成分，是一种物理萃取过程。当超声波振动时能产生并传递强大的能量，引起媒质质点以大的速度和加速度进人振动状态，使媒质结构发生变化，促使有效成分进入溶剂中，同时在液体中还会产生空化作用，即在有相当大的破坏应力的作用下，液体内形成空化泡的现象。超声波与索氏萃取相比超声波萃取技术主要优点:①成穴作用增强了系统的极性，会提高萃取效率超声波辅助萃取允许添加萃取剂以进一步增大液相的极性；适合不耐热的目标成分的萃取；④操作时间比索氏萃取短。生物原油产物重油含有多种不稳定有机化合物，回收产物过程中要求处理环境温和，因此适合使用超声波萃取辅助技术。
[0005]超声波技术现广泛应用于工业、食品、制药等领域中，主要对油脂、中药等特殊成分进行萃取分离，获得很高的使用效率。特别是在中药提取过程中，超声波萃取是重要的核心技术手段。超声提取从无到广泛使用，在以往的试验研究中，人们在不断地确认超声提取法的优点。如上所述，超声提取法与许多传统的提取方法相比较，确实显示出其独到的便利之处，能提高重油的提取速率、缩短工作时间，节省溶剂的消耗、提取率高，因而在小型实验室里人们广为用之。但因所采用的超声波仪器的种类和指标各异、提取瓶厚薄和放置随意等原因，某一成分的超声提取效果无法统一衡量。目前国内外还未有使用超声波萃取或辅助萃取水热液化反应后重油的报道。本发明针对生物原油制备过程中重油回收环节，为提高转化率及原料液化率而提出有效解决方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提出一种生物原油制备工艺中的超声波辅助萃取重油技术，在提高生物原油重油产率的同时可以降低该工艺中产物分离环节中所用能耗。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法，该方法包括如下步骤:
[0009]a.取一定量 的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合物中，原料干物质的质量分数为15%-25%，将上述混合物装入水热液化反应釜中；
[0010]b.调节密封后的反应釜，充入氮气排除反应釜内空气，并使反应釜内压强达到初始压强，开动搅拌器，检查气密性后，开始升温反应；
[0011]c.反应结束后，将混合物进行抽滤分离；
[0012]d.将分离出的渣油与体积浓度为98%的丙酮按1:10-12 (g:ml)混合，使用超声波发生器进行萃取处理；
[0013]e.萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
[0014]在步骤d中，其中，超声波发射功率为100-600W ;超声频率为40kHz ;提取方式为连续式；超声作用时间为2-60min,总萃取时间为10-60min,萃取温度为25-60°C。
[0015]在步骤d中，其中，超声波发射功率为350W，超声作用时间为25min，萃取温度为30。。。
[0016]在步骤b中，其中，所述初始压强为0.6MPA，搅拌器转速为
[0017]380rpm，升温反应温度为300°C，反应时间为60min。
[0018]原料干物质为螺旋藻粉。
[0019]原料干物质为工程微藻、滇池微藻、餐饮垃圾的其中一种。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021]本发明是通过筛选萃取过程中的超声波强度、超声波作用时间及萃取温度参数，从而获得短时、高效、低能耗的生物原油重油萃取方法。本发明采用的超声波萃取技术与现有生物原油重油萃取技术相比，具有以下优点和显著的效果:
[0022]超声波辅助萃取重油技术与索式萃取相比，超声波萃取成穴及空化作用增强了系统的极性，超过索式萃取的效率。
[0023]操作时间相比较，大大缩短。使用超声波辅助萃取技术通常在25-30min即可获得最佳重油转化率。提取时间就索式提取法及其他方法相比较可缩短4-10倍以上，提高了生物原油中重油回收量和工作效率，节能减耗。[0024]超声波辅助萃取重油技术具有非常广泛的适用性。本发明不受生物原油生产工艺中原料的限制，以生物质为原料制备生物原油，在萃取重油过程中均适用此方法。本发明针对灰分含量高的原料有更为高效的萃取效果。
[0025]使用超声波辅助萃取技术能够提高原料的液化率，使吸附、包裹及结焦的重油组分均可被萃取出，提高了反应效率。同时使分离残渣过程简单操作，萃取剂和重油回收过程中损失量减少，环保效果好。
[0026]本发明操作简单，超声波设备经济适用，设备维修方便。
【专利附图】
【附图说明】[0027]图1是本发明的超声波处理原油提高重油产率的方法流程图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图及具体实施例对本发明进行进一步描述。
[0029]参见图1，一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法，本方法的操作步骤包括:
[0030]取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物质的质量百分比为15%-25%。将上述混合液装入水热液化反应釜中。
[0031 ] 在本实施例中，所述水热液化反应釜采用批式反应釜。
[0032]在本实施例中，使用螺旋藻粉作为原料干物质。制备方法为:称取4°C冷冻螺旋藻粉(过筛200目，灰分5.7%)，在45 V解冻。
