本发明专利技术涉及一种用于生物质快速热裂解液化的催化剂及其制备方法和应用，属于生物质能源技术领域。该催化剂由载体和活性组分两部分组成，活性组分通过浸渍法负载到载体上。载体为来自于生物质快速热裂解液化过程中的副产物快速热解炭，对快速热解炭进行去油、脱灰、活化、氧化等处理后，使其形成以20～80nm为主的中孔和大孔孔道结构；活性组分为过渡金属，使其通过负载、还原等步骤浸渍到载体上，制备出用于生物质快速热裂解液化的催化剂。本发明专利技术的催化剂，解决了副产物快速热解炭的高附加值利用问题，而且对热裂解反应环境具有更强的适应性，能够实现生物质快速热裂解液化过程的定向调控。
【技术实现步骤摘要】
用于生物质快速热裂解液化的催化剂及其制备方法和应用
[0001 ] 本专利技术涉及一种用于生物质快速热裂解液化的催化剂及其制备方法和应用，属于生物质能源
。
技术介绍
热裂解液化可将生物质高效转化为液体产物一生物油(70%以上)，从而用于制备液体燃料、化工产品以替代传统的化石资源，是国际上公认的生物质能源转化最具发展潜力的技术之一。但常规热裂解液化直接获得的粗生物油虽然具有作为燃料用的基本特性及含有多种高附加值的化学品组分，但其组成十分复杂，含酸、醇、酚、醛、酮以及不饱和烃等几百种化合物，且相对含量都较低，并且含氧量高、具有酸性，须经过高成本、复杂的后期精制才能满足工业化利用。基于以上问题，催化热裂解液化技术已经成为研究重点。催化热裂解液化技术是生物质在无氧或缺氧条件下加入催化剂的热降解，在催化剂作用下将生物质快速热裂解得到的有机蒸气进一步裂解成较小的分子，其中的氧元素以H20、C0和co2的形式除去，主要技术特征在催化剂的制备及催化工艺。然而，尽管目前在催化剂的选择及催化工艺调控等方面进行了一定的催化热裂解研究，然而，由于热解气的催化热裂解液化反应过程十分复杂，目前相关研究仍未获得理想的研究成果，主要存在以下问题:(1)在催化剂的选择方面，主要集中在负载型催化剂，但通常载体抗积碳能力不强，催化寿命较短，导致综合催化效果欠佳；(2)在催化工艺调控研究方面，目前主要是依靠分析仪器进行催化热裂解效果研究，致使不能很真实反映催化热裂解情况。基于以上问题，迫切需要一种高效稳定并且相对有效的用于生物质快速热裂解液化的催化剂，在保证过程的高效稳定，并且维持过程的技术经济性的同时提高生物油的品质。近年来，稳定性高、比表面积大和孔隙结构丰富的活性炭作为催化剂载体负载活性组分成为了研究热点之一。如专利(申请号:201210145207.9)—种活性炭负载贵金属催化剂的制备方法中提到载体可以为80?300目的椰壳炭、杏壳炭、果壳炭或木质炭；专利(申请号:201310051439.2) 一种多孔炭材料负载介孔Ti02_Ag复合体及其制备工艺中提到所述的多孔炭材料为活性炭。众多专利技术涉及到的炭材料作为催化剂载体大多为市售的活性炭或者常规制备的活性炭，并且用于生物质快速热裂解液化的炭基催化剂鲜有报道。在快速热裂解液化过程中发现，生物质经流化床快速热裂解后得到的快速热解炭本身具有较为发达的孔隙结构，具有一定的吸附能力，经过表面改性和结构改性后，具有较高的比表面积、丰富的孔结构、易调变的表面官能团、特殊的电子性能以及特有的耐酸耐碱性质，并且快速热解炭来源于快速热裂解液化过程中，对快速热裂解液化反应环境具有更强的适应性，有利于催化活性组分的负载，回收也更方便，并且成本较低，具有作为催化剂载体的潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于生物质快速热裂解液化的催化剂及其制备方法和应用，催化剂载体为来源于快速热裂解液化过程中的副产物快速热解炭，活性组分为过渡金属，利用这种催化剂对生物质快速热裂解液化过程进行催化调控，以有效降低生物油的含氧量，提闻生物油品质。本专利技术提出的用于生物质快速热裂解液化的催化剂，由载体和活性组分两部分组成，活性组分通过浸溃法负载到载体上，载体与活性组分的重量比为1: (0.01~0.03)，所述的载体为快速热解炭，所述的活性组分为过渡金属，过渡金属为Pd、Pt、Ru、Ni或Rh中的任何一种。本专利技术提出的用于生物质快速热裂解液化的催化剂的制备方法，包括以下步骤:(1)使生物质颗粒在氮气气氛下，450~600°C，反应0.5~1.5秒，生成快速热解炭和热解蒸气的混合物，使快速热解炭和热解蒸气的混合物进行气固分离，得到快速热解炭和热解蒸气，使热解蒸气在0~10°c冷凝，得到生物油和还原性不凝结气体；(2)采用索氏提取方法，用有机溶剂对上述快速热解炭提取5~8小时，以除去快速热解炭中残留的生物油，所述的有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、无水乙醚或石油醚中的任何一种；(3)将经过步骤(2)处理后的快速热解炭在摩尔浓度为1~6mol/L的碱性溶液中浸泡0.5~2小时，快速热解炭与碱性溶液的重量比为1: (0.25~1)，然后用去离子水洗至pH=7，在90~120°C温度下烘干3小时，其中的碱性溶液为Κ0Η或NaOH ；(4)将经过步骤(3)处理后的快速热解炭与摩尔浓度为2.5~6.0mol/L的Η3Ρ04溶液混合，混合的快速热解炭与成?04溶液的重量比为1: (0.5~3.5)，在上述还原性不凝结气体气氛中，700~1000°C下，反应3~8小时，自然冷却，再用去离子水洗至pH=7，得到活化快速热解炭；(5)将步骤(4)得到的活化快速热解炭，与摩尔浓度为0.5~2mol/L的ΗΝ03溶液在45~90°C温度下反应6~9小时，进行氧化，其中活化快速热解炭与ΗΝ03溶液的重量比为1: (2~5)，用去离子水洗至pH=7，然后在105°C干燥2~4小时；(6)将经过步骤(5)处理后的活化快速热解炭与去离子水以质量比1: (10~20)、在40~60°C、超声频率40kHz条件下超声分散30分钟，配置成热解炭浆液，在热解炭浆液中缓慢滴加质量浓度为0.05~0.10g/mL的金属氯化盐溶液，滴加的金属氯化盐比例为:热解炭浆液:金属氯化盐溶液=1: (0.035~0.08)，在40~60°C搅拌4小时，80~90°C搅拌4~8小时，过滤并用去离子水洗至pH=7，得到催化剂前驱物，其中的金属氯化盐为PdCl2、PtCl4、RuC13、NiCl2 或 RhCl3 中的任何一种；(7)将步骤(6)得到的催化剂前驱物加入去离子水中，加热到40~50°C制成浆液，再加入还原剂，反应1~3小时，过滤，去离子水洗至pH=7，90~105°C干燥4小时，得到用于生物质快速热裂解液化的催化剂，其中的还原剂为甲醛、水合肼、脂肪腈或硼氢化钠中的任何一种。本专利技术提出的用于生物质快速热裂解液化的催化剂的应用，该催化剂用于生物质快速热裂解液化制备生物油，其过程为:使生物质颗粒在氮气气氛下，450~600°C，反应0.5~1.5秒，生成快速热解炭和热解蒸气的混合物，使快速热解炭和热解蒸气的混合物进行气固分离，得到快速热解炭和热解蒸气，使热解蒸气自上而下通过用于生物质快速热裂解液化的催化剂床层，催化条件为:催化剂床层高度为8~20cm，反应温度300~350°C，反应时间3~10秒，反应压力0.8~1.5Mpa，反应后生成催化热解蒸气，催化热解蒸气在0~10°C冷凝后生成精制生物油和还原性不凝结气体。本专利技术提出的用于生物质快速热裂解液化的催化剂及其制备方法和应用，具有以下优点:1、利用生物质快速热裂解液化过程的副产物快速热解炭作为催化剂载体，一方面很好地解决了副产物快速热解炭的高附加值利用问题，另一方面，由于快速热解炭本身具有较为发达的孔隙结构，具有一定的吸附能力，经过表面改性和结构改性后，具有较高的比表面积、丰富的孔结构、易调变的表面官能团、特殊的电子性能以及特有的耐酸耐碱性质，特别地，由于快速热解炭来源于热解反应系统，因此，其对热裂解反应环境具有更强的适应性，且有利于催化活性组分的负载，回收也更方便，并且成本较低，具有作为催化剂载体的潜力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于生物质快速热裂解液化的催化剂，其特征在于该催化剂由载体和活性组分两部分组成，活性组分通过浸渍法负载到载体上，载体与活性组分的重量比为1:（0.01～0.03），所述的载体为快速热解炭，所述的活性组分为过渡金属，过渡金属为Pd、Pt、Ru、Ni或Rh中的任何一种。
【技术特征摘要】
1.一种用于生物质快速热裂解液化的催化剂，其特征在于该催化剂由载体和活性组分两部分组成，活性组分通过浸溃法负载到载体上，载体与活性组分的重量比为1: (0.01?0.03)，所述的载体为快速热解炭，所述的活性组分为过渡金属，过渡金属为Pd、Pt、Ru、Ni或Rh中的任何一种。2.一种制备如权利要求1所述的用于生物质快速热裂解液化的催化剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤:(1)使生物质颗粒在氮气气氛下，450?600°C，反应0.5?1.5秒，生成快速热解炭和热解蒸气的混合物，使快速热解炭和热解蒸气的混合物进行气固分离，得到快速热解炭和热解蒸气，使热解蒸气在0?10°C冷凝，得到生物油和还原性不凝结气体；(2)采用索氏提取方法，用有机溶剂对上述快速热解炭提取5?8小时，以除去快速热解炭中残留的生物油，所述的有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、无水乙醚或石油醚中的任何一种；(3)将经过步骤(2)处理后的快速热解炭在摩尔浓度为1?6mol/L的碱性溶液中浸泡0.5?2小时，快速热解炭与碱性溶液的重量比为1: (0.25?1)，然后用去离子水洗至pH=7，在90?120°C温度下烘干3小时，其中的碱性溶液为KOH或NaOH ；(4)将经过步骤(3)处理后的快速热解炭与摩尔浓度为2.5?6.0mol/L的Η3Ρ04溶液混合，混合的快速热解炭与Η3Ρ04溶液的重量比为1: (0.5?3.5)，在上述还原性不凝结气体气氛中，700?1000°C下，反应3?8小时，自然冷却，再用去离子水洗至pH=7，得到活化快速热解炭；(5)将步骤(4)得到的活化快速热解炭，与摩尔浓度为0.5?2mol/L的ΗΝ03溶液在45?90°C温度下反应6?9小时，进行氧化，其中活...
【专利技术属性】
技术研发人员：常建民，王文亮，任学勇，李露霏，司慧，虞宇翔，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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