生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，包括生物质原位催化热解多联产子系统、热解挥发分在线催化提质子系统、不可凝气体催化重整子系统及生物炭活化氨化改性子系统。生物质原位催化热解多联产子系统对生物质进行原位催化热解，得到热解挥发分和生物炭；热解挥发分在线催化提质子系统将挥发分进行多级在线催化提质、多级冷却及分离提纯，得到酚类化学品和芳烃燃料；不可凝气体催化重整子系统将热解气体进行多级催化重整，得到富甲烷气体燃料，用于发电、供热；生物炭活化氨化改性子系统将生物炭进行充分氨化活化改性，得到高值掺氮炭材料。本发明专利技术实现了绿色高效连续化制备电、热、化学品和炭材料的目标。

Biomass catalytic pyrolysis system for CO production of gas liquid fuels, chemicals and carbon materials

【技术实现步骤摘要】
生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统
本专利技术涉及生物质催化热解领域，具体涉及生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统。
技术介绍
生物质能具有绿色、清洁、年产量大、可再生性等特点，是一种理想的化石燃料替代能源。同时生物质能是地球上唯一含碳可再生资源，具有其他可再生资源(如太阳能、风能等)无法比拟的特性。将生物质能转化为高附加值的气体燃料、液体燃料、有机化学品、功能型炭材料，是生物质能高值化利用的必然发展方向。生物质催化热解是实现利用生物质制备高值化学品、气体或液体燃料的一种重要方式。目前生物质催化热解常用的催化剂主要包括分子筛催化剂、金属氧化物催化剂等，虽然这些催化剂有比较好的催化效果，但是催化剂的成本依然较高，且反应过程失活现象严重，因此亟需开发新型的催化剂，既要满足高反应活性、低价格、稳定性好、催化效果好的需求，又要能够满足生物质大量的需求。另外生物质催化热解通常仅关注单一产物，如仅制备气体燃料、液体燃料或化学品，实现高值气液产品的联合制备，对实现生物质的全面利用至关重要。同时对于重要的副产品——生物炭，关注度也比较少，如何实现生物炭产品向功能型炭材料的转化，也是至关重要的问题。目前通过氢氧化钾、磷酸等强碱或强酸活化剂来提升生物炭孔隙率的方法，仍然存在严重的设备腐蚀性问题，且生物炭的功能性不强，因此亟需寻找制备功能型炭材料的新思路。综上所述，为了实现生物质的高值化利用，亟需解决生物质催化热解过程中催化剂成本高、易失活、目标产物单一、生物炭产物品质较低等问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，该系统解决了生物质催化热解过程中催化剂成本高、易失活、目标产物单一、生物炭产物品质较低等问题，本专利技术可以实现生物质高值化利用，同时制备电、热、化学品和炭材料。为实现上述目的，本专利技术提供了一种生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，该系统包括依次相连的生物质原位催化热解多联产子系统、热解挥发分在线催化提质子系统、不可凝气体催化重整子系统、及生物炭活化氨化改性子系统，其中，所述生物质原位催化热解多联产子系统用于对生物质进行原位催化热解，得到热解挥发分和生物炭产品；所述热解挥发分在线催化提质子系统用于将所述生物质原位催化热解多联产子系统产生的热解挥发分进行多级在线催化提质，并进行多级冷却及分离提纯，以得到酚类化学品和芳烃液体燃料；该冷却过程中不能够冷凝下来的气体，即不可凝气体进入所述不可凝气体催化重整子系统；所述不可凝气体催化重整子系统用于将所述不可凝气体进行多级催化重整，促进其甲烷化反应，以得到富甲烷气体燃料；所述生物炭活化氨化改性子系统用于将从所述生物质原位催化热解多联产子系统产生的生物炭产品在活化剂和氨气共同存在条件下，进行氨化活化改性，并经过冷却后得到多孔掺氮炭材料。优选地，所述生物质原位催化热解多联产子系统包括依次相连的生物质给料仓、生物质原位催化热解反应器以及气固分离器，工作时，生物质和生物炭催化剂经所述生物质给料仓进入所述生物质原位催化热解反应器，在生物炭催化剂作用下，生物质发生热解反应，生成的热解挥发分和生物炭产品进入所述气固分离器进行气固分离。