一种生物质热解尾气中CO2的利用方法技术

本发明专利技术提供一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，所述方法包括采用生物质热解过程产生的生物炭为还原剂，通过催化反应将热解尾气中含量较高的CO2还原为CO，优选的可以向反应体系中添加碱性金属催化剂来加快CO2的还原速度。其中，所述碱性金属催化剂为碱金属、碱土金属或稀土金属中的一种或几种。采用本发明专利技术的方法，可以将生物质热解产生的温室气体CO2转化为高附加值的CO，同时将热解过程产生的生物炭转化为CO，提高了生物质热解工艺中碳资源的利用率，减少温室气体的排放，具有良好的工业应用前景。

A Utilization Method of CO2 in Biomass Pyrolysis Tail Gas

The invention provides a method for utilizing CO2 in biomass pyrolysis tail gas. The method includes using biochar produced during biomass pyrolysis as reducing agent, reducing CO2 with high content in pyrolysis tail gas to CO through catalytic reaction, and optimally adding alkaline metal catalyst to reaction system to accelerate the reduction speed of CO2. Among them, the alkaline metal catalyst is one or more of alkali metals, alkaline earth metals or rare earth metals. By adopting the method of the invention, the greenhouse gas CO2 produced by biomass pyrolysis can be converted into CO with high added value, and the biochar produced by pyrolysis process can be converted into CO, which improves the utilization rate of carbon resources in biomass pyrolysis process and reduces greenhouse gas emissions, thus having a good industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种生物质热解尾气中CO2的利用方法
本专利技术涉及CO2的转化利用，特别涉及一种生物质热解尾气中CO2的利用方法。
技术介绍
随着石油等传统化石资源消耗的加剧，环保要求的日益严苛，可再生能源的研究受到广泛关注。木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生资源，将其高效转化为能源、材料和高附加值化学品是目前缓解能源危机和环境压力最有效的途径。其中，生物质热解被认为是生物质转化技术中最有效的方式之一，受到学术界和产业界的广泛关注。生物质热解是指生物质原料在隔绝空气或少量空气存在的条件下，采用中等反应温度，对生物质进行热解的过程。该技术以生产生物油为主，同时副产一定量的热解炭和热解气。其中，生物油通过催化精制获得燃料和化学品，热解炭可以用作土壤改良剂或者活性炭原材料。热解气主要由CO、CO2、CH4、H2和C2-C4烃类组成，其中CO2含量可高达50％以上。如何转化利用热解气中含量较高的CO2成为了生物质热解技术的发展瓶颈之一。若能通过适合的技术将CO2转化为高附加值的CO，不仅可以提高生物质热解过程碳原子利用率，而且减少了温室气体排放，提升了生物质热解过程的经济性，更符合生物质可再生资源清洁利用的要求。目前，CO2的转化利用路线主要有甲烷二氧化碳重整、逆水煤气变换和加氢。此外，有一些关于CO2作为氧化剂进行煤气化的报道，这为CO2的利用提供了另外一条路线，即使用碳质材料作为还原剂对CO2进行化学还原。中国专利CN1060802216A公开了一种二氧化碳还原一氧化碳的装置，该专利所述装置可以利用焦炭、木炭、煤、蓝碳和/或石油焦还原二氧化碳。中国专利CN1800009A公布了一种二氧化碳还原制备一氧化碳新工艺。该专利技术指出，在无氧环境下，焦炭可将二氧化碳还原为CO。中国专利CN101665721A公布了从二氧化碳中分离一氧化碳的工艺。该专利技术通过采用灼热的焦炭来将发电厂废气中的二氧化碳还原为一氧化碳。已公开的专利和文献中提到可以利用碳质资源将二氧化碳还原为一氧化碳，但是均没有涉及对该过程反应性能的改善和该技术在生物质热解领域的应用。目前为止，未见关于利用生物质热解产生的副产物生物炭还原CO2的报道，未见利用生物质热解系统自身产生的生物炭在自催化或者外加催化剂作用下还原热解气中CO2制备CO的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，采用热解过程产生的生物炭为还原剂将CO2还原为CO。采用本专利技术的方法，可以将生物质热解副产的温室气体CO2和生物炭同步转化为CO，同时重整除去热解气中残留的少量焦油，提高生物质快速热解系统的碳资源利用率。一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，采用生物质热解过程产生的生物炭为还原剂将CO2还原为CO。优选的可以向反应体系中添加碱性金属催化剂来加快CO2的还原速度。所述的向反应体系中添加的碱性金属质量含量为生物炭质量的0.1～20％。所述的生物质热解过程包括生物质快速热解、生物质慢速热解或生物质闪速热解。