一种微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法技术

本发明专利技术公开一种微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法，包括如下步骤：对颗粒状的生物质进行真空热解产生热解气；将产生的热解气通入微波辐射反应器，进行微波辐射激励；将微波辐射激励后的热解气再通入介质阻挡放电催化反应器；对处理后的热解气进行冷凝和萃取，获得精制生物油。本发明专利技术中将颗粒状的生物质依次进行真空热解、微波辐射激励、介质阻挡放电催化、冷凝和萃取步骤，能够充分利用生物质热解气中含有的水分，将其激励活化，具有催化转化效率高，精制生物油产率高、燃料品位高，以及催化剂低结焦的特点。

A method of microwave-assisted dielectric barrier discharge catalytic upgrading bio oil

The invention discloses a method for microwave radiation assisted dielectric barrier discharge catalytic upgrading of bio oil, which comprises the following steps: vacuum pyrolysis of granular biomass to generate pyrolysis gas; passing the generated pyrolysis gas into the microwave radiation reactor for microwave radiation excitation; passing the pyrolysis gas after micro wave radiation excitation into the dielectric barrier discharge catalytic reactor; and passing the processed heat The refined bio oil is obtained by condensation and extraction of the deaeration gas. In the invention, the granular biomass is successively subjected to the steps of vacuum pyrolysis, microwave radiation excitation, dielectric barrier discharge catalysis, condensation and extraction, which can make full use of the water contained in the pyrolysis gas of biomass and activate it, and has the characteristics of high catalytic conversion efficiency, high yield of refined Bio oil, high fuel grade and low coking of catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法
本专利技术属于生物质能源转化利用
，具体是涉及一种微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法。
技术介绍
生物质能是唯一可直接转换成含碳液体燃料的可再生能源，对其开发利用在化石燃料日益枯竭和环境日趋恶化的今天变得越来越重要。由生物质直接热解得到的生物原油具有高含水率、高含氧量、低热值、强酸性等性质，严重阻碍了其在现有热力设备尤其是内燃机中的使用。因此，在转化过程中加入催化剂，进行生物质或生物质热解气的催化热解成为提高生物油燃料品位的有效手段，其中对生物质热解气进行催化热解有利于实现催化剂的回收再生利用，同时易于实现热解和催化两部分温度的差异调控。在生物油在线催化提质中广泛采用的催化剂为HZSM-5分子筛，提质作用效果最为明显，得到研究者们的广泛关注(TanS,ZhangZJ,SunJP,etal.RecentprogressofcatalyticpyrolysisofbiomassbyHZSM-5[J].ChineseJournalofCatalysis,2013,34(4):641-650)。但常规HZSM-5是针对石油工业而设计的，在生物油在线催化提质过程中，HZSM-5易结焦失活(WangJ,ZhongZP,SongZW,etal.ModificationandregenerationofHZSM-5catalystinmicrowaveassistedcatalyticfastpyrolysisofmushroomwaste[J].EnergyConversionandManagement,2016,123:29-34)，且在烃类产物中多环芳香烃含量较高(SunLZ,ZhangXD,ChenL,etal.ComparisonofcatalyticfastpyrolysisofbiomasstoaromatichydrocarbonsoverZSM-5andFe/ZSM-5catalysts[J].JournalofAnalyticalandAppliedPyrolysis,2016,121:342-346)。Ti在催化过程中会发生价态变化，同时，Ti离子较高的价态和较小的半径使其具有较强的极化能力，可明显增强催化剂的裂解能力。Ti改性可提高催化剂对轻质烃类的选择性，延缓催化剂的结焦失活，在各改性分子筛中表现较好(CaiYX,FanYS,LiXH,etal.Preparationofrefinedbio-oilbycatalytictransformationofvaporsderivedfromvacuumpyrolysisofrapestrawovermodifiedHZSM-5[J].Energy,2016,102:95-105)。采用介质阻挡放电方式的低温等离子体协同催化是将高压放电所引发的自由基反应与催化剂所诱导的催化反应有机结合起来的一种新型催化处理技术。高压电场提供了大量能量，用于分解、激发和电离反应物原子和分子，使反应物内富含电子、离子、自由基和激发态分子，改变了反应物在催化剂表面的化学吸附行为，提升了催化剂活性和化学反应的选择性(FanYS,ZhaoWD,ShaoSS,etal.PromotionofthevaporsfrombiomassvacuumpyrolysisforbiofuelsunderNon-thermalPlasmaSynergisticCatalysis(NPSC)system[J].Energy,2018,142:462-472)。尽管对催化剂进行了改性，并引入了新型的催化方法，但是由于生物原油或生物质热解气属于严重缺氢原料(有效氢碳比(H/C)eff仅为0.3-0.9)，生物质中相当一部分氢元素以水的形式存在于热解气中(含水率25-50％)，很难实现对生物质热解气进行稳定、持续的催化；同时，芳构化反应中所能转移利用的氢元素变得极为有限，致使多环芳香烃等低氢碳比产物增加，而多环芳香烃的脱氢聚合又加剧了催化剂结焦。目前，催化过程基本上是在牺牲精制生物油产率的前提上提升燃料品位，且提升程度较为有限(CastelloD,HeSB,RuizMP,etal.Isitpossibletoincreasetheoilyieldofcatalyticpyrolysisofbiomass？Astudyusingcommercially-availableacidandbasiccatalystsinex-situandin-situmodus.JournalofAnalyticalandAppliedPyrolysis,2019,137:77-85)。生物质热解气中以及催化产物中水分的存在严重影响转化过程及产物分离提纯，若能将热解气中的水分单独解离，不仅可以为催化重整反应提供更多的氢元素，提高精制生物油产率和品位，而且所生成的高能电子、高能自由基对于活化和保持催化剂表面活性位点有着积极的作用，有利于抑制催化剂结焦。目前，研究尚无研究或专利提出利用水分子参与转化过程的方法。微波辐射是一种利用微波产生非平衡等离子体的有效技术手段，对特定气体分子具有较高的解离程度，在保持原有气体温度的前提下，产生高达10000℃的电子和离子(SuL,KumarR,OgungbesanB,etal.Experimentalinvestigationofgasheatinganddissociationinamicrowaveplasmatorchatatmosphericpressure[J].EnergyConversionandManagement,2014,78:695-703)。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因素很高，对微波具有较强的吸收能力，而碳水化合物、甲烷、乙烯等有机物大多属于非极性分子，介电常数较小，对微波的吸收能力比水小得多(VeselA,MozeticM,DrenikA,etal.DissociationofCO2moleculesinmicrowaveplasma[J].ChemicalPhysics,2011,382(1-3):127-131)。因此，对生物质热解气进行微波辐射，会更倾向于解离其中的水分子，产生的电子和离子能量足以产生一系列化学反应，而气体温度则不会过高，引起有机物的大量分解。已有文献报道利用微波辐射处理含NO、H2O等极性分子的气体，会使之部分解离、激发等，产生活性离子N自由基、O自由基、H自由基、OH自由基以及高能电子等(唐军旺.微波辐射下NO转化的研究[D].大连:中国科学院大连化学物理研究所,2001)。目前，该技术在生物油在线催化提质研究领域尚未见有文献报道。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种转化效率高、精制生物油产率和燃料品位均较高，且催化剂结焦率低的生物油在线催化提质方法。技术方案：本专利技术所述微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法，包括如下步骤：S1、对颗粒状的生物质进行真空热解产生热解气，真空热解条件为：真空压力5-10kPa，升温速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、对颗粒状的生物质进行真空热解产生热解气，真空热解条件为：真空压力5-10kPa，升温速率15-20℃/min，热解终温500-550℃；/nS2、将步骤S1中产生的热解气通入微波辐射反应器，进行微波辐射激励，微波频率2450MHz，功率1200-1800W；/nS3、将微波辐射激励后的热解气再通入介质阻挡放电催化反应器，放电频率30-50kHz，功率800-1000W，放电区长度35-45mm，催化剂为Ti/HZSM-5，催化温度350-400℃，催化剂层长度25-35mm；/nS4、对经步骤S3处理后的热解气进行冷凝和萃取，其中冷凝温度为-5～-10℃，萃取剂为CH

