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CN111218291B - 一种热解炭化催化一体化方法 - Google Patents

一种热解炭化催化一体化方法 Download PDF

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CN111218291B CN202010157657.4A CN202010157657A CN111218291B CN 111218291 B CN111218291 B CN 111218291B CN 202010157657 A CN202010157657 A CN 202010157657A CN 111218291 B CN111218291 B CN 111218291B
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Abstract

本发明公开了一种热解炭化催化一体化方法，属于生物质热解领域，以解决现有方法存在的能耗高、成本高、能源利用率低的问题。一种热解炭化催化一体化方法，包括密封进料、均匀布料、连续热解、焦油催化、烟气回用五个过程，以生物质作为原料，将加工过的原料在密封条件下实现进料和均匀布料，进行热解反应，依次经过热解炭化和炭气分离两个主要过程后得到热解油气混合物以及生物炭；热解油气混合物在与热解炉一体的催化室中进行焦油催化过程，部分熟化后的生物炭经制成新的催化剂继续使用，利用回流烟气的余热对以上过程进行阶梯式的供热。本发明中的镍基生物炭催化剂活性高、稳定性好、制备成本低、环保高效。

Description

一种热解炭化催化一体化方法
技术领域
本发明属于生物质热解领域，具体涉及一种生物质热解炭化催化系统。
背景技术
通常生物质热解与催化剂再生都是分开进行，存在能耗较高的问题。热解设备的炭化炉和催化室都需要外部热源供热。目前热解设备的炭化炉和焦油催化室结构上普遍分离，热解与催化两过程分开进行，炭化炉和催化室的外部热源分开独立供热。催化室的外部热源多为电热设备加热，或者热解原始气经过预热炉加热后再进入催化室。这种系统结构能耗高，成本高，能源利用率低。
催化剂的选择是影响催化裂解效果的主要因素，目前最常用的及大部分文献中提到的催化剂种类主要有天然矿石催化剂和贵重金属催化剂。但镍基催化剂等贵金属催化剂由于硫和焦油存在会迅速失活，价格昂贵。煅烧白云石和石灰石等矿石催化剂机械强度低，寿命低，热稳定性差。橄榄石和铁基催化剂需要较高的煅烧温度。
发明内容
本发明的目的是提供一种热解炭化催化一体化方法，以解决现有方法存在的能耗高、成本高、能源利用率低的问题。
本发明技术方案如下：一种热解炭化催化一体化方法，包括密封进料、均匀布料、连续热解、焦油催化、烟气回用五个过程，该方法使用螺旋喂料机、热解炭化装置和催化装置，所述催化装置设在热解炭化装置内，热解炭化装置包括回转热解炭化炉、螺旋抄板输送机构、传动系统，回转热解炭化炉的出口端与催化装置连接成一体；
具体过程为：将玉米秸秆等生物质作为原料，将加工过的原料在密封条件下实现进料和均匀布料，进行热解反应，依次经过热解炭化和炭气分离两个主要过程后得到热解油气混合物以及生物炭；热解油气混合物在与热解炉一体的催化室中进行焦油催化过程，催化室内的生物炭催化剂将油气混合物中的焦油颗粒催化裂解为甲烷、氢气等小分子气体；同时生物炭在炭气分离过程后进入催化室下方的保温炭化装置进一步熟化，部分熟化后的生物炭经制成新的催化剂继续使用；部分催化裂解后的热解气以及分离出的木焦油等产品燃烧产生的烟气回流到热解炭化装置中，利用回流烟气的余热对以上过程进行阶梯式的供热；热解反应温度为630～720℃，保温炭化的温度为530～650℃，焦油催化裂解温度为690～850℃。
进一步的，将其干燥至含水量10～15％后，通过粉碎和烘干机械粉碎制粒，加工成小于5cm的颗粒物。
