[發明專利]一種生物質原位-非原位催化熱解方法

在審

• 申請號: 202310257326.1
• 申請日: 2023-03-16
• 公開（公告）號: CN116376575A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 楊華美;李靖;張瑤;莊文昌;宋明;堵錫華
• 申請（專利權）人: 徐州工程學院
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B57/12;C10B57/16;C10K3/04
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄

本發明公開了一種生物質原位?非原位催化熱解方法，該方法為：將一定量的生物質與原位催化劑溶液按比例充分均勻混合并浸漬一定時間，烘干溶劑后得到生物質?原位催化劑混合物Cat?Bio，利用熱解反應器將生物質?原位催化劑混合物Cat?Bio進行原位催化熱解得到生物質炭渣，并對得到的生物質炭渣進行高溫碳化調整，得到負載型生物質碳基催化劑FZ/C，并將其作為下一次催化熱解的非原位催化劑。該方法根據生物質熱解特性，合理利用固體產物的催化作用，發揮原位催化與非原位催化的協同作用，以生物質原位熱解炭渣碳化調控后用于熱解蒸汽的非原位催化重整，進一步實現生物質碳資源的有效利用，降低生物質催化熱解的工藝成本。

技術領域

本發明涉及生物質催化熱解領域，具體涉及一種生物質原位-非原位催化熱解方法。

背景技術

生物質是指由光合作用而產生的各種有機體，它主要是由纖維素、半纖維素、木質素等構成，生物質是自然界中含量最豐富的唯一可再生碳質資源，具有綠色、低碳、清潔、可再生等特點，通過熱化學轉化能夠提供社會發展必不可少的碳基化學品和碳基材料。大力發展生物質轉化為化學品和碳基材料的高效潔凈技術，在解決能源危機和環境污染問題方面具有舉足輕重的價值。目前，生物質熱化學方法利用的方式包括直接燃燒、氣化和熱解，與直接燃燒、氣化過程相比較，生物質催化熱解技術具有能量利用效率高、可以獲得高附加值的生物油以及產物便于運輸等優點，是生物質高值化利用的主要方式，也是最具工業化潛力和商業價值的工藝之一。

催化裂解是在催化劑作用下將生物質快速熱解得到的有機蒸汽進一步裂解成較小的分子，其中的氧元素以H₂O、CO和CO₂的形式除去，與催化加氫所需的高壓和供氫溶劑的苛刻反應條件不同，催化裂解可以在常壓條件下進行，不需要還原性氣體。催化裂解常用的催化劑有分子篩催化劑、金屬及金屬氧化物等。然而，在現有技術中，催化裂解所使用的催化劑大部分價格昂貴，并且利用率不高，目前催化劑的成本問題和利用效率問題是阻礙生物質催化熱解技術進行產業化應用的主要技術問題。因此，急需開發性能高且成本低的催化劑來有效促進生物質催化熱解技術的工業化潛力。

生物質催化熱解所得液體產物可以提供高值化學品，而得到的固體殘渣常常作為副產物而被忽略，其利用率較低，降低了生物質催化熱解的經濟效益。

發明內容

基于以上問題，本發明根據碳材料與活性催化組分復合的協同催化優勢，根據生物質原位催化-非原位催化熱解工程對催化劑的要求和熱解特性，以金屬鹽或固體酸對生物質進行原位催化，進而充分利用生物質原位催化熱解固體殘渣作為載體碳材料，經進一步的高溫改性處理，以金屬鹽碳熱還原產物或固體酸分解產物為負載活性組分，可以再次用于生物質熱解蒸汽的非原位催化熱解過程中，降低工藝成本，提高了生物質轉化的經濟效益。

本發明提供了一種生物質原位-非原位催化熱解方法，其特征在于：制備步驟為：

(1)稱取一定量的原位催化劑和溶劑，混合，攪拌，配制成一定濃度的溶液；

(2)稱量一定量的生物質原料加入到步驟(1)的溶液中，所用溶劑量需要能夠完全浸漬生物質原料，攪拌，使其充分混合，在不斷攪拌下浸漬處理一定時間；烘干去除溶劑，并在真空干燥箱中進行干燥，得到生物質-原位催化劑混合物Cat-Bio；

(3)將步驟(2)中的生物質-原位催化劑混合物Cat-Bio置于兩段熱解反應器中的第一加熱區，在一定溫度下進行原位催化熱解得到生物質炭渣，將第一加熱區溫度繼續升高至一定溫度進行高溫碳化，或將生物質炭渣置于管式爐中進行高溫碳化調控，優選地，所述碳化溫度為750-1000℃，碳化時間為2-3h，得到負載型生物質碳基催化劑FZ/C；