生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭的工艺与设备制造技术

本发明专利技术属于生物质处理技术领域，具体涉及一种生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺，包括(1)将生物质进行粉碎并进行预处理；(2)将预处理后的生物质颗粒过滤后进行厌氧发；(3)对厌氧发酵后的残渣进行浓缩、干燥和碳化得到生物炭；(4)对甲烷和二氧化碳进行干燥、净化和分离，甲烷先通过热裂解反应得到碳纳米管和氢气；(5)将步骤(4)产生的氢气与分离出的二氧化碳经甲醇合成反应得到甲醇。上述工艺将生物质厌氧发酵、甲烷高温裂解、生物质残渣炭化、联产甲醇的工艺耦合，使生物质利用最大化，不但有效的解决了生物质资源化问题，同时联产甲醇进而可以制备各类化学品，从而实现炭的固定和生物质的高值化利用。炭的固定和生物质的高值化利用。炭的固定和生物质的高值化利用。

【技术实现步骤摘要】
生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭的工艺与设备


[0001]本专利技术属于生物质处理
，具体涉及一种生物质甲烷催化裂解制备碳纳米管联产甲醇和生物炭的工艺与设备。

技术介绍

[0002]园林废弃物、农作物秸秆等生物质的资源化和高附加值利用越来越受到人们的关注。由于上述生物质经热化学法或者生物发酵的方式可以得到甲烷和二氧化碳，虽然甲烷和二氧化碳可以经过干重整得到合成气，进而得到甲醇，而甲醇又可以经过一系列反应得到不同的高附加值化学品，但是上述合成路线较长，合成过程中往往会产生水，因此对催化剂稳定性有一定的影响，并且后续还需要将甲醇和水进行分离，投资较大。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一在于提供一种生物质转化工艺，以解决现有生物质厌氧发酵中产生的甲烷经济价值低的问题。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺，包括如下的步骤：
[0005](1)将生物质进行粉碎并进行预处理；
[0006](2)将预处理后的生物质颗粒过滤后进行厌氧发酵，产生甲烷和二氧化碳；
[0007](3)对厌氧发酵后的残渣进行浓缩、干燥和碳化得到生物炭；
[0008](4)对甲烷和二氧化碳进行干燥、净化和分离，甲烷先通过热裂解反应得到碳纳米管和氢气；
[0009](5)将步骤(4)产生的氢气与分离出的二氧化碳经甲醇合成反应得到甲醇。
[0010]优选方案，为了更利于生物质颗粒后续的厌氧发酵，所述步骤(1)中预处理包括将粉碎后的生物质颗粒放入NaOH溶液中浸泡24h，以更好的去除木质素。
[0011]作为优选方案，为了提高厌氧发酵的效率，发酵的有效性，所述步骤(2)中维持反应体系温度35℃，pH在6.8～7.2，直至产生的气体量明显降低为止，然后去除残渣，重新加入预处理后的生物质颗粒。
[0012]作为优选方案，为了更好的净化产生的氢气，所述步骤(4)后通过变压吸附净化产生的氢气。
[0013]作为优选方案，为了保证家臣合成反应的高效进行，所述步骤(5)的甲醇合成反应采用Zn
‑
Zr基催化剂，反应温度为210℃，压力为8Mpa。
[0014]本专利技术的又一目的在于提供一种生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭的设备，包括有预处理装置、甲烷合成装置、热解碳化装置、催化热裂解装置和甲醇合成反应装置；其中，
[0015]预处理装置，用以对生物质颗粒进行碱液浸泡，以去除木质素；
[0016]甲烷合成装置，用以使生物质颗粒厌氧发酵，产生甲烷和二氧化碳；
[0017]热解碳化装置，用以将发酵后的残渣碳化为生物炭；
[0018]催化热裂解装置，用以将甲烷热裂解反应得到碳纳米管和氢气；
[0019]甲醇合成反应装置，用以将氢气与二氧化碳经甲醇合成反应制成甲醇。
[0020]作为优选方案，为了得到更加纯净的甲醇，所述甲醇合成反应装置后还顺次设置有粗甲醇储罐和甲醇分离塔。
[0021]作为优选方案，所述厌氧发酵装置后还顺次设置有干燥罐、二氧化碳分离塔和甲烷分离塔、二氧化碳分离塔和甲烷分离塔分别连接有二氧化碳储罐和甲烷储罐。
[0022]作为优选方案，所述催化热裂解装置装置的气体出口连接有变压吸附装置以及氢气储罐。
[0023]本专利技术将生物质厌氧发酵、甲烷高温裂解、生物质残渣炭化、并且联产甲醇的工艺耦合，使生物质利用最大化，不但可以有效的解决生物质资源化问题，同时联产甲醇进而可以制备各类化学品，从而实现炭的固定和生物质的高值化利用。其主要优势如下：
[0024](1)本专利技术中生物质经预处理和厌氧发酵过程，反应条件相对较为温和，无须高温高压，并且生物质残渣经浓缩和干燥，可以用于生物炭的制备起到了固炭的作用。而将生成甲烷和二氧化碳储存起来用于后续反应，降低了温室气体的排放。
[0025](2)本专利技术采用高温裂解的方式将甲烷高选择性的转化成碳纳米管和氢气，碳纳米管可用于复合材料添加相，也可用于高性能电化学器件和高比表面积催化剂载体等，用途广，价值高。
[0026](3)本专利技术所涉及催化加氢合成甲醇过程主要核心为催化剂，所涉及的Zn