进一步的，熟化后的生物炭采用以下步骤处理，将其放入管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至850℃，随着温度的增加，玉米秸秆炭比表面积上升，随后在氮气氛围下高温焙烧2 h，得到活化后生物炭；然后采用浸渍法载镍，以 Ni(NO3)2·6H2O为前体，称取一定质量后溶解在适量的去离子水中，取活化炭加入到上述溶液，在60℃下磁力搅拌2h；搅拌结束后，采用去离子水滤洗3次，放入90℃烘箱干燥12h；最后，在管式炉氮气气氛下500℃焙烧2 h，保温2h，得到活化后以生物炭为载体的镍基催化剂。
本发明特点如下：
1.将传统热解装置中的热解炉和催化装置通过动密封连在一起，制成一体，通过回流烟气余热为热解炉和催化装置同时供热，有效减少热流失，同时提升总体热效率和催化效率，清洁高效；
2.将热解产品生物炭和热解气回收燃烧，产生的高温烟气为热解提供热量，节省燃料成本，环保低碳。
3.采用经过处理的镍基生物炭催化剂，在高温时有效脱除和转化热解原始气中的焦油。生物炭较多的孔结构与较大的比表面积为催化反应提供更多的活性位点，从而促进焦油的催化转化。本发明中的镍基生物炭催化剂活性高、稳定性好、制备成本低、环保高效。具有持久的稳定性和良好的抗积炭能力。催化剂置入采用抽拉式结构设计，催化剂更换方便易行，能够保证催化效力持久。
4.本系统对于玉米秸秆等生物质原料设计处理能力为500kg/h。物料在热解炭化炉的平均滞留时间为30min，输送机构采用四线螺旋抄板设计，物料堆积密度为120kg/m3，反应室长度为8m，物料填充系数0.2。
附图说明
图1是本发明中采用的热解炭化催化一体化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明中采用的热解炭化催化一体化装置，包括螺旋喂料机12、热解炭化装置1和催化装置，热解炭化装置1包括回转热解炭化炉11、螺旋抄板输送机构111、传动系统113，催化装置位于热解炭化装置1内腔，催化装置设在回转热解炭化炉11的端部，回转热解炭化炉11的出口端与催化装置连接成一体，回转热解炭化炉11内设有螺旋抄板输送机构111，通过燃烧器112加热，回转热解炭化炉11连接传动系统113。
催化装置包括催化室15、压力计153、粉尘沉降保温炭化装置154、出气口155，催化室15上设有压力计153，催化室15的底部设有粉尘沉降保温炭化装置154，粉尘沉降保温炭化装置的底部设有有出炭口157。热解炭化装置1与催化装置通过动密封装置14连接。
在回转热解炭化炉11与螺旋抄板输送机构111之间设有流烟气余热利用装置2，回流烟气余热利用装置2包括烟气入口21、排烟口25、烟气通道22、折流板23、保温层24，烟气入口21位于回转热解炭化炉11的出口端，排烟口25位于回转热解炭化炉11的进口端，烟气流入方向与物料行进方向相反，保温层24设在回转热解炭化炉11的内壁，在回转热解炭化炉11的内壁上还设有折流板23，折流板23呈螺旋状处于烟气通道22内。
螺旋抄板输送机构111安装在回转热解炭化炉11的内壁上，通过螺旋抄板输送机构的四线螺旋抄板主动输送物料，螺旋抄板采用螺旋叶片形状加工，单向沿螺旋线分布，共分为四条螺旋线，根据回转筒尺寸选择抄板螺距500mm，高度为500mm，厚度为10mm。每个叶片之间相错90度分布，四个叶片在整个反应器内部表面360度均匀分布,保证物料输送在匀速下进行，保证物料在输送过程中的填充系数为0.2。螺旋抄板的倾斜角度为30-60°角设置。
螺旋抄板既具有螺旋的推送输料能力，同时还有翻抄能力，使物料整体向前推送过程中受热均匀，提高物料输送的稳定性与有序性，可兼顾系统换热效率与炭化均匀性。螺旋抄板输送机构的一端还设有支撑架，支撑架上设有传动机构,传动机构为电动机，以及连接电动机与螺旋抄板输送机构之间的齿轮、链轮或皮带中的一种。
螺旋喂料机12进料过程稳定，不会出现螺旋堵料情况，可以输送较大粒径物料，适合短距离输送。
螺旋抄板输送机构111的一端设有安全防爆装置13，安全防爆装置13为蛇形管,蛇形管内设有用于密封的水封。安全防爆装置13采用U形水封，用于因系统异常进入大量空气后出现局部爆燃或爆炸时的紧急泄压。
动密封装置14将旋转的热解炭化炉和固定不动的催化室连为一体。