所述碱性金属催化剂是碱金属(Li,Na,K,Rb,Cs)、碱土金属(Mg,Ca,Sr,Ba)或稀土金属(La,Ce,Sm)中的一种或几种。所述的向反应体系中添加的碱性金属形式为硝酸盐、醋酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物。所述的碱性金属催化剂的添加方式有以下几类：直接将碱性金属前驱物在生物质热解备料时添加到生物质原料中；将碱性金属前驱物通过浸渍添加到热解产物生物炭中；将碱性金属氧化物或者负载有碱性金属氧化物的催化剂与生物炭物理混合。所述的生物质包括但不仅限于农作物秸秆、树木、农林废弃物、农产品加工下脚料、甘蔗渣、糠醛渣、玉米芯、稻壳、果壳、芦苇等。所述生物炭还原CO2反应在固定床反应器或者流化床反应器中进行。所述生物炭还原CO2反应在如下条件下进行：反应温度为773K～1473K，反应压力为0.01～8.0MPa，热解气空速为0.1～20L/g-炭·h,热解炭空速为0.1-100.0g/h。本专利技术公开了一种生物质热解尾气中CO2的利用方法。利用生物质热解产生的生物炭为还原剂，在相对温和的反应条件下，将热解系统中的CO2转化为CO，同步将生物炭转化为具有更高附加值的CO，同时降低热解气中的焦油含量，促进最终CO的进一步利用，该技术的使用在减少温室气体排放的同时提高了整个生物质热解系统的碳利用率，提高了生物质热解系统的经济性。采用本专利技术的方法，利用生物炭为还原剂可将热解气中的CO2还原为CO，同时重整除去热解气中残留的少量焦油，可以通过添加碱性金属催化剂的方式提高CO2还原反应的活性。该技术的应用不仅可以提高生物质热解系统的碳资源利用率，降低温室气体排放，减少由于环保要求需要的CO2封存处理投资，减少后续CO利用过程中焦油对设备及所用催化剂的损害，提升了整个过程的经济性及环保性。当生物炭中碱性金属含量超过3wt％时，热解气中的CO2可以在相对较低的温度下(900℃)，单程完全转化为CO。实现较低能耗下，生物质热解系统副产的热解气及生物炭的同步利用，过程使用的碱性金属可以回收继续使用。该技术的使用可以实现绿色高效转化热解气中的CO2。具体实施方式下面通过具体实施例和比较例对本专利技术做进一步说明。实施例1称取5g玉米芯快速热解产生的生物炭装填到固定床反应器中部，通入N2常温吹扫10min除去系统中的空气，接着升温至900℃。反应器床层达到目标反应温度后，将N2切换为95％CO2-5％N2混合气，气相色谱检测尾气变化。检测结果如表1所示。实施例2称取5g稻壳快速热解产生的生物炭装填到固定床反应器中部，通入N2常温吹扫10min除去系统中的空气，接着升温至1200℃。反应器床层达到目标反应温度后，将N2切换为95％CO2-5％N2混合气，气相色谱检测尾气变化。检测结果如表1所示。实施例3称取5g稻秸秆快速热解产生的生物炭装填到固定床反应器中部，通入N2常温吹扫10min除去系统中的空气，接着升温至700℃。反应器床层达到目标反应温度后，将N2切换为95％CO2-5％N2混合气，气相色谱检测尾气变化。检测结果如表1所示。实施例4称取5g玉米芯快速热解产生的生物炭装填到固定床反应器中部，通入N2常温吹扫10min除去系统中的空气，接着升温至900℃。反应器床层达到目标反应温度后，将N2切换为模拟生物质热解气混合物(5％N2-5％CH4-47％CO-43％CO2)，气相色谱检测尾气变化。检测结果如表1所示。实施例5称取5g玉米芯快速热解产生的生物炭，取0.21gK2CO3溶解于12g去离子水中获得钾前驱体溶液，使用该溶液浸渍生物炭G，室温下阴干过夜，接着在空气气氛中393K干燥12h。接着在Ar气氛中873K焙烧3h。得到外加3wt％K2O的生物炭H。取一定量的H装载到固定床反应器中，通入N2常温吹扫10min除去系统中的空气，接着升温至900℃。反应器床层达到目标反应温度后，将N2切换为模拟生物质热解气混合物(5％N2-5％CH4-47％CO-43％CO2)，气相色谱检测尾气变化。检测结果如表1所示。实施例6除了称取0.033gKNO3代替K2CO3,得到外加0.1wt％K2O的生物炭L之外，其它步骤同实施例5。检测结果如表1所示。实施例7除了称取1.32g硝酸钙代替K2C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，其特征在于所述方法为采用生物质热解过程产生的生物炭为还原剂，将CO2还原为CO。

【技术特征摘要】
1.一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，其特征在于所述方法为采用生物质热解过程产生的生物炭为还原剂，将CO2还原为CO。2.根据权利要求1所述的一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，其特征在于向反应体系中添加碱性金属催化剂来加快CO2的还原速度；所述的向反应体系中添加的碱性金属质量含量为生物炭质量的0.1～20％。3.根据权利要求1所述的一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，其特征在于所述的生物质热解过程包括生物质快速热解、生物质慢速热解或生物质闪速热解。4.根据权利要求1所述的一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，其特征在于所述的生物质包括但不仅限于农作物秸秆、树木、农林废弃物、农产品加工下脚料、甘蔗渣、糠醛渣、玉米芯、稻壳、果壳或芦苇。5.根据权利要求2所述的一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，其特征在于所述的碱性金属是碱金属、碱土金属或稀土金属的一种或几种。6.根据权利要求2所述的一种生物质热解尾气中CO2的利用方法，其特征在于所述的碱金属为Li,Na,K,Rb或Cs，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗超，杜虹，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21