‑
Zr基催化剂的反应活性较高，易于放大和产业化。
[0027](4)本专利技术还利用反应过程中产生的二氧化碳和氢气在催化剂的作用下联产甲醇，进而生产价值更高的化学品，有利于生物质的高值化利用。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例。
[0029]图1为本实施例生物质甲烷催化裂解制备碳纳米管联产甲醇和生物炭过程。
[0030]图2为本实施例生物质甲烷催化裂解制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺。
[0031]图中包括：L
‑
1:螺旋给料机；J
‑
1:碱液罐1；J
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2:碱液回收罐1；Y
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1:预处理罐；S
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1:残渣储罐；R
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1:热解碳化反应器；R
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2:厌氧发酵罐；G
‑
1:干燥罐；M
‑
1:甲烷分离塔；M
‑
2:二氧化碳分离塔；C
‑
1:甲烷储罐；C
‑
2:二氧化碳储罐；C
‑
3:氢气储罐；R
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3:催化热裂解反应器；R
‑
4:甲醇合成反应器；A
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1:变压吸附装置；S
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2:碳纳米管储罐；S
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3:粗甲醇储罐；F
‑
1:甲醇分离塔。
具体实施方式
[0032]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
[0033]在本专利技术的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基
于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]以下实施例中，所用仪器设备等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0035]实施例1
[0036]如图1和图2所示，本实施例提供了生物质甲烷催化裂解制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺与设备，设备包括有预处理装置、甲烷合成装置、热解碳化装置、催化热裂解装置和甲醇合成反应装置；其中，
[0037]预处理装置，用以对生物质颗粒进行碱液浸泡，去除木本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质甲烷催化裂解制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺，其特征在于包括有如下步骤：(1)将生物质进行粉碎并进行预处理；(2)将预处理后的生物质颗粒过滤后进行厌氧发酵，产生甲烷和二氧化碳；(3)对厌氧发酵后的残渣进行浓缩、干燥和碳化得到生物炭；(4)对甲烷和二氧化碳进行干燥、净化和分离，甲烷先通过热裂解反应得到碳纳米管和氢气；(5)将步骤(4)产生的氢气与分离出的二氧化碳经甲醇合成反应得到甲醇。2.根据权利要求1所述的生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺，其特征在于：所述步骤(1)中预处理包括将粉碎后的生物质颗粒放入NaOH溶液中浸泡24h。3.根据权利要求1所述的生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺，其特征在于：所述步骤(2)中维持反应体系温度35℃，pH在6.8～7.2，直至产生的气体量明显降低为止。4.根据权利要求1所述生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺，其特征在于：所述步骤(4)后通过变压吸附净化产生的氢气。5.根据权利要求1所述的生物质甲烷制备碳纳米管联产甲醇和生物炭工艺，其特征在于：所述步骤(5)的甲醇合成反应采用Zn
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【专利技术属性】
技术研发人员：李庆远，王超，卢建文，许世佩，
申请(专利权)人：中节能工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：