[发明专利]一种生物质负碳热解多联产系统及方法

说明书

本发明公开了一种生物质负碳热解多联产系统及方法。所述生物质负碳热解多联产系统包括：生物质料仓、热解反应器、旋风分离器一、生物炭气动分离器、返料器、旋风分离器二、生物炭储仓、除尘装置、富氧燃烧器、热解气深度净化装置和CO₂压缩纯化装置。所述生物质负碳热解多联产系统工作时，生物质原料破碎送入生物质料仓，在螺旋输送作用下进入热解反应器，原料在由富氧燃烧器出来的部分高浓度CO₂烟气下发生热解反应，生物炭与CO₂发生气化作用，使得CO₂转化为CO，实现CO₂的固定。本发明不仅能实现CO₂的固定，而且能实现生物质热解联产高品质生物炭和热解合成气。

技术领域

本发明涉及一种生物质热解多联产系统及方法，特别是涉及一种生物质负碳热解多联产系统及方法，属于生物质能源技术领域。

背景技术

生物质能源与化石能源相比，特点是绿色环保无污染、二氧化碳排放量低，其利用与我国的可持续发展理念相契合，对我国的长久发展十分有利。对于生物质能源的清洁高效利用来说，快速热解是一种十分重要的技术手段，能将低品位的生物质资源向具有更高附加值的固、气两相产品进行转化，既提升了生物质能源的利用品质而且也提高了其利用效率。

其中，生物炭作为热解过程中重要固相产物，被视为一种环保型的多功能材料，其特点是不仅有较大的比表面积和孔径，而且还有丰富的官能团和活性位点，因此广泛被应用在CO₂吸附、土壤治理、污水处理、电化学储能等诸多领域。

然而，相比于活性炭，生物炭的处理效率及稳定性还都比较低，导致生物炭的应用依然存在很大的局限；热解得到的热解合成气能当作气体燃料直接使用，其也是化工领域一种重要的原材料。然而，在生物质的热解气中有许多杂质气体，包括含有大量的惰性气体(如CO₂、N₂)及焦油等，这就导致热解合成气的品质大幅降低，这也是阻碍其作为气体燃料和化工原材料应用的原因所在。

为提升生物炭的品质，目前常用的活化方法有化学活化法和物理活化法。化学活化是利用酸、碱溶液作为活化剂，不仅能增大生物炭的比表面积和孔径，增大吸附能力，也能增加生物炭表面的酸性位点和持久性官能团的含量，但也存在化学试剂消耗量大、废液处置困难等问题；物理活化是利用高温蒸汽等作为气体活化剂对活性炭进行活化，这能够在增大生物炭比表面积和孔径的同时，在生物炭表面引入活性官能团，从而强化生物炭的吸附能力以及催化降解能力，但是由于活化过程需要的活化温度较高，因此能耗较高。

为提升生物质热解气的品质，目前常用的方法是热解气重整和焦油催化裂解等，其中，热解气重整能将热解气中的碳氢化合物在催化剂作用下转化为CO和H₂等可燃气体，提升热解气品质；焦油催化裂解同样利用催化剂将焦油裂解为H₂、CH₄等小分子，提升热解气中可燃组分含量。然而，上述两种方式存在催化剂积碳失活、设备复杂、成本高等问题。

并且，目前，对于生物炭活化和热解气提质，普遍采用单独的反应装置，在独立的工艺中进行，无法实现同一个反应过程中的协同调控。

发明内容

针对现有技术存在的局限性及改进需求，本发明提出一种生物质负碳热解多联产系统及方法。

目前，富氧燃烧作为最具工业化前景的燃烧中碳捕集技术之一。将常规的空气(O₂/N₂)燃烧方式变为富氧(O₂/CO₂)燃烧，烟气中CO₂浓度可达90％以上，燃烧效率得到了有效提高，污染物排放也受到了控制，还便于实现大规模的CO₂捕集。CO₂是一种中性氧化气体，因其具有方便、活化条件可控等优势，被广泛应用于生物炭的活化剂。通过CO₂活化，不仅能富集生物炭表面的碱金属元素和含氧官能团，而且还能丰富其孔隙结构。