CN107384454A - 一种生物质催化热解方法 - Google Patents

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赵冰
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刘敦禹
熊志波
王秋麟
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Abstract

一种生物质催化热解方法，包含以下步骤：步骤一，将生物质粉碎，于75℃‑105℃中干燥1‑2小时；步骤二，将经步骤一中干燥后的生物质与磷酸盐按1：1比例混合均匀，得到第一混合物；步骤三，将CaO进行粉碎处理；步骤四，将步骤二中获得的第一混合物与步骤三中得到的粉碎后的CaO按质量比为1:10‑10:1的比例混合均匀，得到第二混合物；步骤五，将步骤四中获得的第二混合物放入反应器中，通入氩气作为保护气，按5～40℃/min的升温速率升温至预定温度600℃～1000℃，保持恒温加热0～45min。

Description

一种生物质催化热解方法
技术领域
本发明涉及一种催化热解的方法，具体涉及对生物质进行催化热解反应的方法。
背景技术
当前中国面临着经济增长与环境保护的双重压力，开发洁净、可再生能源对建立可持续发展的能源系统有着重大意义。生物质是一种储量巨大且利用方式多元化的可再生能源，开展生物质的开发利用研究具有深刻的意义和广阔的应用前景。热解是重要的生物质资源利用方式，可以生成一些高附加值的化学品，实现生物质的高值化利用，降低了直接掩埋、直接燃烧带来的环境污染，产生一定的经济效益。生物质催化热解是在催化剂作用下定向控制生物质的热解反应途径，从而选择性地制备特定的目标产物。
虽然生物质催化热解可以生产高附加值化学品，但催化热解过程中会伴随着大量NOx前驱物的产生，而这些NOx前驱物会对环境造成不利影响，危害环境。
发明内容
本发明是为了解决上述生物质催化热解过程中会产生大量NOx前驱物，危害环境的问题，目的在于提供一种生物质催化热解方法。
本发明提供的生物质催化热解方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一，将生物质粉碎，于75℃-105℃中干燥1-2小时。
步骤二，将经步骤一中干燥后的生物质与磷酸盐按1：1比例混合均匀，得到第一混合物。
步骤三，将CaO进行粉碎处理。
步骤四，将步骤二中获得的第一混合物与步骤三中得到的粉碎后的CaO按质量比为1:10-10:1的比例混合均匀，得到第二混合物。
步骤五，将步骤四中获得的第二混合物放入反应器中，通入氩气作为保护气，按5～40℃/min的升温速率升温至预定温度600℃～1000℃，保持恒温加热0～45min。
本发明提供的生物质催化热解方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，生物质为樟木粉、木料以及秸秆。
本发明提供的生物质催化热解方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤一中的生物质粉碎后再经90目的筛网过筛滤去粒径过大的颗粒。
本发明提供的生物质催化热解方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤二中的磷酸盐为K3PO4·3H2O。
本发明提供的生物质催化热解方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤三中的CaO粉碎后再经90目的筛网过筛滤去粒径过大的颗粒。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例对本发明提供的生物质催化热解方法和有益效果作具体阐述。
本实施例中使用的质谱仪为市售的Netzsch QMS 403型质谱仪。
步骤一，将生物质进行粉碎并使用90目的筛网滤去粒径过大的颗粒，于75℃-105℃中干燥1-2小时。
步骤二，将经步骤一中干燥后的生物质与K3PO4·3H2O按1：1比例混合均匀，得到第一混合物。
步骤三，将CaO进行粉碎处理并使用90目的筛网滤去粒径过大的颗粒。
步骤四，将步骤二中获得的第一混合物与步骤三中得到的粉碎后的CaO按第一混合物：CaO质量比为1:10-10:1的比例混合均匀，得到第二混合物。
步骤五，将步骤四中获得的第二混合物放入反应器中，通入氩气作为保护气，以5～40℃/min升温速率升温至600℃～1000℃，保持恒温加热0～45min。
在本实施例中，步骤一中的干燥温度为105℃时需干燥1小时，干燥温度降低时相应的延长干燥时间即可获得相同的干燥效果。
下结合实施例1-4来详细说明本实施例中的生物质催化热解方法的使用方法和工作原理。
实施例1
将樟木粉粉碎并使用90目的筛网滤去粒径过大的颗粒，置于105℃中干燥2小时，再与K3PO4·3H2O均匀混合，获得第一混合物。将第一混合物与粉碎过筛后的CaO按第一混合物：CaO为1:1比例均匀混合后放入反应容器中，通入纯度为99.999％的高纯氩气置换容器内的空气，重复置换3次，待质谱仪信号稳定后即认为置换完成。然后以20℃/min的升温速率升温至900℃。达到900℃后，保持恒温30min，结束反应。
与没有添加CaO相比，产物中生成NOx前驱物HCN、HNCO、NH3、CH3CN均有减少，HCN减少12.56％；HNCO减少86.05％；NH3减少33.82％；CH3CN减少68.31％。
实施例2：
将樟木粉粉碎并使用90目的筛网滤去粒径过大的颗粒，置于105℃中干燥2小时，再与K3PO4·3H2O均匀混合，获得第一混合物。将第一混合物与粉碎过筛后的CaO按第一混合物：CaO为2:1比例均匀混合后放入反应容器中，通入纯度为99.999％的高纯氩气置换容器内的空气，重复置换3次，待质谱仪信号稳定后即认为置换完成。然后以20℃/min的升温速率升温至900℃。达到900℃后，保持恒温30min，反应结束。
