[发明专利]一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置

说明书

本发明公开了一种联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置，包括木焦油催化热解旋转反应器和掺铁碳活化炉，木焦油催化热解旋转反应器包括进料绞龙、木焦油喷嘴、粉碎铁球、筛网、粗细颗粒分离器和气固分离器，铁矿石催化剂经充分粉碎及筛分，与木焦油充分接触，使木焦油发生充分催化热解反应，生成优质的富酚液体和掺铁碳产品；掺铁碳活化炉包括活化气体喷嘴、旋转扇叶和高温烟气烟道，高温活化气体在旋转扇叶作用下，形成强烈扰动，与逐层下移的掺铁碳发生深入的活化反应，制备超级电容器掺铁碳电极材料。本发明利用两级木焦油催化热解及掺铁碳活化反应，可制备优质的富酚液体产品和超级电容器掺铁碳电极材料，能实现对木焦油的高效高价值利用。

技术领域

本发明属于木焦油催化热解技术领域，具体涉及一种木焦油催化热解联产富酚液体和掺铁碳电极材料的装置。

背景技术

生物质能是世界上重要的新能源，在应对全球气候变化、能源供需矛盾、保护生态环境等方面发挥着重要作用，是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源，成为国际能源转型的重要力量。

生物质能是重要的可再生能源，具有绿色、低碳、清洁、唯一可再生碳源等特点。我国生物质资源非常丰富，可能源化利用的生物质资源达4.6亿吨标煤。《生物质能发展“十三五”规划》将加快生物质能开发利用作为推进能源生产和消费革命、改善环境质量、发展循环经济的重要内容。将生物质能高效、高质的转化为高附加值产品是未来生物质资源利用的重要发展方向。

作为利用生物质能的重要方式，传统的生物质炭化、热解工艺由于其可持续发展性受到了广泛的关注。干馏炭化工艺的副产物中的木焦油含有多种无机、有机化合物，对环境有着十分强烈的危害性，但同时也是一种宝贵、廉价的化工资源。如何资源化利用木焦油，是生物质干馏炭化工艺发展的关键。

木焦油主要为生物质三组分在热解过程中未完全裂解而形成的片段分子，由热解木质素(主要包括单酚、愈创木酚、紫丁香酚和酚类低聚物)、低聚糖和分子聚合物组成，其中含有大量热稳定性差的含氧化合物。采用简单蒸馏法，取得木焦油中180-260℃的馏分，采用气质联用仪(GC-MS)对此馏分的成分进行了分析，确定了37种化合物，其中含有酚类、酮类、萘类等，它们都是重要的化工原料。其中的酚类化合物的相对含量为40％，占总体木焦油的11％以上。木焦油在精制过程中，易发生聚合反应，导致木焦油老化分层，而木焦油催化裂解是实现木焦油高质化利用的重要研究方向，易于制备纯化度较高的酚类化学品。

但是，目前的木焦油催化裂解装置，通常仅能获得品质较高的液体产品，而另外两种副产品(固体碳和气体产品)附加值不高，尤其是对其重要的副产品焦炭，目前关注很少。

而其焦炭产品是一种多孔无序的碳质材料，是很有前景的平台材料，可广泛用于合成功能性材料，如超级电容器电极材料等。木焦油催化裂解过程中，引入分子筛、贵金属催化剂等得到广泛研究，虽然能够改善液体产品品质，但对焦炭产物作用不明显。因此，无论从技术先进性还是经济性方面，都不利于实现将木焦油高效、高质地转化为高附加值产品。

近期的研究表明，铁基催化剂可促进纤维素和半纤维素的分解，形成小分子化合物，另一方面其有利于碳纳米纤维的生成，促使焦炭形成发达的介孔结构，得到的掺铁碳电极材料具有优异的电化学特性。但是，对于铁基催化剂在木焦油裂解方面的作用，尤其是对液体和焦炭产物的影响，目前报道还很少。木焦油富含酚类物质，但其主要以多环大分子形式存在，目前的研究表明，铁基的催化剂能明显降低木焦油的分子量分布，显著提高单环酚类物质的含量。

总之，目前还没有一种方法或者装置，能全方面高效实现对木焦油的利用，因此，需要开发出新的方法或者装置，实现对木焦油的高效利用。

发明内容