【技术特征摘要】
1.一种微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对颗粒状的生物质进行真空热解产生热解气，真空热解条件为：真空压力5-10kPa，升温速率15-20℃/min，热解终温500-550℃；
S2、将步骤S1中产生的热解气通入微波辐射反应器，进行微波辐射激励，微波频率2450MHz，功率1200-1800W；
S3、将微波辐射激励后的热解气再通入介质阻挡放电催化反应器，放电频率30-50kHz，功率800-1000W，放电区长度35-45mm，催化剂为Ti/HZSM-5，催化温度350-400℃，催化剂层长度25-35mm；
S4、对经步骤S3处理后的热解气进行冷凝和萃取，其中冷凝温度为-5～-10℃，萃取剂为CH2Cl2，萃取完成后蒸发去除CH2Cl2，获得精制生物油。


2.根据权利要求1所述的微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法，其特征在于，生物质颗粒粒径为0.1～3.0mm。


3.根据权利要求1所述的微波辐射辅助介质阻挡放电催化提质生物油的方法，其特征在于，步骤S2中微波辐射反应器为石英材质，石英管壁厚度2-3mm、内半径为15-25mm、长度为25-35mm。


4.根据权利要求1所述的微波辐射辅助介质阻挡放电催化提...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊永胜，倪骁骅，陆俊，金丽珠，蒋家鑫，张淼，施辉武，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32