一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置，包括木焦油催化热解旋转反应器和掺铁碳活化炉，木焦油催化热解旋转反应器包括进料绞龙、木焦油喷嘴、粉碎铁球、筛网、粗细颗粒分离器和气固分离器，铁矿石催化剂经充分粉碎及筛分，与木焦油充分接触，使木焦油发生充分催化热解反应，生成优质的富酚液体和掺铁碳产品；掺铁碳活化炉包括活化气体喷嘴、旋转扇叶和高温烟气烟道，高温活化气体在旋转扇叶作用下，形成强烈扰动，与逐层下移的掺铁碳发生深入的活化反应，制备超级电容器掺铁碳电极材料。本发明专利技术利用两级木焦油催化热解及掺铁碳活化反应，可制备优质的富酚液体产品和超级电容器掺铁碳电极材料，能实现对木焦油的高效高价值利用。

Device for CO production of phenol rich liquid and iron doped carbon electrode material

The invention discloses a device for production of phenolic rich liquid and iron doped carbon electrode materials, including wood tar catalytic pyrolysis rotating reactor and iron doped carbon activation furnace, wood tar catalytic pyrolysis rotating reactor includes feeding auger, nozzle, grinding ball, wood tar mesh, coarse particle separator and a gas-solid separator, iron ore stone crushing and sieving catalyst after full, full contact with the wood tar, wood tar fully catalytic pyrolysis reaction, to generate high quality phenolic rich liquid and iron doped carbon products; iron doped carbon activation furnace including activated gas nozzle, rotating fan and high temperature flue gas temperature, activation in the rotating fan under the action of formation strong disturbance occurred, activation depth with the iron doped carbon layer, preparation of electrode material for super capacitor iron doped carbon. The invention uses the two stage wood tar catalytic pyrolysis and the iron doped carbon activation reaction, and can prepare high-quality phenol rich liquid products and super capacitor carbon doped iron electrode material, and can realize high efficiency and high value utilization of the wood tar.

【技术实现步骤摘要】
一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置
本专利技术属于木焦油催化热解
，具体涉及一种木焦油催化热解联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置。
技术介绍
生物质能是世界上重要的新能源，在应对全球气候变化、能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用，是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源，成为国际能源转型的重要力量。生物质能是重要的可再生能源，具有绿色、低碳、清洁、唯一可再生碳源等特点。我国生物质资源非常丰富，可能源化利用的生物质资源达4.6亿吨标煤。《生物质能发展“十三五”规划》将加快生物质能开发利用作为推进能源生产和消费革命、改善环境质量、发展循环经济的重要内容。将生物质能高效、高质的转化为高附加值产品是未来生物质资源利用的重要发展方向。作为利用生物质能的重要方式，传统的生物质炭化、热解工艺由于其可持续发展性受到了广泛的关注。干馏炭化工艺的副产物中的木焦油含有多种无机、有机化合物，对环境有着十分强烈的危害性，但同时也是一种宝贵、廉价的化工资源。如何资源化利用木焦油，是生物质干馏炭化工艺发展的关键。