CN112063400A - 一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法 - Google Patents

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姚宗路
仉利
贾吉秀
霍丽丽
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Abstract

本发明公开了一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法，属于生物炭利用领域，以解决催化后的催化剂未被合理的利用，造成严重的污染和浪费的问题。包括秸秆热解炭化催化、生物炭活化和复合材料加工步骤，秸秆原料进入秸秆热解炭化催化装置进行热解反应，反应生成的热解气经生物炭基催化剂进行催化反应；秸秆催化热解反应完成后，生物炭基催化剂转移到生物炭基催化剂活化装置，经活化后的生物炭基催化剂进入生物炭/聚合物复合材料加工装置制备出复合材料。本发明使得生物炭基催化剂得到最大化的利用，首先生物炭基催化剂作为热解催化剂使用，其次利用催化后的生物炭进行生物炭/聚合物复合材料加工，避免了使用后的热解催化剂污染环境。

Description

一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法
技术领域
本发明属于生物炭利用领域，具体涉及一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法。
背景技术
生物炭是生物质热解的产物，具有的特殊的孔道结构、较大的比表面积和丰富的表面基团等特性而成为众多学科研究的热点。热解过程中加入改性后的生物炭基催化剂可以提高生物油品质、增加热解气热值等，但经催化后的催化剂大多未被合理的利用，甚至被随意丢弃，造成严重的污染和浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种秸秆热解炭化催化制取炭基复合材料一体化方法，以解决催化后的催化剂未被合理的利用，造成严重的污染和浪费的问题。
本发明技术方案如下：一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法，包括秸秆热解炭化催化、生物炭活化和复合材料加工步骤：
A、秸秆热解炭化催化：
秸秆原料进入秸秆热解炭化催化装置进行热解反应，反应生成的热解气经生物炭基催化剂进行催化反应，经催化后的生物质热解气冷凝，生物油收集在集油罐中，不可冷凝气体进入集气罐保存；
B、生物炭活化：
秸秆催化热解反应完成后，生物炭基催化剂转移到生物炭基催化剂活化装置，
通入CO2或水蒸气进行活化，
C、复合材料加工：
经活化后的生物炭基催化剂进入生物炭/聚合物复合材料加工装置（4）中，复合材料加工装置结构为双螺杆挤塑形式，将生物炭、聚合物以及润滑剂加入到挤出机的料筒中，加热使其生成塑化的同时，被螺杆推送向前挤出，制备出所需截面积的复合材料。
进一步的，生物质催化热解的温度在600-800℃范围内。
进一步的，生物炭活化的温度为800-900℃。
经催化后的生物炭存在一定程度的积炭堵塞孔道的情况，经活化后的生物炭基材料在很大程度上可以恢复其孔道结构和比表面积，活化方式为物理法，将温度升高到800-900℃，在此过程中通入CO2或水蒸气进行活化，这主要是因为生物炭/聚合物复合材料优异的力学性能主要归功于生物炭的多孔结构和较大的表面积，因此活化后的生物炭使得生物炭/聚合物复合材料性能更佳。
生物炭因其特有的理化特性可以替代木质纤维素，与聚合物结合能够制备具有耐腐蚀、耐酸碱特点的生物炭/聚合物复合材料。
本发明特点如下：
（1）本发明使得生物炭基催化剂得到最大化的利用，首先生物炭基催化剂作为热解催化剂使用，其次利用催化后的生物炭进行生物炭/聚合物复合材料加工，避免了使用后的热解催化剂污染环境，提高了生物炭基催化剂的利用效率。
（2）生物炭基催化剂被析出，可以实现秸秆催化热解和生物炭/聚合物复合材料加工的连续性，提高了工作效率。
（3）生物炭活化使得催化热解后的生物炭恢复较好的孔道结构和较大的比表面积，有利于获得较好力学性能的生物炭/聚合物复合材料。
附图说明
图1 为一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明做进一步的描述。
实施方式中所使用生物炭基催化剂采用现有产品，根据试验目标的不同进行选择，可以选择不同金属负载的生物炭基催化剂、化学法或者物理法活化的生物炭基催化剂。
秸秆热解炭化催化装置、生物炭基催化剂活化装置、生物炭/聚合物复合材料加工装置为现有产品。
实施例1
A、秸秆原料进入秸秆热解炭化催化装置1进行热解反应，反应生成的热解气经生物炭基催化剂进行催化反应，经催化后的生物质热解气进入集油罐冷凝，生物油收集在集油罐中，不可冷凝气体通过管道进入集气罐中保存。
B、秸秆催化热解反应完成后，生物炭基催化剂被催化剂真空输送机装置2转移到生物炭基催化剂活化装置3中，其中，催化剂真空输送机装置是气力输送的一种，通过真空泵产生真空输送生物炭基催化剂；生物质催化热解温度一般在700℃范围内，催化热解完成后的生物炭基催化剂温度较高，通过催化剂真空输送机装置2析出到生物炭基催化剂活化装置3中，生物炭活化的温度为850℃。
活化利用了生物炭基催化剂的余温，减少了能源的消耗，活化后的生物炭基催化剂温度较高不需要进行额外加热，利用自身热量满足于炭基复合材料的加工，进一步节省了能源的消耗。
经活化后的生物炭基催化剂进入生物炭/聚合物复合材料加工装置4中，生物炭/聚合物复合材料加工装置采用物理成型法，结构为双螺杆挤塑形式，将生物炭、聚合物以及润滑剂等加入到挤出机的料筒中，根据产品需要，通过生物炭出料量配以合适量的聚合物，材料在料筒和螺杆之间作用，加热使其生成塑化的同时，被螺杆推送向前挤出，调节机头的尺寸可制备出所需截面积的复合材料。
实施例2
与实施例1不同之处在于，生物质催化热解的温度在800℃范围内。生物炭活化的温度为900℃。
实施例3
与实施例1不同之处在于，生物质催化热解的温度在600℃范围内。生物炭活化的温度为800℃。

Claims (3)

1.一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法，其特征在于：包括秸秆热解炭化催化、生物炭活化和复合材料加工步骤：
A、秸秆热解炭化催化：
秸秆原料进入秸秆热解炭化催化装置进行热解反应，反应生成的热解气经生物炭基催化剂进行催化反应，经催化后的生物质热解气冷凝，生物油收集在集油罐中，不可冷凝气体进入集气罐保存；
B、生物炭活化：
秸秆催化热解反应完成后，生物炭基催化剂转移到生物炭基催化剂活化装置，
通入CO2或水蒸气进行活化，
C、复合材料加工：
经活化后的生物炭基催化剂进入生物炭/聚合物复合材料加工装置中，复合材料加工装置结构为双螺杆挤塑形式，将生物炭、聚合物以及润滑剂加入到挤出机的料筒中，加热使其生成塑化的同时，被螺杆推送向前挤出，制备出所需截面积的复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法，其特征在于：生物质催化热解的温度在600-800℃范围内。
3.根据权利要求2所述的一种秸秆炭基催化热解制取炭基复合材料一体化方法，其特征在于：生物炭活化的温度为800-900℃。
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