一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统技术方案

本发明专利技术属于有机固废富氮热解领域，公开了一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统，包括有机固废富氮热解活化子系统、含氮化合物催化转化子系统、氨气循环利用及能量供应子系统；有机固废富氮热解活化子系统用于使有机固废生成富氮热解挥发份和固体产物；含氮化合物催化转化子系统用于对富氮热解挥发份进行催化转化提质，得到液态的含氮杂环化学品及气态的富氮热解气体；氨气循环利用及能量供应子系统用于对富氮热解气体进行分离提纯。本发明专利技术通过对系统中各组件的结构及其设置方式、配合工作方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决有机固废富氮热解液体产物选择性和产率低，及掺氮炭孔隙率和含氮量不高等问题。

A nitrogen rich catalytic pyrolysis system for simultaneous production of nitrogen-containing heterocyclic chemicals and nitrogen doped carbon

【技术实现步骤摘要】
一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统
本专利技术属于有机固废富氮热解领域，更具体地，涉及一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统。
技术介绍
近年来，我国经济的快速发展也伴随着一系列环境问题的产生，其中垃圾围城问题是近几年的热点话题，力求快速高效高质地解决垃圾污染问题已是普遍共识。热解是一种重要的热化学方法，它可以有效且无害化地将有机固废转化为易于后续利用的气体、液体和固体炭产品。但是如果有机固废仅仅通过简单的热解处理，得到的三态产物的附加值还不高，导致有机固废的利用价值不高。富氮热解，即在有机固废热解过程中引入外源氮素，则可以得到附加值较高的含氮产品，如吡啶、吡咯、吲哚等含氮杂环，可用于制药物、化学品、香料等；如掺氮炭，因其具有发达的孔隙及丰富的活性含氮官能团，可作为高附加值的炭材料，应用于储能、吸附、催化、电催化等领域，从而有效提高有机固废的利用附加值。目前的有机固废富氮热解方法得到的含氮液体油还存在物质种类多、目标产物选择性、收率低等问题，导致后续利用困难。而固体掺氮炭的孔隙率不够发达，且含氮量偏低，很难实现高值化利用。为了获得高比表面积的掺氮炭材料，目前常用的方法是引用强酸或强碱的活化剂再次对掺氮炭进行活化处理，这将增加工艺路线复杂程度，还会对设备造成严重腐蚀，且后续活化过程还会破坏掺氮炭中的活性含氮官能团，进而严重影响其后续利用。因此，亟需寻求新的方式及处理装置解决有机固废富氮热解液体产物选择性和产率低等问题，及掺氮炭孔隙率和含氮量不高等问题。专利ZL201410273571.2中分开了一种富氮热解联产含氮化学品与掺氮焦的系统，但是该系统仅仅是获得了液体含氮化合物和固体掺氮焦，还存在含氮化合物选择性不高、产率低，掺氮焦比表面积和含氮量低的问题，很难直接高值化利用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统，其中通过对系统中各组件的结构及其设置方式、配合工作方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决有机固废富氮热解液体产物选择性和产率低，及掺氮炭孔隙率和含氮量不高等问题，本专利技术可以实现有机固废高值化利用，同时制备高品质的含氮杂环和掺氮炭，实现绿色快速且连续地制备高品质的含氮杂环化学品和掺氮炭的目标。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统，其特征在于，包括依次相连的有机固废富氮热解活化子系统、含氮化合物催化转化子系统、以及氨气循环利用及能量供应子系统，其中，所述有机固废富氮热解活化子系统用于在氨气和活化剂的共同参与下使有机固废发生热解及造孔掺氮活化反应，生成富氮热解挥发份和固体产物，其中，所述富氮热解挥发份具体是含氮化合物初级产品，所述固体产物具体是具有孔隙结构且含有氮元素的掺氮炭；所述含氮化合物催化转化子系统用于在催化剂参与下对所述富氮热解挥发份进行催化转化提质，使所述含氮化合物初级产品发生环化反应，随后冷凝处理得到液态的含氮杂环化学品及气态的富氮热解气体；所述氨气循环利用及能量供应子系统用于对所述含氮化合物催化转化子系统冷凝处理得到的所述富氮热解气体进行分离提纯，从中分离出反应剩余的氨气，从而得到纯化后的燃气产品，这些燃气产品能够用于供应能量；同时，分离出的所述反应剩余的氨气则用于循环利用，通入到所述有机固废富氮热解活化子系统中。