木焦油主要为生物质三组分在热解过程中未完全裂解而形成的片段分子，由热解木质素(主要包括单酚、愈创木酚、紫丁香酚和酚类低聚物)、低聚糖和分子聚合物组成，其中含有大量热稳定性差的含氧化合物。采用简单蒸馏法，取得木焦油中180-260℃的馏分，采用气质联用仪(GC-MS)对此馏分的成分进行了分析，确定了37种化合物，其中含有酚类、酮类、萘类等，它们都是重要的化工原料。其中的酚类化合物的相对含量为40％，占总体木焦油的11％以上。木焦油在精制过程中，易发生聚合反应，导致木焦油老化分层，而木焦油催化裂解是实现木焦油高质化利用的重要研究方向，易于制备纯化度较高的酚类化学品。但是，目前的木焦油催化裂解装置，通常仅能获得品质较高的液体产品，而另外两种副产品(固体碳和气体产品)附加值不高，尤其是对其重要的副产品焦炭，目前关注很少。而其焦炭产品是一种多孔无序的碳质材料，是很有前景的平台材料，可广泛用于合成功能性材料，如超级电容器电极材料等。木焦油催化裂解过程中，引入分子筛、贵金属催化剂等得到广泛研究，虽然能够改善液体产品品质，但对焦炭产物作用不明显。因此，无论从技术先进性还是经济性方面，都不利于实现将木焦油高效、高质地转化为高附加值产品。近期的研究表明，铁基催化剂可促进纤维素和半纤维素的分解，形成小分子化合物，另一方面其有利于碳纳米纤维的生成，促使焦炭形成发达的介孔结构，得到的掺铁碳电极材料具有优异的电化学特性。但是，对于铁基催化剂在木焦油裂解方面的作用，尤其是对液体和焦炭产物的影响，目前报道还很少。木焦油富含酚类物质，但其主要以多环大分子形式存在，目前的研究表明，铁基的催化剂能明显降低木焦油的分子量分布，显著提高单环酚类物质的含量。总之，目前还没有一种方法或者装置，能全方面高效实现对木焦油的利用，因此，需要开发出新的方法或者装置，实现对木焦油的高效利用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种木焦油催化热解联产富酚液体和超级电容器掺铁碳电极材料的装置，通过巧妙设计装置，以能方便在合适的位置和时机引入铁矿催化剂、高温活化剂，并方便调节反应参数，可以实现对木焦油高效、高质地催化热解转化，联产制得优质的富酚液体产品和超级电容器掺铁碳电极材料，解决目前木焦油难以高效高值利用的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种木焦油催化热解联产富酚液体和超级电容器掺铁碳电极材料的装置，用于实现联产优质的富酚液体产品与掺铁木焦油基超级电容器复合材料。，该装置包括木焦油催化热解旋转反应器和掺铁碳活化炉，以木焦油催化热解及其掺铁碳活化反应，其中，所述木焦油催化热解旋转反应器包括反应器本体，设置在该反应器本体一端的铁矿石进料仓、进料绞龙、木焦油喷嘴和中高温活化气体导入管，设置在该反应器本体另一端的粗细颗粒分离器、气固分离器和木焦油热解气导出管，以及设置在该反应器本体内部的粉碎铁球和筛网。工作时，铁矿石通过所述铁矿石进料仓和进料绞龙进入所述木焦油催化热解旋转反应器，在粉碎铁球和筛网的作用下进行逐级地粉碎筛分，同时从所述木焦油喷嘴喷入的木焦油在铁矿石的催化作用下发生催化热解反应，高温活化气体从所述中高温活化气体导入管进入所述木焦油催化热解旋转反应器，为反应提供所需热量，产生的掺铁碳从所述粗细颗粒分离器和所述气固分离器输出，木焦油催化热解产生的热解气从所述木焦油热解气导出管导出；所述掺铁碳活化炉包括活化炉本体，布置在该活化炉本体上端的高温烟气排出管，设置在该活化炉本体下端的高温烟气输入管和活化气体喷嘴，设置在该活化炉本体内部的旋转扇叶，以及布置在该活化炉本体底部的掺铁活性碳输出绞龙，其中，所述掺铁碳活化炉的进料端与所述木焦油催化热解旋转反应器的气固分离器相连通，掺铁碳通过气固分离器进入所述掺铁碳活化炉在错落布置的旋转扇叶作用下，逐层下移，并与逆向而来的高温活化气体接触发生活化反应，形成具有发达孔隙结构的超级电容器掺铁碳电极材料，制备的超级电容器掺铁碳电极材料通过所述掺铁活性碳输出绞龙输出。作为本专利技术的改进，所述木焦油催化热解旋转反应器还包括木焦油热解气冷凝通道、木焦油热解不凝气导出管和富酚液体输出管，木焦油热解气在所述木焦油热解气冷凝通道往返流动，在外部冷却水的作用下充分冷却后得到富酚液体油和不可冷凝的气体产品，分别从所述富酚液体输出管和木焦油热解不凝气导出管输出。作为本专利技术的改进，所述木焦油催化热解旋转反应器内部布置有多级错落有序的螺旋抄板，用于实现铁矿石及粉碎铁球在木焦油催化热解旋转反应器内均匀分布，同时可提升粉碎铁球的高度，增加重力势能，促进铁矿石快速粉碎。作为本专利技术的改进，所述木焦油催化热解旋转反应器内部布置有多级孔径逐级递减的筛网，保证铁矿石达到足够小的粒径才可通过进入下一级反应，促使铁矿石与木焦油进行充分催化反应，并实现铁对焦炭的初步活化及铁在焦炭中充分的掺杂，有利于掺铁碳的生成。作为本专利技术的改进，所述木焦油催化热解旋转反应器还包括掺铁碳输出管和杂质导出管，所述掺铁碳输出管两端分别连接气固分离器和粗细颗粒分离器，所述杂质导出管设置在粗细颗粒分离器的输出端，所述粗细颗粒分离器用于实现细颗粒的掺铁碳和粗颗粒的杂质的分离，所述气固分离器用于木焦油热解气体和掺铁碳的进一步分离，从而能提高掺铁碳的纯度，以有利于其后续高值化利用。