[发明专利]一种物理化学耦合活化制备生物质活性炭联产生物质合成气的工艺及装置

说明书

本发明公开了一种物理化学耦合活化制备生物质活性炭联产合成气的工艺及装置，生产工艺为：经过预处理的生物质原料与添加了催化剂的碱金属盐均匀混合，在通入氮气的条件下进行升温炭化处理后，升温至活化温度并在通入活化气体的条件下进行物理化学耦合活化，冷却，将产物从活化剂中取出，洗涤、干燥后得到活性炭成品，过程中产生的合成气经冷凝、水洗后收集。本发明工艺简单、成本低廉，通过调整催化剂、碱金属盐与活化气体的种类与比例来调控所制备的活性炭产物的孔径分布与比表面积以及气体产物的组成。添加了催化剂的碱金属盐的使用不仅可以活化活性炭，还可以降低焦油的生成，该工艺通过炭气联产实现了对生物质资源的多级高效利用。

技术领域

本发明涉及生物质利用技术领域，具体涉及一种物理化学耦合活化制备生物质活性炭联产合成气的工艺及装置。

背景技术

生物质能作为世界第四大能源，对维护人类社会能源结构和安全有着重要意义。当前生物质能平均利用率不到40%，且大多以燃烧形式释放，如何实现对生物质能的高效、高值利用成为当前研究的重要课题之一。其中，制备生物质活性炭及合成气是实现生物质资源高值利用的一种重要途径。

活性炭具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团和特异性吸附能力较强等特性，被广泛应用在石油化工、食品、医药、冶金、环境治理、能源储存等领域。常见的活性炭制备方法包括：物理活化法、化学活化法、物理化学耦合活化法。物理活化法常用的活化气体为水蒸气、二氧化碳、空气、烟道气等，其活化工艺简单、对环境污染小，但活化时间长、温度高、能源消耗大。化学活化法常用的活化剂有氢氧化钾、磷酸、氯化锌、碳酸钾等，其活化温度低、活化时间短，活性炭的产率高，比表面积大，但大多化学活化剂对设备存在腐蚀行为，对环境不友好。生物质合成气可作为化工原料或燃料，其主要成分为H₂和CO，一般通过热解气化生物质制备合成气。热解是在热作用下生物质中有机物质发生分解反应产生气体。气化是以空气和水蒸气等作为气化剂，在高温条件下通过热化学反应将生物质转化成合成气。合成气的制备技术中存在气体产物品位低及焦油的脱除等难点。

中国专利(公开号CN102417179A)公开采用花生壳作为生物质原料，以氢氧化钾、氢氧化钠为活化剂制备出了比表面积为990~1277 m²/g的活性炭。中国专利(CN201711481483.1)公开了“比表面积可控的超级电容器活性炭的制备方法”，原料先在700℃下炭化23~25h，再以水蒸气为活化剂在1180~1250℃的高温下活化11~13h，制得比表面积为2000~2200 m²/g的超级活性炭。中国专利(CN201811203217.7)公开了“一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产装置及其生产方法”，碎屑状秸秆原料进料量为1.1t/h，炭产量为308kg/h ，生物质燃气产量为1764Nm³/h。中国专利(CN201410571477.5)公开了“一种垃圾的炭气联产处理方法及其生产线设备”，生产过程中产生的可燃气用于尾气处理，产生的垃圾炭作为发电燃料。

发明内容

针对现有生物质利用技术存在的生物质多级化利用率不高、生产过程对环境不友好等问题，本发明的目的在于提供一种物理化学耦合活化制备生物质活性炭联产合成气的工艺及装置，通过本发明的工艺和装置，可减少化学活化剂对设备的腐蚀，有效增大生物质原料与活化气体、化学活化剂的接触，可通过改变活化气体和化学活化剂的种类与比例来调整活性炭产物的孔径分布与比表面积以及气体产物的组成，通过炭气联产实现了对生物质原料的高效、高值利用。相关催化剂的加入可降低焦油的产生以提高活性炭及合成气品质。

所述的一种物理化学耦合活化制备生物质活性炭联产合成气的工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)生物质原料经粉碎、水洗除杂和烘干处理，将处理后的生物质原料与活化剂均匀混合并放入炭化活化一体反应器内，在向炭化活化一体反应器内通入氮气的条件下对炭化活化一体反应器加热升温至炭化温度，进行炭化处理；