[發明專利]一種生物質材料的綜合利用方法

在審

• 申請號: 201910396144.6
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110093172A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 南京科津新材料研究院有限公司
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B57/08;C10B57/16;C10G1/00
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本發明一種生物質材料資源化利用方法，具體地說涉及一種在超臨界條件下，利用復合金屬催化劑微波輔助將生物質材料轉化為活性炭、富氫氣體和液體燃料的方法。該方法在高壓水蒸氣下對生物質材料進行氣爆碎化，使得纖維素和半纖維素得到最大程度的保留，能夠更好地用于熱解制備能源化學品。溶劑二甲基亞砜的添加可使制備的固體產物活性炭的比表面積提高；助熔劑NaF的使用可使富氫氣體的產率提高，而復合金屬催化劑采用過渡金屬負載于氧化鋁、氧化硅基體上，特別有利于催化效率的提升。

技術領域

本發明涉及一種生物質材料資源化利用方法，具體地說涉及一種在超臨界條件下，利用復合金屬催化劑微波輔助將生物質材料轉化為活性炭、富氫氣體和液體燃料的方法。

背景技術

資源短缺與環境污染的瓶頸性問題是當今世界的兩大熱點問題。將儲量豐富的煤炭資源、可再生的生物質能源以及有機廢物轉化為清潔、高效的高熱值氣體燃料，是亟待解決的世界性問題。

生物質熱解炭化技術是生物質能利用技術的一種。生物質炭化是生物質在極低的升溫速率、溫度約400℃下長時間裂解，以最大限度地得到焦炭，得炭率一般在35％左右。傳統的窯式炭化爐炭化法多用硬質原木進行燒炭，不僅資源浪費嚴重，而且生產過程勞動強度大、條件差、生產周期長、污染嚴重；無法對農村大量的廢棄秸稈、稻草等生物質原料熱解制炭。傳統的生物質和有機廢物制取燃氣，通常采用氣化的方式。水蒸氣氣化只有水蒸氣的溫度達到700℃以上，氣化效果才比較理想，這對蒸汽發生器性能提出了較高的要求。通常情況下，由于水蒸汽氣化難以達到較高的溫度，因此氣體產率較低。同時，由于運行時焦炭和熱載體都在較高溫下循環，難以定量控制，較易引起爐溫的起伏變化和不穩定，因此需要輔助的加熱裝置。美國General Atomics公司采用40％的有機廢物漿料進行超臨界水氧化或氣化制氫，日本CCUJ公司以Ca0為催化劑對煤進行超臨界水氣化，但兩者都帶來了固體廢物處理問題，不適于工業化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種在超臨界條件下，利用復合金屬催化劑微波輔助將生物質材料轉化為活性炭、富氫氣體和液體燃料的方法，實現了高效綜合利用生物質材料。

為了實現上述目的，本發明采用的技術路線是：將生物質原料初步切割為碎段后放入氣爆罐內，加入一定量水之后升溫至100-150℃，再通入壓縮空氣升壓至7-10MPa，恒溫恒壓下保持5-30min后卸壓，過200目篩獲得滿足粒度要求的生物質原料；將步驟a得到的生物質原料、分散劑、溶劑、助溶劑、水在反應器中以一定的比例混合攪拌均勻，制得生物質漿料，并預熱至120～350℃；向步驟b的料漿中加入過渡金屬復合催化劑，升高反應器內壓力至17～40MPa，并以微波輔助加熱方式繼續升溫至400～650℃使反應器內的反應物體系達到液態超臨界狀態進行反應30-60分鐘，形成反應產物；步驟c的反應結束后將反應產物排出到固液氣分離罐中，將分離出的固體產物由罐底排出到干品儲罐，分離出的氣體產物從罐頂排出，而留下的液態產物進入油水分離罐，油品由油水分離罐頂部取出，水則由油水分離罐底部排出。

步驟a中處理后的所述生物質原料在氣爆過程中對纖維結構破壞率低于1％。

所述生物質原料包括木屑、野草、樹葉、秸稈、畜糞、食用菌渣中的一種或多種。

步驟b的溶劑為二甲基亞砜；助溶劑為NaF。

步驟c的過渡金屬復合催化劑為在多孔氧化鋁或介孔碳基底上復合Fe、Co、Ni粉的復合催化劑。

步驟d的固體產物進一步利用微波輔助加熱碳化制得活性炭。

步驟d的氣體產物經過氣體除雜獲得純度高的富氫氣體。

步驟d的油品為液體燃料。

本發明的方法在高壓水蒸氣下對生物質材料進行氣爆碎化，以保證在較低溫度下盡量不破壞纖維素和半纖維素的化學結構，使得纖維素和半纖維素得到最大程度的保留，能夠更好地用于熱解制備能源化學品。