1.一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;
2)步骤1)炭化处理结束后,将炭化活化一体反应器内温度保持在活化温度,然后将通入反应器的气体切换为活化气体,进行物理化学耦合活化处理;
3)步骤2)活化处理结束后冷却至室温,将产物从活化剂中取出,依次用去离子水和0.5
1.5 mol/L的盐酸溶液洗涤,再用去离子水洗涤至中性,干燥后得到活性炭成品,制炭过程~
中产生的合成气经过冷凝、水洗后收集至集气槽;
其中步骤1)中使用的化学活化剂为添加了催化剂的碱金属盐。
2.如权利要求1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,其特征在于生物质原料为农业废弃物、林业废弃物中任意一种或者两种的组合;所述农业废弃物为农作物秸秆、甘蔗渣、稻壳中的至少一种,所述林业废弃物为木屑、竹子、核桃壳、椰壳中的至少一种,所述活化气体为水蒸气、二氧化碳的一种或两种混合气体。
3.如权利要求1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,其特征在于所述碱金属盐为由碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾组成的三元混合盐,质量比为28 35 ~
: 28 35 : 30 38,在步骤1)炭化温度及步骤2)活化温度下均处于熔融状态;催化剂为~ ~
Fe2O3、Fe3O4、FeCl3、TiO2、Co2O3、CoCl2、Cr2O3、MgO、ZnCl2中的一种或两种以上催化剂,催化剂与碱金属盐的质量比为0.02 0.1 : 1,优选0.02 0.06 : 1。
~ ~
4.如权利要求1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,其特征在于步骤1)中,所述生物质原料与化学活化剂的质量比为0.5 2:20,优选1:20。
~
5.如权利要求1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,其特征在于步骤1)中,炭化处理的过程为:以10 20℃/min的升温速率将炭化活化一体反应~
器温度从室温升温至炭化温度500 600℃后,再恒温保持1 2h。
~ ~
6.如权利要求1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,其特征在于步骤2)中,活化反应温度为500 900℃,优选650 850℃;通入的活化气体与生物~ ~
质原料质量比为0.5 2:1,优选0.8 1.2:1;所述物理化学耦合活化时间为0.5 5 h,优选1~ ~ ~ ~
1.5 h。
7.一种物理化学耦合活化制备生物质活性炭联产合成气的装置,其特征在于包括氮气储罐(1)、二氧化碳储罐(2)、水蒸气发生装置、炭化活化一体反应装置和气液产物收集装置;所述炭化活化一体反应装置包括电加热炉(10)、炭化活化一体反应器(11)和热电偶(13),炭化活化一体反应器(11)内部盛有生物质原料与化学活化剂的混合物,炭化活化一体反应器(11)顶部设有气体进气口(1101)、热电偶插孔(1102)和气体产物出气口(1103),所述热电偶(13)的测温端穿过热电偶插孔(1102)伸入至炭化活化一体反应器(11)的反应物内部测温,炭化活化一体反应器(11)内部设置有气体分布器(12),气体分布器(12)的出气孔浸没入生物质原料与活化剂混合物中,活化气由炭化活化一体反应器(11)顶部的气体进气口(1101)进入气体分布器(12),气体产物出气口(1103)与气体产物收集装置由管路连接;
其中,所述气体分布器(12)包括进气管(1201)、气体缓冲室(1202)和若干方形支管(1203),所述进气管(1201)设置在气体缓冲室(1202)的顶部,若干方形支管(1203)均匀设置在气体缓冲室(1202)的底部,进气管(1201)的上端与炭化活化一体反应器(11)顶部的气体进气口(1101)连接,方形支管(1203)的下端均匀设置若干舌形导流孔(1204),舌形导流孔(1204)的开口上端外侧设置有向下倾斜的舌片,舌片与方形支管(1203)表面的夹角角度为15 25°。
~
8.如权利要求7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装置,其特征在于所述水蒸气发生装置包括储水槽(5)、水泵(6)、气化室(7)、气化室加热炉(8)和加热带(9),所述气化室加热炉(8)用于对气化室(7)进行加热升温,气化室(7)上设有液体入口、气体入口和气体出口,所述氮气储罐(1)、二氧化碳储罐(2)的出气口均通过管路与气化室(7)的气体入口连接,水泵(6)用于将储水槽(5)内的水输送至气化室(7)内,气化室(7)的气体出口通过管道与炭化活化一体反应器(11)顶部的气体进气口(1101)连接;其中,气化室(7)的气体出口与气体进气口(1101)之间的管道上包覆有所述加热带(9)。
9.如权利要求7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装置,其特征在于所述气液产物收集装置包括冷凝器(14)、储液罐(15)、低温冷却循环泵(16)、洗气罐(17)、集气槽(18);炭化活化一体反应器(11)顶部的气体产物出气口(1103)通过管道与冷凝器(14)底部进气口连接,冷凝器(14)顶部出气口排出的气体通过管道导入到洗气罐(17)中,洗气罐(17)的出气口再通过管道与集气槽(18)连接;冷凝器(14)外侧设置有冷凝夹套,冷凝夹套的进口和出口分别通过管路与低温冷却循环泵(16)的出口和进口连接,形成冷凝流体回路;冷凝器(14)内冷凝形成的液体收集于储液罐(15)中。