一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法技术

本发明专利技术公开了一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法，具体采用如下步骤制备：将粉碎后的生物质与MgCl2均匀浸渍混合后，再与聚烯烃塑料均匀机械混合得到热解原料；将热解原料与分子筛催化剂分开放置于两段式固定床反应器中，在氮气气氛下进行快速热解反应；采用冰水混合物对快速热解产生的挥发分进行冷却，收集液态产物即得到高品质生物油；进一步将热解原料升温进行慢速热解提升生物炭的改性程度，然后收集固态产物并洗涤干燥后即得到介孔生物炭。本发明专利技术具有成本低廉、操作便捷，能稳定高效地联产高品质生物油和介孔生物炭的优点。本发明专利技术有利于实现了生物质废弃物的高值化利用。了生物质废弃物的高值化利用。了生物质废弃物的高值化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法


[0001]本专利技术属于生物质利用领域，更具体地，涉及一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法。

技术介绍

[0002]作为唯一含碳的可再生能源，生物质具有储量巨大、分布广泛、来源稳定且廉价易得等优点。热解技术因具有全组分转化、利用效率高、原料适应性强和装置简单等特点，被认为是最有前景的生物质利用技术之一。生物质热解得到的热解气可以为生物质热解供热，从而实现能量自给；生物油有望作为汽柴油的替代燃料，且其中的有机组分经分离提纯后可用于制取高附加值化学品；生物炭可以作为高品位固体燃料，并进一步加工成吸附剂、电极材料等。然而，生物质常规热解得到的生物油存在含氧量高、酸性强、稳定性差等缺点，且生物炭孔隙率低，严重阻碍了其推广应用。
[0003]与生物质常规热解相比，将富氧的生物质与富氢的聚烯烃塑料在分子筛作用下进行共催化热解，可以通过生物质热解挥发分与聚烯烃塑料热解挥发分之间的交互作用，促进生物质热解挥发分脱氧，进而提升生物油的品质，该术在近年来得到广泛关注。
[0004]目前的共催化热解技术通常使用沸石分子筛(例如ZSM
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5分子筛)作为催化剂。由于生物质热解挥发分组分较为复杂，且塑料聚烯烃塑料热解挥发分含有大量长链的烃类物质，生物质热解挥发分与聚烯烃塑料热解挥发分在分子筛界面的交互作用较弱，生物油的品质还有待进一步提升。另一方面，目前的共催化热解技术对生物炭关注较少，而生物质与聚烯烃塑料共催化热解产物中生物炭的产率在15％～35％，这部分生物炭的品质较低，难以应用，进而导致共催化热解技术的经济性较差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法，提升产品附加值，具有成本低廉、工艺简单，能连续高效制备生物质基产品的优点。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]S1将生物质粉碎至60～100目颗粒，按质量比为4:1～19:1将生物质与MgCl2通过浸渍方式均匀混合，蒸干水分并干燥，得到MgCl2改性后的生物质样品；
[0008]S2将聚烯烃塑料粉碎至60～100目颗粒并进行干燥处理，按质量比为1:5～1:1将聚烯烃塑料和MgCl2改性后的生物质样品通过机械搅拌方式均匀混合，得到热解原料；
[0009]S3将热解原料与ZSM
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5分子筛催化剂分别置于两段式固定床反应器的上下两段，在氮气气氛下进行快速热解反应，热解原料反应产生的挥发分经600℃分子筛床层进行重整，其中固定床反应器的上段温度为500～600℃，反应时间为10min，热解原料与分子筛的
质量比为1:8～1:4；
[0010]S4采用冰水混合物对步骤S3中重整后的挥发分进行冷却，收集液态产物即得到高品质生物油产品；
[0011]S5将步骤S3中反应器上段的温度以5℃/min慢速升温升到650～800℃，保温30min强化生物炭的改性过程，将反应结束后得到的固态产物进行酸洗，并用过量的去离子水过滤冲洗至滤液呈中性，干燥后即得到介孔生物炭。
[0012]进一步地，所述步骤S1中的生物质为棉杆、麦秆、板栗壳、竹屑中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述步骤S1中的蒸干水分温度为35℃～65℃，干燥温度为35℃～65℃，干燥时间为12h～24h。
[0014]进一步地，所述步骤S2中的聚烯烃塑料为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种。
[0015]进一步地，所述步骤S2中的干燥温度为35℃～65℃，干燥时间为12h～24h。
[0016]进一步地，所述步骤S4中的高品质生物油的主要组成为苯、甲苯、对甲苯。
