[发明专利]一种应用于生物质热解的光耦合微波催化体系和生物质热解设备

说明书

本发明公开了一种应用于生物质热解的光耦合微波催化体系。所述光耦合微波催化体系为光源置于催化体系中间的真空隔层管中，其中光源为脉冲强光源，四周排列了具有催化活性的催化板，催化板以多孔泡沫陶瓷板为载体，负载了两种及以上具有催化活性的金属氧化物催化剂。通过调节光源强度、脉冲宽度、脉冲频率和光催化剂负载量来调节光催化活性；通过调节多孔泡沫陶瓷的孔隙度、骨架强度，催化剂的负载量，微波功率来调节脱氧催化剂的催化活性。本发明可直接应用于生物质热解后的蒸汽提质，通过“光催化剂催化释氢”耦合“金属氧化物催化脱氧”协同催化提高脱氧效率，减少焦油的产生，有效提高热解生物油和生物气的品质，提高使用寿命，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及光催化、微波催化领域，特别涉及一种应用于生物质热解的光耦合微波催化体系和生物质热解设备。

背景技术

生物质资源的开发利用对缓解不可再生资源的枯竭问题、环境问题等具有重要意义。热化学转化，尤其是催化热解是生物质转化的重要手段之一。催化体系的引入可以有效提升生物油品质、减少气体中焦油含量，常用的催化剂包括分子筛催化剂、金属氧化物催化剂、金属盐催化剂。分子筛催化剂，如ZSM-5，表现出了优异的芳构化和脱氧能力；金属氧化物催化剂，如CaO、MgO，表现出了良好的脱氧能力。目前，催化剂易钝化失活、使用寿命短，经济效益差仍是限制生物质广泛替代石油的瓶颈问题之一。因此如何提高催化体系的催化性能和使用寿命，对生物质热解转化制油、产气十分重要。多环芳烃是催化剂结焦钝化的重要前驱物，减少多环芳烃的产生或提高多环芳烃的降解显得十分重要。

微波加热具有加热均匀、无滞后效应、安全无污染。现有用在微波体系的催化剂主要是碳化硅复合催化剂、生物碳催化剂。微波加热可以有效降低催化剂结焦量，延长催化剂使用寿命。研究表明微波催化提质可以显著提高生物油中烃含量，但是这种提质是以牺牲生物油产率来实现的。光催化主要运用在净化水污染、有机合成和光解水产氢等领域。常用的光催化剂包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆及其改性催化剂等。

光催化技术具有反应条件温和、能耗低、无二次污染等优点。以TiO2为例，当TiO2接受一定强度的光照，可以在TiO2催化剂表面产生具有强氧化还原能力的电子空穴，进而实现催化。如何利用光催化的这一特点，将其应用在生物质热解领域，与微波催化结合，调整催化提质反应途径，减少焦油的产生、减缓催化剂失活，提高生物油品质的同时提高生物油产率，进而提高生物质热解转化制油效益是一个值得研究的方向。

发明内容

本发明提供了一种适用于生物质热解领域的光耦合微波催化体系，工艺简单，兼具光催化和微波催化的优点，实现生物质资源的高效利用。

本发明所采用的技术方案为：

一种应用于生物质热解的光耦合微波催化体系，包括石英环、蒸汽入口、光源、真空隔层管、催化板、微波源和蒸汽出口，所述光源安装在真空隔层管中，真空隔层管外安装有催化板，催化板安装在石英环的夹层中，光源与催化板通过真空隔层管隔开，催化板外圈均匀设置有微波源，催化板呈一定角度排列在光源四周。

所述催化板数量为30块。

所述催化板排列角度为12-180度。

所述微波源呈正五边型排列，其排列方式还可以是正三边型排列、正七边型排列或正九边型排列。

单热解气通过催化体系，与催化剂接触时，实现热解气的催化提质。其中光源强度、脉冲宽度、脉冲频率、微波功率均可调节。

本发明所述光源为氙灯。

本发明所述光耦合微波催化体系可通过串接应用于生物质热解设备。

本发明所述的催化板通过在多孔泡沫陶瓷表面负载一层脱氧催化剂，然后在脱氧催化剂外层分散负载一层光催化剂制备，具体制备方法按如下步骤：