[发明专利]生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的方法

说明书

本发明涉及生物质催化热解领域，具体公开了一种生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的方法，将生物质进行催化热解，得到富含酚类和芳烃化合物的挥发分。挥发分经在线催化提质，得到酚类化学品和芳烃液体燃料。不冷凝气体进行催化重整，得到富甲烷气体产品。生物炭在低比例活化剂和氨气协同作用下，得到孔隙率发达且富含活性含氮官能团的掺氮炭材料。芳烃液体燃料和富甲烷气体燃料可用于燃料电池、内燃机、燃气轮机来发电、供热，掺氮炭材料可用于催化剂、电极材料等。整个过程成本低、腐蚀性小、高值产品丰富、利用率高。本发明有利于实现生物质高值化利用。

技术领域

本发明涉及生物质催化热解领域，具体涉及一种生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的方法。

背景技术

生物质是唯一含碳的可再生能源资源，我国生物质资源非常丰富，可能源化利用的生物质资源达4.6亿吨标准煤。通过热解可以将生物质转化为炭、气、油三态产品，但较低的附加值极大的限制了其大规模利用。而生物质催化热解多联产技术可以同时制备较高品位的气体和液体燃料、化学品和炭材料，经过进一步对气体和液体产品的催化重整，及炭材料的活化改性，可以得到高附加值的气体和液体燃料、化学品和功能型炭材料，极大地提高生物质利用价值。

目前生物质催化热解制备高值的气体和液体燃料常用的催化剂为分子筛、改性分子筛、金属氧化物等，但这些催化剂仍然存在成本较高、易失活等问题，且生物质资源量巨大，这些催化剂很难满足巨量需求，因此亟需需求新的催化剂制备高值气体和液体燃料。同时目前的气体和液体燃料通常通过直接燃烧的方式来发电或供热，气体和液体燃料的利用价值仍有待提高，如用于燃料电池、内燃机、燃气轮机等。

且目前的生物质催化热解技术，常常仅关注气体或液体产品，而固体炭产品很少受到重视。生物炭经过活化改性功能化处理后，有望用作电极材料和催化剂等。然而，为了得到结构优异的炭材料，在制备过程中常加入高比例的强碱或强酸活化剂，但它们在活化过程中对设备造成严重的腐蚀，因此亟需寻找新型的活化改性方法。

综上所述，目前的生物质催化热解方法，仅关注气体或液体产品，且存在催化剂成本高、易失活，气体和液体产品的利用价值仍待提高的问题，然而对固体生物炭利用率不高，极大地降低了生物质利用率，同时生物炭后续活化改性过程会对设备造成严重腐蚀，因此亟需寻找新型高效的生物质催化热解方法，全面提升生物质催化热解产品的附加值。

发明内容

针对以上缺陷和改进需求，本发明旨在提出一种生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的方法，以生物炭、掺氮炭等为催化剂，以低比例活化剂和氨气为活化改性剂，实现了生物质催化转化为高值的气体和液体燃料、化学品和功能型炭材料的目标，气体和液体燃料可用于燃料电池、内燃机、燃气轮机，炭材料可用作电极材料、催化剂等，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过程中成本高、腐蚀性强、高值化产品单一、生物质利用率低等问题。

按照本发明的第一个方面，提供了一种生物质催化热解联产气液燃料、化学品和炭材料的方法，其包括如下步骤：

S1：将生物质进行烘焙预处理，以除去其中的部分氧，得到预处理后的生物质原料；

S2：将步骤S1获得的预处理后的生物质原料在保护性气氛下进行催化热解反应，得到热解挥发分和生物炭；

S3：将步骤S2获得的热解挥发分在催化剂作用下，进行催化提质反应，使得所述挥发分发生脱甲氧基和芳构化反应，冷却后得到酚类化学品和芳烃液体燃料，该冷却过程中不能冷凝的气体，称之为不可冷凝气体；

S4：将步骤S2获得的生物炭与活化剂混合，在含有氨气的气氛下进行活化氨化改性反应，得到多孔掺氮炭材料；

S5：将步骤S3得到的不可冷凝气体在催化剂作用下进行催化重整，促进甲烷化反应，冷却后得到含有甲烷的气体产品。