催化室15内的催化剂放置筛板152上放置生物炭催化剂151，出气口155通过调节气体流量来控制，将热解气在催化室内的气相停留时间控制在0.5～1.0s。
回流烟气余热利用装置中，热烟气由烟气入口21经过折流板22旋流通过整个腔室从排烟口25排出，延长了换热时间，增强了反应室换热效果。
热解出的原始气，经过催化室催化后，再经过经净化除尘与油水分离，热解副产品主要包括可燃气体、木焦油、木醋液等。回转热解采用的外部热源由木焦油和部分热解气回用燃烧提供。或分流部分热解原始气直接燃烧回用。
具体操作过程为秸秆等生物质原料从螺旋喂料机12发料斗进入，电动机将料斗内原料均匀一致的推送至回转热解炭化炉11内。在回转热解炭化炉11内的物料翻转前进，同时在外部热源及烟气余热的作用下受热分解，经历干燥脱水、受热裂解两个过程，热解气与生物炭在进入催化室15后分离。受热分解后的生物炭进入催化室下方的粉尘沉降保温炭化装置154，在绝氧与保温环境中进一步熟化。部分熟化后的生物炭经过高温焙烧、浸渍载镍、磁力搅拌以及滤洗干燥等过程后制成新的催化剂继续使用。
同时，热解原始气由催化室下方向上流动，经过挡尘板后，热解原始气中的焦油在生物炭催化剂及回流烟气余热的共同作用下分解为甲烷等小分子气体，焦油发生催化裂解反应，使部分重质焦油裂解为轻质焦油，部分焦油转化为气体。热解气中CO2、水蒸气等组分与生物炭发生气化反应，转化为CO、H2等可燃组分。与其他气体共同从上方出气口155流出收集。
实施例1
以玉米秸秆等生物质作为原料，将秸秆粉碎成粒径为1～5cm的小颗粒，在70℃—120℃干燥至水分含量为10％-15％，通过粉碎和烘干机械粉碎制粒，加工成小于5cm的颗粒物；将加工过的原料在密封条件下实现进料和均匀布料，在720℃的环境下进行热解反应，依次经过热解炭化和炭气分离两个主要过程后得到热解油气混合物以及生物炭。热解油气混合物在与热解炉一体的催化室中进行焦油催化过程。催化室内的生物炭催化剂在690℃以上的条件下，将油气混合物中的焦油颗粒催化裂解为甲烷、氢气等小分子气体。催化室内装有压力表和压力报警装置，具有压力过高报警功能。同时生物炭在炭气分离过程后进入催化室下方的保温炭化装置进一步熟化，保温炭化过程的环境温度控制在650℃。将熟化后的生物炭放入管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至850℃，随着温度的增加，玉米秸秆炭比表面积能够上升到为79.81 m2/g。
随后在氮气氛围下高温焙烧2 h，得到活化后生物炭。
然后采用浸渍法载镍，以 Ni(NO3)2·6H2O为前体，称取一定质量后溶解在适量的去离子水中，取活化炭加入到上述溶液，在60℃下磁力搅拌2h。搅拌结束后，采用去离子水滤洗3次，放入90℃烘箱干燥12h。最后，在管式炉氮气气氛下500℃焙烧2 h，保温2h，得到活化后以生物炭为载体的镍基催化剂。将得到的镍基催化剂填充于厚度50mm的不锈钢放置板内，反应段面积为1m2。
在以上过程中，部分催化裂解后的热解气以及分离出的木焦油等产品燃烧产生的烟气回流到热解设备中，利用回流烟气的余热对以上过程进行阶梯式的供热。
玉米秸秆炭与稻壳炭和木屑炭相比，K、Ca含量相对较高，有利于提高催化剂活性。
实施例2
与实施例1不同之处在于热解反应温度为700℃，保温炭化的温度为600℃，焦油催化裂解温度为800℃。
实施例3
与实施例1不同之处在于热解反应温度为630℃，保温炭化的温度为530℃，焦油催化裂解温度为690℃。
本发明系统热解炭化温度控制在630～720℃，炭化产生的原始热解气中焦油的含量在15%～20%。本发明所制取的镍基生物炭催化剂载镍量为 1.5%。焦油在750～850℃，反应时间达到20min，浓度1.06g/m3时碳转化率可达78.5%，可在短时间内达到80%以上的裂解率。
本发明能够使生物质保持在最佳热解温度600℃，同时生物炭催化温度维持在700℃以上，发挥脱除焦油的作用，实现生物质热解、脱除焦油以及催化剂再生所处的最佳反应温度的梯度分布。其中催化室温度最高可达850℃，满足催化反应需要，热效率高，焦油分解率高，焦油转化率在80%以上。