优选地，所述生物质原位催化热解多联产子系统还包括依次相连的氮气进气管、氮气换热器和高温氮气导入管，工作时，载气氮气经所述氮气进气管进入所述氮气换热器内，加热后变为高温氮气，经所述高温氮气导入管送入所述生物质原位催化热解反应器内，为生物质原位催化热解反应提供热量。优选地，所述热解挥发分在线催化提质子系统包括依次连通的挥发分催化提质炉、多级冷凝器和液体油分离器，以及置于所述挥发分催化提质炉内的多级催化提质床，工作时，所述气固分离器分离出来的热解挥发分进入所述挥发分催化提质炉，流经布置有掺氮炭催化剂的多级催化提质床，热解挥发分被催化提质，再进入所述多级冷凝器冷却后，得到不可凝气体和液体油产品，液体油产品进入所述液体油分离器进行分离提纯，得到酚类化学品和芳烃液体燃料。优选地，所述不可凝气体催化重整子系统包括气体催化重整炉和置于所述气体催化重整炉内的多级催化重整床，工作时，所述多级冷凝器导出的不可凝气体进入所述气体催化重整炉(8)，流经布置有负载活性金属掺氮炭催化剂的多级催化重整床，不可凝气体发生充分甲烷化重整反应，促进二氧化碳、一氧化碳、氢气向甲烷转化，得到富甲烷气体燃料。优选地，所述生物炭活化氨化改性子系统包括依次连通的生物炭导入管、活化剂导入管、生物炭活化氨化改性绞龙、高温氨气导入管及氨气换热器，工作时，所述气固分离器分离出来的部分生物炭产品经所述生物炭导入管进入所述生物炭活化氨化改性绞龙内，活化剂经所述活化剂导入管进入所述生物炭活化氨化改性绞龙内，经所述氨气换热器加热后的高温氨气经所述高温氨气导入管导入所述生物炭活化氨化改性绞龙内，生物炭在高温氨气和活化剂共同作用下，发生造孔掺氮反应，形成掺氮炭材料。优选地，所述生物炭活化氨化改性子系统还包括相互连通的掺氮炭传输管和掺氮炭冷却绞龙，工作时，所述生物炭活化氨化改性绞龙产生的掺氮炭材料经所述掺氮炭传输管进入所述掺氮炭冷却绞龙内，进行充分冷却，得到多孔掺氮炭材料。优选地，所述生物炭活化氨化改性子系统还包括与所述氨气换热器相互连通的氨气进气管和与所述生物炭活化氨化改性绞龙相互连通的低温氨气导出管，工作时，氨气经所述氨气进气管进入氨气换热器，加热为高温氨气后进入所述生物炭活化氨化改性绞龙参与反应，反应后经所述低温氨气导出管排出。优选地，将该低温氨气再次返回至所述氨气进气管，实现氨气充分利用。优选地，所述不可凝气体催化重整子系统产生的富甲烷气体燃料为所述生物质原位催化热解多联产子系统中的氮气换热器和所述生物炭活化氨化改性子系统中的氨气换热器提供热量；将所述富甲烷气体燃料和所述热解挥发分在线催化提质子系统产生的芳烃液体燃料用来发电、供热，用于给所述生物质原位催化热解多联产子系统和所述生物炭活化氨化改性子系统提供热量；优选地，所述生物质原位催化热解多联产子系统催化热解产生的生物炭产品部分返回该子系统用作该子系统的催化剂；所述生物炭活化氨化改性子系统获得的掺氮炭材料用作所述热解挥发分在线催化提质子系统以及所述不可凝气体催化重整子系统中的催化剂。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的系统通过生物质原位催化热解多联产子系统、热解挥发分在线催化提质子系统、不可凝气体催化重整子系统、及生物炭活化氨化改性子系统实现了联产电、热、化学品和炭材料等不同品级产品的目标，操作简单，可实现连续化、大批量的生产，有利于生物质的高值化利用；(2)本专利技术的系统中，采用生物质原位催化热解流化床、多级催化提质床、及多级催化重整床，分别对生物质、热解挥发分、不凝气体进行催化提质，促进反应物与催化剂充分接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，其特征在于，该系统包括依次相连的生物质原位催化热解多联产子系统、热解挥发分在线催化提质子系统、不可凝气体催化重整子系统、及生物炭活化氨化改性子系统，其中，/n所述生物质原位催化热解多联产子系统用于对生物质进行原位催化热解，得到热解挥发分和生物炭产品；/n所述热解挥发分在线催化提质子系统用于将所述生物质原位催化热解多联产子系统产生的热解挥发分进行多级在线催化提质，并进行多级冷却及分离提纯，以得到酚类化学品和芳烃液体燃料；该冷却过程中不能够冷凝下来的气体，即不可凝气体进入所述不可凝气体催化重整子系统；/n所述不可凝气体催化重整子系统用于将所述不可凝气体进行多级催化重整，促进其甲烷化反应，以得到富甲烷气体燃料；/n所述生物炭活化氨化改性子系统用于将从所述生物质原位催化热解多联产子系统产生的生物炭产品在活化剂和氨气共同存在条件下，进行氨化活化改性，并经过冷却后得到多孔掺氮炭材料。/n