[0033]调节密封后的反应釜，充入氮气(体积浓度为99.98%)排除反应釜内的空气，并使反应釜内压强达到初始压强0.6MPA，开动搅拌器，转速控制在380rpm，检查气密性后，开始升温反应。温度控制在300°C，反应时间为60min。
[0034]反应结束后，将混合物进行抽滤分离。
[0035]将分离出的渣油与丙酮(体积浓度98%)按1:10-12 (g:ml)的比例混合，使用超声波发生器进行萃取处理(在本实施里中，采用保定市全一电子设备有限公司生产的超声波发生器，型号为QYS-600-40R)。将超声波发生器各项指标设置为:超声波发射功率:100-600W，超声频率:40kHz，提取方式:连续式，超声作用时间2-60min，总萃取时间10-60min ;萃取温度:25-60°C。
[0036]萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
[0037]实施例1:
[0038]取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物质的质量百分比为25%。将上述混合液装入水热液化反应釜中。
[0039]在本实施例中,所述水热液化反应爸采用批式反应爸。
[0040]在本实施例中，使用螺旋藻粉作为原料干物质。制备方法为:称取4°C冷冻螺旋藻粉(过筛200目，灰分5.7%)，在45 V解冻。
[0041]调节密封后的反应釜，充入氮气(体积浓度为99.98%)排除反应釜内的空气，并使反应釜内压强达到初始压强0.6MPA，开动搅拌器，转速控制在380rpm，检查气密性后，开始升温反应。温度控制在300°C，反应时间为60min。[0042]反应结束后，将混合物进行抽滤分离。
[0043]将分离出的渣油与丙酮(体积浓度98%)按1:10~12 (g:ml)的比例混合，使用超声波发生器进行萃取处理(在本实施里中，采用保定市全一电子设备有限公司生产的超声波发生器，型号为QYS-600-40R)。将超声波发生器各项指标设置为:超声波发射功率:350W，超声频率:40kHz，提取方式:连续式，超声作用时间2min，总萃取时间30min ;萃取温度:30°C。
[0044]萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
[0045]本实施例中，重油产率为33.47%。
[0046]实施例2:
[0047]取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物质的质量百分比为25%。将上述混合液装入水热液化反应釜中。
[0048]在本实施例中,所述水热液化反应爸采用批式反应爸。
[0049]在本实施例中，使用螺旋藻粉作为原料干物质。制备方法为:称取4°C冷冻螺旋藻粉(过筛200目，灰分5.7%)，在45 V解冻。
[0050]调节密封后的反应釜，充入氮气(体积浓度为99.98%)排除反应釜内的空气，并使反应釜内压强达到初始压强0.6MPA，开动搅拌器，转速控制在380rpm，检查气密性后，开始升温反应。温度控制在300°C，反应时间为60min。
[0051 ] 反应结束后，将混合物进行抽滤分离。
[0052]将分离出的渣油与丙酮(体积浓度98%)按1:10~12 (g:ml)的比例混合，使用超声波发生器进行萃取处理(在本实施里中，采用保定市全一电子设备有限公司生产的超声波发生器，型号为QYS-600-40R)。将超声波发生器各项指标设置为:超声波发射功率:350W，超声频率:40kHz，提取方式:连续式，超声作用时间60min，总萃取时间60min ;萃取温度:30°C。
[0053]萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
[0054]本实施例中，重油产率为39.51%。
[0055]实施例3:
[0056]取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物质的质量百分比为25%。将上述混合液装入水热液化反应釜中。
[0057]在本实施例中,所述水热液化反应爸采用批式反应爸。
[0058]在本实施例中，使用螺旋藻粉作为原料干物质。制备方法为:称取4°C冷冻螺旋藻粉(过筛200目，灰分5.7%)，在45 V解冻。
[0059]调节密封后的反应釜，充入氮气(体积浓度为99.98%)排除反应釜内的空气，并使反应釜内压强达到初始压强0.6MPA，开动搅拌器，转速控制在380rpm，检查气密性后，开始升温反应。温度控制在300°C，反应时间为60min。
[0060]反应结束后，将混合物进行抽滤分离。
[0061]将分离出的渣油与丙酮(体积浓度98%)按1:10~12 (g:ml)的比例混合，使用超声波发生器进行萃取处理(在本实施里中，采用保定市全一电子设备有限公司生产的超声波发生器，型号为QYS-600-40R)。将超声波发生器各项指标设置为:超声波发射功率:100W，超声频率:40kHz，提取方式:连续式，超声作用时间25min，总萃取时间30min ;萃取温度=40 0C ο
[0062]萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
[0063]本实施例中，重油产率为31.23%。
[0064]实施例4:
[0065]取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物质的质量百分比为25%。将上述混合液装入水热液化反应釜中。
[0066]在本实施例中,所述水热液化反应爸采用批式反应爸。