[0017]进一步地，所述步骤S5中的酸洗采用盐酸溶液进行，盐酸溶液浓度为0.5～1mol/L，干燥温度为105℃，干燥时间为12h～24h。
[0018]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，主要具备以下的技术优点：
[0019](1)本专利技术的方法巧妙地利用了MgCl2以及其在热解过程中转化得到的MgO分别对生物质热解挥发分以及聚烯烃塑料热解挥发分进行重整，通过简化生物质热解挥发分的组成以及促进短链烃的生成，强化了生物质热解挥发分以及聚烯烃塑料热解挥发分在ZSM
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5分子筛界面的交互作用，提升了生物油的品质，该方法不需要额外引入其他催化剂来同时实现生物质热解挥发分以及聚烯烃塑料热解挥发分的调控，降低了催化剂的成本。
[0020](2)本专利技术方法在获得高品质生物油的同时，通过MgCl2的催化作用以及MgO的模板作用使得生物炭的孔隙结构得到较大程度提升，在同一个反应器中实现了高品质生物油和介孔生物炭的联产，降低了操作的复杂性。
[0021](3)本专利技术方法采用低温阶段快速热解和高温阶段慢速热解结合，以及反应参数的优化，实现了生物油品质提升和介孔生物炭品质提升的兼顾，极大地提升了共催化热解技术的经济性。
[0022](4)本专利技术中催化剂与热解原料分开放置，便于焦炭产品和催化剂的回收再利用，避免了传统催化热解过程中的资源浪费问题，且本专利技术方法中得到的热解气可以为生物质热解供热，实现热解过程能量自给，提高了生物质能的利用效率。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例提供的一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法的流程图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不
用于限定本专利技术。
[0025]如图1所示，本专利技术实施例提供的一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法，具体包括如下步骤：
[0026](1)将生物质粉碎至60～100目颗粒，按质量比为4:1～19:1将生物质与MgCl2通过浸渍方式均匀混合，蒸干水分并干燥，得到MgCl2改性后的生物质样品；
[0027](2)将聚烯烃塑料粉碎至60～100目颗粒并进行干燥处理，按质量比为1:5～1:1将聚烯烃塑料和MgCl2改性后的生物质样品通过机械搅拌方式均匀混合，得到热解原料；
[0028](3)将热解原料与ZSM
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5分子筛催化剂分别置于两段式固定床反应器的上下两段，在氮气气氛下进行快速热解反应，热解原料反应产生的挥发分经600℃分子筛床层进行重整，其中固定床反应器的上段温度为500～600℃，反应时间为10min，热解原料与分子筛的质量比为1:8～1:4；
[0029](4)采用冰水混合物对步骤(3)中重整后的挥发分进行冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质和聚烯烃塑料催化热解联产高品质生物油和介孔生物炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将生物质粉碎至60～100目颗粒，按质量比为4:1～19:1将生物质与MgCl2通过浸渍方式均匀混合，蒸干水分并干燥，得到MgCl2改性后的生物质样品；S2将聚烯烃塑料粉碎至60～100目颗粒并进行干燥处理，按质量比为1:5～1:1将聚烯烃塑料和MgCl2改性后的生物质样品通过机械搅拌方式均匀混合，得到热解原料；S3将热解原料与ZSM
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5分子筛催化剂分别置于两段式固定床反应器的上下两段，在氮气气氛下进行快速热解反应，热解原料反应产生的挥发分经600℃分子筛床层进行重整，其中固定床反应器的上段温度为500～600℃，反应时间为10min，热解原料与分子筛的质量比为1:8～1:4；S4采用冰水混合物对步骤S3中重整后的挥发分进行冷却，收集液态产物即得到高品质生物油产品；S5将步骤S3中反应器上段的温度以5℃/min慢速升温升到650～800℃，保温30min强化生物炭的改性过程，将反应结束后得到的固态产物进行酸洗，并用过量的去离子水过滤冲洗至滤液呈中性，干燥后即得到介孔生物炭。2.根据权利要求1所述的一种生物质和聚烯烃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭，祝振洲，李书艺，王明明，杨海平，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：