【技术特征摘要】
1.生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，其特征在于，该系统包括依次相连的生物质原位催化热解多联产子系统、热解挥发分在线催化提质子系统、不可凝气体催化重整子系统、及生物炭活化氨化改性子系统，其中，
所述生物质原位催化热解多联产子系统用于对生物质进行原位催化热解，得到热解挥发分和生物炭产品；
所述热解挥发分在线催化提质子系统用于将所述生物质原位催化热解多联产子系统产生的热解挥发分进行多级在线催化提质，并进行多级冷却及分离提纯，以得到酚类化学品和芳烃液体燃料；该冷却过程中不能够冷凝下来的气体，即不可凝气体进入所述不可凝气体催化重整子系统；
所述不可凝气体催化重整子系统用于将所述不可凝气体进行多级催化重整，促进其甲烷化反应，以得到富甲烷气体燃料；
所述生物炭活化氨化改性子系统用于将从所述生物质原位催化热解多联产子系统产生的生物炭产品在活化剂和氨气共同存在条件下，进行氨化活化改性，并经过冷却后得到多孔掺氮炭材料。


2.根据权利要求1所述的生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，其特征在于，所述生物质原位催化热解多联产子系统包括依次相连的生物质给料仓(1)、生物质原位催化热解反应器(2)以及气固分离器(3)，
工作时，生物质和生物炭催化剂经所述生物质给料仓(1)进入所述生物质原位催化热解反应器(2)，在生物炭催化剂作用下，生物质发生热解反应，生成的热解挥发分和生物炭产品进入所述气固分离器(3)进行气固分离。


3.根据权利要求2所述的生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，其特征在于，所述生物质原位催化热解多联产子系统还包括依次相连的氮气进气管(10)、氮气换热器(11)和高温氮气导入管(14)，
工作时，载气氮气经所述氮气进气管(10)进入所述氮气换热器(11)内，加热后变为高温氮气，经所述高温氮气导入管(14)送入所述生物质原位催化热解反应器(2)内，为生物质原位催化热解反应提供热量。


4.根据权利要求2所述的生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，其特征在于，所述热解挥发分在线催化提质子系统包括依次连通的挥发分催化提质炉(4)、多级冷凝器(6)和液体油分离器(7)，以及置于所述挥发分催化提质炉(4)内的多级催化提质床(5)，
工作时，所述气固分离器(3)分离出来的热解挥发分进入所述挥发分催化提质炉(4)，流经布置有掺氮炭催化剂的多级催化提质床(5)，热解挥发分被催化提质，再进入所述多级冷凝器(6)冷却后，得到不可凝气体和液体油产品，液体油产品进入所述液体油分离器(7)进行分离提纯，得到酚类化学品和芳烃液体燃料。


5.根据权利要求4所述的生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的系统，其特征在于，所述不可凝气体催化重整子系统包括气体催化重整炉(8)和置于所述气体催化重整炉(8)内的多级催化重整床(9)，
工作时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，陈应泉，杨海平，杨晴，王贤华，邵敬爱，张雄，曾阔，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