作为本专利技术的进一步优选，对于所述氨气循环利用及能量供应子系统，所述燃气产品用于燃烧以向新鲜氨气以及所述反应剩余的氨气供热，加热后的氨气则被通入到所述有机固废富氮热解活化子系统和所述含氮化合物催化转化子系统中，从而为所述有机固废富氮热解活化子系统和所述含氮化合物催化转化子系统提供能量。作为本专利技术的进一步优选，所述氨气循环利用及能量供应子系统包括富氮热解气体膜分离器和燃气燃烧器，其中，所述富氮热解气体膜分离器用于进行所述分离提纯，所述燃气燃烧器用于燃烧所述燃气产品以向新鲜氨气以及所述反应剩余的氨气供热。作为本专利技术的进一步优选，所述有机固废富氮热解活化子系统包括有机固废富氮热解活化旋转炉，在所述有机固废富氮热解活化旋转炉的一端还设置有氨气喷嘴、有机固废给料仓以及活化剂导入管，其中，所述氨气喷嘴用于向该有机固废富氮热解活化旋转炉通入氨气，所述有机固废给料仓用于向该有机固废富氮热解活化旋转炉输入待处理的有机固废，所述活化剂导入管则用于向该有机固废富氮热解活化旋转炉输入活化剂；并且，在所述有机固废富氮热解活化旋转炉的内壁上还设置有交错分布的旋转混料板。作为本专利技术的进一步优选，对于所述有机固废富氮热解活化旋转炉的内壁，靠近所述氨气喷嘴所在端部分的内壁还设置有5°～10°的倾斜角，以便该有机固废富氮热解活化旋转炉内的物料能够由所述氨气喷嘴所在端输运到所述有机固废富氮热解活化旋转炉的另一端，同时该有机固废富氮热解活化旋转炉能够提供20～60转每分钟的转速，能够配合所述倾斜角一同控制反应时间。作为本专利技术的进一步优选，所述有机固废富氮热解活化子系统还包括含氮物质气固分离器，该含氮物质气固分离器用于与所述有机固废富氮热解活化旋转炉不同于所述氨气喷嘴所在端的一端相连，用于对由所述有机固废富氮热解活化旋转炉输出的物料进行气固分离；气固分离得到的气体，即所述富氮热解挥发份，后续被传输至所述含氮化合物催化转化子系统；气固分离得到的固体，即所述固体产物，则通过掺氮炭传输管被传输至掺氮炭冷却绞龙。作为本专利技术的进一步优选，所述含氮化合物催化转化子系统包括含氮化合物催化转化流化床，在该含氮化合物催化转化流化床的入料口端分别设置有催化剂进料仓、氨气补充管、以及富氮热解挥发份导入管；其中，所述催化剂进料仓用于向该含氮化合物催化转化流化床输入固体催化剂，所述氨气补充管用于向该含氮化合物催化转化流化床补充氨气，所述富氮热解挥发份导入管则用于向该含氮化合物催化转化流化床输送所述富氮热解挥发份；在该含氮化合物催化转化流化床的出料口端依次设置有旋风分离器和含氮杂环冷凝器；其中，所述旋风分离器用于对从该含氮化合物催化转化流化床输出的物料进行气固分离，并使分离得到的固体催化剂再次输送到所述含氮化合物催化转化流化床中；所述含氮杂环冷凝器则用于对经所述旋风分离器分离得到的气态物料进行冷凝处理，以进一步得到液态的含氮杂环化学品及气态的富氮热解气体。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术的系统通过有机固废富氮热解活化子系统、含氮化合物催化转化子系统、氨气循环利用及能量供应子系统，实现了联产高选择性的含氮杂环化学品和孔隙率发达的高含氮量的掺氮炭材料，工艺简单，可连续化制备，有利于有机固废高值化利用；(2)本专利技术的系统中，将有机固废、氨气及活化剂(例如CH3COONa、CK3COOK等绿色活化剂)同时引入有机固废富氮热解活化旋转炉中，可实现一步快速且连续地制备高比表面积且富含活性含氮官能团的掺氮炭，且通过调控有机固废富氮热解活化旋转炉转速即可控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统，其特征在于，包括依次相连的有机固废富氮热解活化子系统、含氮化合物催化转化子系统、以及氨气循环利用及能量供应子系统，其中，/n所述有机固废富氮热解活化子系统用于在氨气和活化剂的共同参与下使有机固废发生热解及造孔掺氮活化反应，生成富氮热解挥发份和固体产物，其中，所述富氮热解挥发份具体是含氮化合物初级产品，所述固体产物具体是具有孔隙结构且含有氮元素的掺氮炭；/n所述含氮化合物催化转化子系统用于在催化剂参与下对所述富氮热解挥发份进行催化转化提质，使所述含氮化合物初级产品发生环化反应，随后冷凝处理得到液态的含氮杂环化学品及气态的富氮热解气体；/n所述氨气循环利用及能量供应子系统用于对所述含氮化合物催化转化子系统冷凝处理得到的所述富氮热解气体进行分离提纯，从中分离出反应剩余的氨气，从而得到纯化后的燃气产品，这些燃气产品能够用于供应能量；同时，分离出的所述反应剩余的氨气则用于循环利用，通入到所述有机固废富氮热解活化子系统中。/n

