[發(fā)明專利]一種生物質(zhì)催化熱解的方法及陶瓷固體酸催化劑

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210153139.0
• 申請(qǐng)日: 2012-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103421529A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁國(guó)卿;李峰波;閆芳;丁赤民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所;吉林省頤民寶新能源開(kāi)發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): C10G1/00
• 分類號(hào): C10G1/00;B01J20/30;B01J38/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)催化熱解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以陶瓷固體酸為分散介質(zhì)和催化劑的生物質(zhì)快速熱解的方法，通過(guò)這一過(guò)程可以將生物質(zhì)有效液化，生成的生物質(zhì)熱解油為一種可再生的燃料和碳資源。

背景技術(shù)

能源是人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著世界人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，對(duì)化石能源的需求與消耗也快速增加。由于化石能源的不可再生性，地球的化石能源由于人類無(wú)節(jié)制的開(kāi)采已瀕臨枯竭，同時(shí)化石能源的使用向大氣中排放大量的二氧化碳，由此造成嚴(yán)重的環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題，如：全球變暖，海洋酸化，土壤富營(yíng)養(yǎng)化等。

目前，我國(guó)溫室氣體的排放超過(guò)世界排放總量要求的13%，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，溫室氣體的排放呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。發(fā)展可再生能源是提高我國(guó)能源安全，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，已經(jīng)得到國(guó)家的高度重視。2005年2月28日第十屆全國(guó)人大常委會(huì)第14會(huì)議通過(guò)《中華人民共和國(guó)可再生資源法》第十六條明確指出“國(guó)家鼓勵(lì)清潔、高效地開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)燃料，鼓勵(lì)發(fā)展能源作物。國(guó)家鼓勵(lì)生產(chǎn)和利用生物液體燃料”。

生物質(zhì)是把光能以化學(xué)能形式存儲(chǔ)起來(lái)的有機(jī)物質(zhì)。其主要的組成包括：半纖維素、纖維素和木質(zhì)素。生物質(zhì)能源的利用途徑有兩種：熱化學(xué)轉(zhuǎn)化和生化過(guò)程轉(zhuǎn)化。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化有三種方式：在過(guò)量空氣中生物質(zhì)直接燃燒產(chǎn)生熱，在部分空氣條件下氣化為合成氣，在無(wú)氧條件下快速熱解為生物質(zhì)液體燃料；通過(guò)生化轉(zhuǎn)化過(guò)程可以得到生物乙醇、沼氣、氫和其它化學(xué)品。生物質(zhì)作為一種可再生的能源形式，其有四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，其一，它是在未來(lái)可持續(xù)開(kāi)發(fā)的可再生資源；其二，取代化石能源，能減少溫室氣體的排放和氮氧化合物及含硫污染物的排放；其三，可以發(fā)展農(nóng)村區(qū)域的經(jīng)濟(jì)，增加農(nóng)民收入；其四，開(kāi)發(fā)邊際土地及不適糧食作物的農(nóng)田種植能源作物。但生物質(zhì)原料并不是一種理想的燃料形式，其一，較高的含水量降低了其燃燒值；其二，生物質(zhì)種植分散，收集和存儲(chǔ)需要大量的時(shí)間和財(cái)力以及場(chǎng)地；其三，生物質(zhì)為季節(jié)性，供應(yīng)連續(xù)性存在問(wèn)題。通過(guò)快速熱解過(guò)程，可將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高能量密度的生物質(zhì)油。液態(tài)的生物質(zhì)燃料可以解決以上的三個(gè)主要問(wèn)題。

生物質(zhì)快速熱解是在隔絕氧氣條件下生物質(zhì)的快速熱分解過(guò)程。這一過(guò)程相當(dāng)于生物質(zhì)燃燒或氣化的初始步。如果過(guò)程溫度過(guò)低或接觸時(shí)間太長(zhǎng)，生物質(zhì)主要發(fā)生炭化；高溫和長(zhǎng)的接觸時(shí)間會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)氣化；只有在適中的溫度和較短的接觸溫度下才會(huì)使生物質(zhì)有效液化。在熱解接觸時(shí)間為1秒左右，熱解溫度接近500℃，液化產(chǎn)物的產(chǎn)率達(dá)到75%，其它為12%的炭，13%的氣態(tài)產(chǎn)物。熱解溫度為500℃左右，熱解接觸時(shí)間為10～30秒，液化產(chǎn)物的產(chǎn)率為50%（分為兩相），炭和氣態(tài)產(chǎn)物分別為25%。290℃時(shí)，接觸時(shí)間為30分鐘左右，80%的產(chǎn)物為炭。在溫度為750～900℃，接觸時(shí)間在數(shù)小時(shí)左右，85%的產(chǎn)物為氣體。要得到高產(chǎn)率的生物質(zhì)熱解油有四點(diǎn)關(guān)鍵因素：1）快速有效的熱傳遞過(guò)程，通常用于熱解的生物質(zhì)固體顆粒小于3毫米；2）需要精確控制過(guò)程溫度，熱解溫度為500℃左右，氣化產(chǎn)物的溫度為400～450℃；3）熱解產(chǎn)物受熱時(shí)間一般小于2秒；4）熱解氣化物應(yīng)迅速冷凝為生物質(zhì)熱解油。用于生物質(zhì)直接熱解的反應(yīng)器有：鼓泡流化床、循環(huán)流化床、旋轉(zhuǎn)倒錐和剝離熱解床。前三種反應(yīng)器可適用于較大規(guī)模的生物質(zhì)熱解反應(yīng)生產(chǎn)生物質(zhì)熱解油，通常要加入熱解介質(zhì)（如石英砂）；剝離熱解床只適用較小規(guī)模的生物質(zhì)熱解反應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)生物質(zhì)熱解油的試驗(yàn)。

生物質(zhì)熱解油具有較高的燃燒熱（17MJ/kg），其幾乎不含有硫和氮，是一種環(huán)保的可再生燃料。但其成份很復(fù)雜，化合物種類超過(guò)160種，另外其含氧量超過(guò)30%，pH值在2.5左右，這些不足限制了生物質(zhì)熱解油作為一種化工基礎(chǔ)原料的應(yīng)用。但通過(guò)催化熱解的過(guò)程，可以有效地控制生物熱解的過(guò)程和方向，可以集中的得到同一類化合物。經(jīng)過(guò)催化熱解過(guò)程，可以目標(biāo)性地得到一些化合物，這使得生物質(zhì)熱解油不單只作為燃料，也可以用于生產(chǎn)高附加值的基礎(chǔ)化學(xué)品。

目前，生物質(zhì)的熱解還是主要是直接熱解過(guò)程，直接熱解過(guò)程的技術(shù)開(kāi)發(fā)還存在一些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有大型的工業(yè)化裝置，直接熱解的液體產(chǎn)物主要用作熱電站，供熱供暖的潛在燃料。生物質(zhì)催化快速熱解的過(guò)程的研究還處在起步階段，國(guó)內(nèi)外的研究主要還集中在單步過(guò)程。生物質(zhì)催化快速熱解的催化劑為固體酸，例如：硅鋁分子篩，硫酸化氧化物，復(fù)合氧化物等。生物質(zhì)催化熱解需要更深入研究具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的催化體系及催化過(guò)程，這些問(wèn)題的解決有利于得到具有更高附加值的生物質(zhì)熱解產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種生物質(zhì)催化快速熱解的方法。