[发明专利]一种利用生物质制备氢气和碳电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用生物质制备氢气和碳电极材料的方法，制备过程如下：将粉碎干燥后的生物质与绿色活化剂进行充分混合，在水蒸气和绿色活化剂的作用下，生物质发生多重气化活化反应，得到孔隙率发达的多孔碳电极材料；生成的气化气经后续的甲烷重整反应及水气转换反应，得到富氢气体产品。本发明在制备氢气过程中，气化温度较低，降低了能源消耗，并后续进一步催化提纯处理，提升氢气浓度和产量，为后期分离提供基础；气化焦炭经绿色活化转为为多孔碳电极材料，提高了生物质的利用率。整个气化活化过程绿色环保、操作简便、能耗少、成本低。本发明方法有利于实现生物质的高值化利用。

技术领域

本发明涉及生物质利用领域，具体涉及一种利用生物质制备氢气和碳电极材料的方法。

背景技术

生物质是一种重要的可再生能源，具有绿色、低碳、清洁、唯一可再生碳源等特点，资源问题非常丰富，是世界第四大能源。但由于其能量密度低，直接燃烧的利用效率很低，为了提高其利用率，通常需要对其进行热化学转化。生物质气化技术是当前生物质能源化利用的主要途径之一，它能够将生物质转化为高品质的气体燃料，主要有空气气化、富氧气化、蒸气气化等。其中，水蒸气气化因其工艺简单，成本低，气化气热值高，氢气产量高等优点，而被广泛研究与应用。

目前，生物质水蒸气气化技术，主要目标是获得氢气产品，或者高热值的合成气。为了提高H2产量，提高气化温度，原位增强气化脱CO2等方法得到了广泛研究。但是，这些方法都会造成碳原子利用率急剧下降，从而导致生物质的利用率降低。生物质气化过程中，焦炭形成是不可避免的，而生物质气化焦炭是一种多孔碳质材料，是一种很有前景的平台材料，可广泛应用于电极材料、吸附剂、催化剂等领域。

而目前制备碳电极材料常用KOH，ZnCl2和H3PO4等活化剂提高碳的孔隙率，但由于其具有较强的碱性或酸性，在较高的反应温度下极易造成设备腐蚀，因此有待寻找新型绿色活化剂，降低对设备腐蚀性。

综上所述，目前的生物质蒸气气化方法，仅关注单一的气体产品，对焦炭副产品利用率不高，极大地降低了生物质利用率，同时气化温度较高，能源消耗较大，所用原材料还会对设备造成腐蚀损害，因此亟需寻找新型高效的生物质制备方法。

发明内容

针对以上缺陷和改进需求，本发明旨在提出一种利用生物质制备氢气和碳电极材料的方法，实现生物质在水蒸气和绿色活化剂共同存在的条件下，制备高附加值的富氢气体和孔隙率发达的多孔碳电极材料，对设备腐蚀小，极大的提高了生物质利用价值。本发明方法解决了生物质高附加值利用以及设备腐蚀的问题。

S1：将粉碎并干燥后的生物质与绿色活化剂进行充分混合，得到反应原料，

S2：待一级固定床反应器达到550℃～650℃的反应温度，将水蒸气与惰性气体通入反应器内，并将反应原料放入反应器内，生物质发生气化活化反应，反应时间为20min～60min，

S3：将步骤S2获得的气化气通入二级固定床反应器，在催化剂作用下，进行甲烷二氧化碳重整反应，反应温度为400～500℃，反应时间为20～60min，该步骤用于降低甲烷和二氧化碳含量，提升氢气浓度和产量，

S4：将步骤S3重整后的气化气通入三级固定床反应器，在催化剂作用下，进行水气转换反应，反应温度为400～500℃，反应时间为20～60min，该步骤用于降低一氧化碳含量，进一步提升氢气浓度和产量，

S5：将步骤S4得到的富氢气化气经冷却后，获得得富氢气体产品，

S6：步骤S2获得的固体产物即为多孔碳，反应完成后，经自然冷却至环境温度，

S7：将步骤S6中的多孔碳进行酸洗，然后用过量的去离子水过滤冲洗，直到滤液成中性后再干燥，获得多孔碳电极材料，