[发明专利]生物质富氮热解联产含氮化学品与掺氮焦的系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物质联产高值产品的系统，适用于连续的将生物质转化为含氮化学品和掺氮焦。

背景技术

热解是将生物质转化为高附加值产品的一项重要技术，采用热解方法可以方便地将木质纤维素生物质大分子分解为各种有价值的产品。生物质热解产品中，近年来得到广泛深入研究的是其液态产品——生物油。生物油是复杂含氧有机化合物的混合物，所含有机物达数百种之多，其中很多组分具有很高的附加值，如左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮、羟基乙醛、麦芽酚、糠醛等。另一方面，生物质热解所产生的固态产品——热解焦炭，不仅是一种优良的燃料，而且还可以进一步加工成如活性炭等高附加值产品；同时热解过程中产生的不凝气富含甲烷和氢气，是一种中等热值的燃气，具有加工成优质民用燃气的潜力。

然而，关于生物质热解的相关研究在工艺设置上多关注其中单一产品的最优利用，其他产品作为副产物用作系统能源补充或者是直接排向环境，导致系统经济效益较低或者存在很大的环境污染风险。因此相对于以生物油为主的生物质液化技术、以焦炭为主的生物质炭化技术和以燃气为主的生物质热解气化技术，基于热解产物综合利用的生物质热解多联产工艺无论在技术先进性还是过程的经济性方面都具有显著的优势。但是目前多联产工艺生产的液体产物虽然经过分级冷凝实现了目标组分的初步富集，但是每个阶段得到的冷凝产品组成依然复杂，PH值依然偏低，为达到精细化工的进料要求依然要投入较多的前处理成本；同时，多联产工艺得到的热解焦炭品位相对较低，目前多作为燃料炭使用，要提升焦炭品位，依然需要经过后续的改性活化处理。

专利ZL201210241955.7中公开了一种连续式生物质热解炭气油多联产系统，但是该系统仅仅获得了中高热值燃气、生物油和焦炭产品，还存在生物油液体产物组分复杂，PH值偏低，高品位成分含量少，焦炭品位相对较低的不足。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种生物质富氮热解联产含氮化学品与掺氮焦的系统，克服热解多联产技术产物品位偏低的问题，可以实现生物质高效高质转化，生产的富氮油和富氮焦可分别用于制备高品质化学品和高性能超级电容器。

实现本发明目的所采用的具体技术方案如下：

一种用于生物质富氮热解联产含氮化学品和掺氮焦的反应系统，用于对生物质进行富氮热解以联产含氮化学品和掺氮焦，其特征在于，该系统包括富氮热解子系统、以及分别与该富氮热解子系统连接的焦炭掺氮子系统、外源氮素引入子系统和富氮气体冷凝子系统，其中，

所述外源氮素引入子系统用于向所述富氮热解子系统和焦炭掺氮子系统引入氮素；

所述富氮热解子系统用于在无氧条件下促使生物质与所述外源氮素发生反应，以对生物质进行富氮热解并从而生成焦炭，同时产生热解气体；

所述富氮气体冷凝子系统将从所述富氮热解子系统产生的热解气体进行冷凝分离以富集含氮化学品的液体产物，并将不冷凝的可燃气体通过燃烧产生热量后循环通入所述热解子系统以提供热解热量；

所述焦炭掺氮子系统用于对所述富氮热解子系统产生的焦炭在外源氮素和高温气化气存在的条件下进行处理，以生成掺氮焦。

本发明中，富氮热解子系统与焦炭掺氮子系统直接相连，并通过管道与外源氮素引入子系统、富氮气体冷凝子系统直接相连。富氮热解子系统产生高温烟气，并通过吸收高温烟气的热量在无氧条件下促使生物质与外源氮素发生反应；富氮气体冷凝子系统将从富氮热解子系统产生的热解气体进行冷凝分离出富集含氮化学品的液体产物并进行存储；焦炭掺氮子系统产生高温气化气，并通过直接吸收高温气化气的热量对焦炭在外源氮素存在的条件下进行深加工处理并存储冷却后的焦炭产品；外源氮素引入子系统向富氮热解子系统和焦炭掺氮子系统提供外源氮素，并捕捉吸收来自富氮热解子系统所产烟气中的NO_x，实现外源氮素的高效利用。进一步地，所述富氮热解子系统包括依次相连的热解进料仓、热解进料绞龙、富氮热解绞龙反应器，以及通过管道与富氮热解绞龙反应器依次相连的气体燃烧室、气体喷射燃烧器、空气鼓风机。

本发明中，所述焦炭掺氮子系统包括依次相连的高温进料绞龙、高温进料密封室、焦炭掺氮回转反应器、高温焦炭密封出料室、焦炭冷却室、焦炭出料绞龙，和位于焦炭掺氮回转反应器内的含氮气体喷嘴、高温气化气喷嘴，以及通过管道与高温气化气喷嘴依次相连的生物质双级气化炉、气化炉进料器、气化炉料仓，在生物质双级气化炉内布置有水蒸气喷嘴与氧气喷嘴。