[发明专利]一种利用Fe/Ni双金属改性ZSM-5催化剂提质生物油的装置及方法

说明书

本发明提供一种利用Fe/Ni双金属改性ZSM‑5催化剂提质生物油的装置及方法，所述装置包括载气瓶、固定床反应器、催化床反应器、冷凝器、油品收集件和气体收集件；载气瓶连接固定床反应器的一端；固定床反应器的另一端连接冷凝器，油品收集件设于冷凝器的下端，油品收集件的一侧设有开口，开口与气体收集件连接；所述催化床反应器置于固定床反应器内部，催化床反应器内部设有生物质床和催化剂床，生物质床位于催化剂床的下方。所述方法通过制备负载2～6wt.％的Fe/Ni双金属改性ZSM‑5分子筛催化剂，并采用催化床反应器将生物质和催化剂进行有效地分离。本发明能够实现在固定床反应器系统中生物质的非原位催化热裂解，提高生物油中碳氢化合物的含量，实现生物油的品质提升。

技术领域

本发明涉及生物质能源技术领域，具体地，涉及一种利用Fe/Ni双金属改性ZSM-5催化剂提质生物油的装置及方法。

背景技术

化石燃料的大量使用造成了严重的环境危机和能源危机。因此，开发新型可再生能源对于缓解能源供需矛盾，降低环境污染，实现经济社会的可持续发展有着重要意义。生物质是环境友好型的可再生能源，由于其储量丰富、成本低廉和碳中性等特点，近些年的开发和利用受到了高度重视。

热裂解技术可将生物质转化为生物油及高附加值化学品。但未经提质的生物油中富含含氧化合物(如酚、醇、羧酸、酮和醛)，无法直接作为燃料使用。ZSM-5分子筛是生物质热裂解转化提质中最常用的催化剂，它通过脱水、脱羧和脱羰等反应将生物质热裂解产物中的氧以H₂O、CO₂和CO的形式去除，并转化为各种碳氢化合物，进而改善生物油的品质。

将金属引入ZSM-5可以进一步调整催化剂的酸性强度和孔道结构，实现定向调控热裂解产物的目的。现有的研究表明，单一的Fe、Ni、Ga、Zn等金属负载都能对产物分布起到一定的调控作用，但作用效果不明显。因此，急需改进ZSM-5的改性方法。

催化床是在非原位催化热裂解过程中实现热裂解蒸汽催化提质的反应器。催化床反应器通常连接在热裂解反应器之后，在热裂解蒸汽经过催化剂时实现对热裂解蒸汽的非原位催化。

经过检索发现：

授权公告号为CN108499598A的中国发明专利，公开了一种多级孔分子筛N-Meso-ZSM-5催化剂及其催化热解木质素制备生物油的方法，金属改性的多级孔分子筛N-Meso-ZSM-5催化剂，采用金属对H型多级孔分子筛Meso-ZSM-5催化剂进行改性，所述金属为Ga、Ce、Ni、Fe、Zn和Co中的一种或者几种。该催化剂用一种或多种过渡金属通过等体积浸渍法改性得到，改性催化剂催化热解木质素的非原位分析方法，该方法包括引入改性多级孔分子筛催化剂于固定床反应器中，异位催化热解木质素制备功能性化学品的过程，以及催化转化分离纯化后，所得的液体产物主要以苯酚、愈创木酚、对二苯酚、邻二苯酚为主。该发明通过金属的引入提高多级孔材料的择型催化作用及其催化活性，直接用于木质素催化热解制备精细化学品。但是该发明仍然存在如下问题：生物质和催化剂无法有效地分离，生物油的产品组成含氧化合物比例过高，生物油品质有待进一步提升。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用Fe/Ni双金属改性ZSM-5催化剂提质生物油的装置及方法，能够实现在催化床反应器中生物质的非原位催化热裂解，同时可以解决生物油中含氧化合物含量过高、碳氢化合物不足的问题，实现生物油品质的提升。

本发明是通过以下技术方案实现的：