与没有添加CaO相比，产物中生成NOx前驱物HCN、HNCO、NH3、CH3CN均有减少，HCN减少14.34％；HNCO减少80.65％；NH3减少40.03％；CH3CN减少65.66％。
实施例3：
将樟木粉粉碎并使用90目的筛网滤去粒径过大的颗粒，置于105℃中干燥2小时，再与K3PO4·3H2O均匀混合，获得第一混合物。将第一混合物与粉碎过筛后的CaO按第一混合物：CaO为1:1比例均匀混合后放入反应容器中，通入纯度为99.999％的高纯氩气置换容器内的空气，重复置换3次，待质谱仪信号稳定后即认为置换完成。然后以10℃/min的升温速率升温至900℃。达到900℃后，保持恒温30min，反应结束。
与没有添加CaO相比，产物中生成NOx前驱物HCN、HNCO、NH3、CH3CN均有减少，HCN减少18.57％；HNCO减少82.2％；NH3减少41.71％；CH3CN减少66.35％。
实施例4：
将樟木粉粉碎并使用90目的筛网滤去粒径过大的颗粒，置于105℃中干燥2小时，再与K3PO4·3H2O均匀混合，获得第一混合物。将第一混合物与粉碎过筛后的CaO按第一混合物：CaO为2:1比例均匀混合后放入反应容器中，通入纯度为99.999％的高纯氩气置换容器内的空气，重复置换3次，待质谱仪信号稳定后即认为置换完成。然后以10℃/min的升温速率升温至900℃。达到900℃后，保持恒温30min，反应结束。
与没有添加CaO相比，产物中生成NOx前驱物HCN、HNCO、NH3、CH3CN均有减少，HCN减少15.57％；HNCO减少82.87％；NH3减少40.35％；CH3CN减少62.52％。
在实施例1-4中，第一混合物：CaO的质量比分别为1：1和2：1，结果中NOx前驱物的排放量几乎是相同的，经过其他实验证明，该比例在1:10-10:1的范围都是可以起到减少排放的技术效果的，本发明中只是选取了这两个效果较好的比例作为实施例。
在实施例1-4中，升温速率分别为10℃/min和20℃/min，结果中NOx前驱物的排放量几乎是相同的，经过其他实验证明，该比例在5～40℃/min的范围都是可以起到减少排放的技术效果的，本发明中只是选取了这两个效果较好的升温速率作为实施例。
在实施例1-4中，预定温度为900℃，经过其他实验证明，预定温度在600℃～1000℃的范围都是可以起到减少排放的技术效果的，本发明中只是选取了效果较好的预定温度作为实施例。
在实施例1-4中，恒温时间为30min，经过其他实验证明，预定温度在0-45min的范围都是可以起到减少排放的技术效果的，本发明中只是选取了效果较好的恒温时间作为实施例。
实施例的作用与效果
本发明所涉及的生物质催化热解方法，能够减少一般生物质热解过程中NOx前驱物排放量过大污染环境的问题。该方法原理简单，操作方便，还能够促进生物质热解产物产率的提高，并且有效减少NOx前驱物的排放，减轻对环境的污染，适合工业使用。
进一步的，实施例1-4采用了本实施例中的催化热解方法后与传统方法相比较，HCN减少了大约12％-19％，HNCO减少了大约80％-86％，NH3减少了大约33％-42％，CH3CN减少了大约63％-68％，NOx前驱物排放量具有显著的下降。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种生物质催化热解方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一，将所述生物质粉碎，于75℃-105℃中干燥1-2小时；
步骤二，将经步骤一中干燥后的所述生物质与磷酸盐按1：1比例混合均匀，得到第一混合物；
步骤三，将CaO进行粉碎处理；
步骤四，将步骤二中获得的所述第一混合物与步骤三中得到的粉碎后的CaO按质量比为1:10-10:1的比例混合均匀，得到第二混合物；
步骤五，将步骤四中获得的所述第二混合物放入反应器中，通入氩气作为保护气，按5～40℃/min的升温速率升温至预定温度600℃～1000℃，保持恒温加热0～45min。
2.根据权利要求1所述的生物质催化热解方法，其特征在于，
其中，所述生物质为樟木粉、木料以及秸秆。
3.根据权利要求1所述的生物质催化热解方法，其特征在于，
其中，所述步骤一中的所述生物质粉碎后再经90目的筛网过筛滤去粒径过大的颗粒。
4.根据权利要求1所述的生物质催化热解方法，其特征在于，
其中，所述步骤二中的磷酸盐为K3PO4·3H2O。
5.根据权利要求1所述的生物质催化热解方法，其特征在于，
其中，所述步骤三中的CaO粉碎后再经90目的筛网过筛滤去粒径过大的颗粒。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104357071A (zh) * 2014-10-16 2015-02-18 昆明理工大学 一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭、生物质油和生物质气的方法

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QIANG LU等: "Catalytic fast pyrolysis of biomass impregnated with K3PO4 toproduce phenolic compounds: Analytical Py-GC/MS study", 《JOURNAL OF ANALYTICAL AND APPLIED PYROLYSIS》 *

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