【技术特征摘要】
1.一种富氮催化热解联产含氮杂环化学品和掺氮炭的系统，其特征在于，包括依次相连的有机固废富氮热解活化子系统、含氮化合物催化转化子系统、以及氨气循环利用及能量供应子系统，其中，
所述有机固废富氮热解活化子系统用于在氨气和活化剂的共同参与下使有机固废发生热解及造孔掺氮活化反应，生成富氮热解挥发份和固体产物，其中，所述富氮热解挥发份具体是含氮化合物初级产品，所述固体产物具体是具有孔隙结构且含有氮元素的掺氮炭；
所述含氮化合物催化转化子系统用于在催化剂参与下对所述富氮热解挥发份进行催化转化提质，使所述含氮化合物初级产品发生环化反应，随后冷凝处理得到液态的含氮杂环化学品及气态的富氮热解气体；
所述氨气循环利用及能量供应子系统用于对所述含氮化合物催化转化子系统冷凝处理得到的所述富氮热解气体进行分离提纯，从中分离出反应剩余的氨气，从而得到纯化后的燃气产品，这些燃气产品能够用于供应能量；同时，分离出的所述反应剩余的氨气则用于循环利用，通入到所述有机固废富氮热解活化子系统中。


2.如权利要求1所述系统，其特征在于，对于所述氨气循环利用及能量供应子系统，所述燃气产品用于燃烧以向新鲜氨气以及所述反应剩余的氨气供热，加热后的氨气则被通入到所述有机固废富氮热解活化子系统和所述含氮化合物催化转化子系统中，从而为所述有机固废富氮热解活化子系统和所述含氮化合物催化转化子系统提供能量。


3.如权利要求2所述系统，其特征在于，所述氨气循环利用及能量供应子系统包括富氮热解气体膜分离器(5)和燃气燃烧器(1)，其中，所述富氮热解气体膜分离器(5)用于进行所述分离提纯，所述燃气燃烧器(1)用于燃烧所述燃气产品以向新鲜氨气以及所述反应剩余的氨气供热。


4.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述有机固废富氮热解活化子系统包括有机固废富氮热解活化旋转炉(10)，在所述有机固废富氮热解活化旋转炉(10)的一端还设置有氨气喷嘴(7)、有机固废给料仓(8)以及活化剂导入管(9)，其中，所述氨气喷嘴(7)用于向该有机固废富氮热解活化旋转炉(10)通入氨气，所述有机固废给料仓(8)用于向该有机固废富氮热解活化旋转炉(10)输入待处理的有机固废，所述活化剂导入管(9)则用于向该有机固废富氮热解活化...

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