作为本专利技术的改进，所述掺铁碳活化炉内部的旋转扇叶错落有序布置，在活化炉传动装置带动下，所述旋转扇叶旋转并促使掺铁碳逐级下移，同时使逆流的高温活化气体形成强烈的扰动，以保证掺铁碳与高温活化气体充分反应，实现制备超级电容器掺铁碳电极材料。作为本专利技术的改进，所述木焦油催化热解旋转反应器通过动力装置上的传动齿轮带动旋转，以保证所述木焦油催化热解旋转反应器平稳可控旋转。作为本专利技术的改进，所述掺铁碳活化炉内的掺铁碳活化反应所需热量来源于所述木焦油催化热解旋转反应器输出的不可冷凝气体产品燃烧，同时活化反应后的中温活化气从中高温活化气体导出管排出经中高温活化气体导入管进入所述木焦油催化热解旋转反应器中，为木焦油催化热解反应提供热量，实现能量的循环梯级利用。作为本专利技术的改进，所述木焦油催化热解旋转反应器与粗细颗粒分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置，用于实现联产富酚液体产品与超级电容器用掺铁碳电极材料，其特征在于，该装置包括木焦油催化热解旋转反应器(8)和掺铁碳活化炉(20)，以实现木焦油催化热解及其掺铁碳活化反应，其中，所述木焦油催化热解旋转反应器(8)包括反应器本体，均设置在该反应器本体一端的铁矿石进料仓(1)、进料绞龙(2)、木焦油喷嘴(26)和中高温活化气体导入管(27)，均设置在该反应器本体另一端的粗细颗粒分离器(22)、气固分离器(11)和木焦油热解气导出管(10)，以及设置在该反应器(8)本体内部的粉碎铁球(6)和筛网(7)，所述掺铁碳活化炉(20)包括活化炉本体，在该活化炉本体上端布置的高温烟气排出管(13)，在该活化炉本体下端布置的高温烟气输入管(18)和活化气体喷嘴(15)，在该活化炉本体内部设置的旋转扇叶(19)，在该活化炉本体底部设置的掺铁活性碳输出绞龙(16)，所述掺铁碳活化炉(20)的进料端与所述木焦油催化热解旋转反应器(8)的气固分离器(11)相连通。

【技术特征摘要】
1.一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置，用于实现联产富酚液体产品与超级电容器用掺铁碳电极材料，其特征在于，该装置包括木焦油催化热解旋转反应器(8)和掺铁碳活化炉(20)，以实现木焦油催化热解及其掺铁碳活化反应，其中，所述木焦油催化热解旋转反应器(8)包括反应器本体，均设置在该反应器本体一端的铁矿石进料仓(1)、进料绞龙(2)、木焦油喷嘴(26)和中高温活化气体导入管(27)，均设置在该反应器本体另一端的粗细颗粒分离器(22)、气固分离器(11)和木焦油热解气导出管(10)，以及设置在该反应器(8)本体内部的粉碎铁球(6)和筛网(7)，所述掺铁碳活化炉(20)包括活化炉本体，在该活化炉本体上端布置的高温烟气排出管(13)，在该活化炉本体下端布置的高温烟气输入管(18)和活化气体喷嘴(15)，在该活化炉本体内部设置的旋转扇叶(19)，在该活化炉本体底部设置的掺铁活性碳输出绞龙(16)，所述掺铁碳活化炉(20)的进料端与所述木焦油催化热解旋转反应器(8)的气固分离器(11)相连通。2.根据权利要求1所述的一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置，其特征在于，工作时，一方面，铁矿石通过所述铁矿石进料仓(1)和进料绞龙(2)进入所述反应器本体内，在粉碎铁球(6)和筛网(7)的作用下进行逐级地粉碎筛分，同时从所述木焦油喷嘴(26)喷入的木焦油在铁矿石的催化作用下发生催化热解反应，高温活化气体从所述中高温活化气体导入管(27)进入所述反应器本体内，为反应提供所需热量，产生的掺铁碳从所述粗细颗粒分离器(22)和所述气固分离器(11)输出，木焦油催化热解产生的热解气从所述木焦油热解气导出管(10)导出；从所述气固分离器(11)输出的所述掺铁碳进入所述掺铁碳活化炉(20)，并在错落布置的旋转扇叶(19)作用下，逐层下移，进而与逆向而来的高温活化气体接触以发生活化反应，最终形成具有发达孔隙结构的超级电容器掺铁碳电极材料，该超级电容器掺铁碳电极材料通过所述掺铁活性碳输出绞龙(16)输出。3.根据权利要求1或2所述的一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置，其特征在于，所述木焦油催化热解旋转反应器(8)还包括木焦油热解气冷凝通道(5)、木焦油热解不凝气导出管(3)和富酚液体输出管(4)，所述木焦油热解气在所述木焦油热解气冷凝通道(5)中往返流动，在外部冷却水的作用下充分冷却后得到富酚液体油和不可冷凝的气体产品，并分别从所述富酚液体输出管(4)和木焦油热解不凝气导出管(3)输出。4.根据权利要求1-3之一所述的一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置，其特征在于，所述木焦油催化热解旋转反应器(8)内部布置有多级错落有序的螺旋抄板(28)，所述螺旋抄板(28)用于实现铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉平，陈伟，陈应泉，杨海平，邵敬爱，王贤华，张雄，杨晴，张世红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42