[0067]在本实施例中，使用螺旋藻粉作为原料干物质。制备方法为:称取4°C冷冻螺旋藻粉(过筛200目，灰分5.7%)，在45 V解冻。
[0068]调节密封后的反应釜，充入氮气(体积浓度为99.98%)排除反应釜内的空气，并使反应釜内压强达到初始压强0.6MPA，开动搅拌器，转速控制在380rpm，检查气密性后，开始升温反应。温度控制在300°C，反应时间为60min。
[0069]反应结束后，将混合物进行抽滤分离。
[0070]将分离出的渣油与丙酮(体积浓度98%)按1:10-12 (g:ml)的比例混合，使用超声波发生器进行萃取处理(在本实施里中，采用保定市全一电子设备有限公司生产的超声波发生器，型号为QYS-600-40R)。将超声波发生器各项指标设置为:超声波发射功率:600W，超声频率:40kHz，提取方式:连续式，超声作用时间25min，总萃取时间30min ;萃取温度:40°C。
`[0071]萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
[0072]本实施例中，重油产率为29.05%。
[0073]实施例5:
[0074]取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合液中，原料干物质的质量百分比为25%。将上述混合液装入水热液化反应釜中。
[0075]在本实施例中,所述水热液化反应爸采用批式反应爸。
[0076]在本实施例中，使用螺旋藻粉作为原料干物质。制备方法为:称取4°C冷冻螺旋藻粉(过筛200目，灰分5.7%)，在45 V解冻。
[0077]调节密封后的反应釜，充入氮气(体积浓度为99.98%)排除反应釜内的空气，并使反应釜内压强达到初始压强0.6MPA，开动搅拌器，转速控制在380rpm，检查气密性后，开始升温反应。温度控制在300°C，反应时间为60min。
[0078]反应结束后，将混合物进行抽滤分离。
[0079]将分离出的渣油与丙酮(体积浓度98%)按1:10-12 (g:ml)的比例混合，使用超声波发生器进行萃取处理(在本实施里中，采用保定市全一电子设备有限公司生产的超声波发生器，型号为QYS-600-40R)。将超声波发生器各项指标设置为:超声波发射功率:350W，超声频率:40kHz，提取方式:连续式，超声作用时间25min，总萃取时间30min ;萃取温度:30°C。
[0080]萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。[0081 ] 本实施例中，重油产率为40.20%ο
[0082]与无超声波辅助萃取的方法相比，使用本方法，重油产率由31.88%提高到40.20%。重油高热值(HHV)在36MJ/kg以上。[0083]原料干物质包括但不限于螺旋藻粉，也适用于以其他生物质，如工程微藻、滇池微藻、餐饮垃圾。
[0084]超声波发生器发生方式条件特征为输入电压:AC220V±10%50H ;超声波最大功率
0.6KW ;加热功率1500W ;超声频率40KHz。
[0085]使用丙酮作为萃取剂，丙酮使用广泛，在溶剂回收过程中不需高温条件即可完全回收。
[0086]表I中所示以不同原料干物质在水热液化后使用超声波辅助萃取重油产率变化。
[0087]
【权利要求】
1.一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法，其特征在于: 该方法包括如下步骤: a.取一定量的原料干物质与去离子水混合，使得在得到的混合物中，原料干物质的质量分数为15%-25%，将上述混合物装入水热液化反应釜中； b.调节密封后的反应釜，充入氮气排除反应釜内空气，并使反应釜内压强达到初始压强，开动搅拌器，检查气密性后，开始升温反应； c.反应结束后，将混合物进行抽滤分离； d.将分离出的渣油与体积浓度为98%的丙酮按1:10-12(g:ml)混合，使用超声波发生器进行萃取处理； e.萃取处理后，将混合产物进行抽滤，将丙酮相分离出来，回收丙酮，从而得到重油。
2.如权利要求1所述的一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法，其特征在于: 在步骤d中，其中，超声波发射功率为100-600W ;超声频率为40kHz ;提取方式为连续式；超声作用时间为2-60min,总萃取时间为10-60min,萃取温度为25-60°C。
3.如权利要求2 所述的一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法，其特征在于: 在步骤d中，其中，超声波发射功率为350W，超声作用时间为25min，萃取温度为30°C。
4.如权利要求1-3之一所述的一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法，其特征在于: 在步骤b中，其中，所述初始压强为0.6MPA，搅拌器转速为380rpm，升温反应温度为300 °C，反应时间为60min。
5.如权利要求1所述的一种超声波处理生物原油提高重油产率的方法，其特征在于:原料干物质为螺旋藻粉、人工养殖微藻、滇池微藻、餐饮垃圾的其中一种。
【文档编号】C10G1/00GK103450920SQ201310418400
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】刘志丹, 李 昊, 张源辉, 李保明, 田纯炎, 朱张兵, 和艳红 申请人:中国农业大学