Claims (4)

1.一种热解炭化催化一体化方法，其特征在于：包括密封进料、均匀布料、连续热解、焦油催化、烟气回用五个过程，该方法使用螺旋喂料机（12）、热解炭化装置（1）和催化装置，热解炭化装置（1）包括回转热解炭化炉（11）、螺旋抄板输送机构（ 111）、传动系统（113），所述催化装置位于热解炭化装置（1）内腔，并设在所述回转热解炭化炉（11）的端部，所述回转热解炭化炉（11）的出口端与所述催化装置通过动密封装置（14）连接成一体；在热解炭化装置（1）与回转热解炭化炉（11）之间设有回流烟气余热利用装置（2），回流烟气余热利用装置（2）包括烟气入口（21）、排烟口（25）、烟气通道（22）、折流板（23）和保温层（24）；烟气入口（21）位于热解炭化装置（1）的出口端，排烟口（25）位于热解炭化装置（1）的进口端，保温层（24）设在所述热解炭化装置（1）的内壁上，折流板（23）设在所述热解炭化装置（1）的内壁上，并呈螺旋状处于烟气通道（22）内；回转热解炭化炉（11）内设有螺旋抄板输送机构（111），通过燃烧器（112）加热，回转热解炭化炉（11）连接传动系统（113）；催化装置包括催化室（15）、压力计（153）、粉尘沉降保温炭化装置（154）、出气口（155），催化室（15）上设有压力计（153），催化室（15）内的催化剂放置筛板（152）上放置生物炭催化剂（151），出气口（155）通过调节气体流量来控制，将热解气在催化室内的气相停留时间控制在0.5～1.0s；催化室（15）的底部设有粉尘沉降保温炭化装置（154），粉尘沉降保温炭化装置（154）的底部设有出炭口（157）；螺旋抄板输送机构（111）安装在回转热解炭化炉（11）的内壁上，通过螺旋抄板输送机构的四线螺旋抄板主动输送物料，螺旋抄板采用螺旋叶片形状加工，单向沿螺旋线分布，共分为四条螺旋线，根据回转筒尺寸选择抄板螺距500mm，高度为500mm，厚度为10mm；每个叶片之间相错90度分布，四个叶片在整个反应器内部表面360度均匀分布，保证物料输送在匀速下进行，保证物料在输送过程中的填充系数为0.2；螺旋抄板的倾斜角度为30-60°角设置；螺旋抄板输送机构（111）的一端还设有支撑架，支撑架上设有电动机，以及连接电动机与螺旋抄板输送机构之间的齿轮、链轮或皮带中的一种；螺旋抄板输送机构（111）的一端设有安全防爆装置（13），安全防爆装置（13）为蛇形管，蛇形管内设有U形水封，用于因系统异常进入大量空气后出现局部爆燃或爆炸时的紧急泄压；
所述热解炭化催化一体化方法的具体过程为：将玉米秸秆作为原料，将秸秆粉碎成粒径为1～5cm的小颗粒，在70℃~120℃干燥至水分含量为10％-15％，通过粉碎和烘干机械粉碎制粒，加工成小于5cm的颗粒物，将加工过的原料在密封条件下从螺旋喂料机（12）发料斗进入，电动机将料斗内原料均匀一致的推送至回转热解炭化炉（11）内实现进料和均匀布料，在回转热解炭化炉（11）内的物料翻转前进，在外部热源及烟气余热的作用下进行热解反应，依次经过热解炭化和炭气分离两个主要过程后得到热解油气混合物以及生物炭；热解油气混合物在与热解炉一体的催化室中进行焦油催化过程，催化室内采用生物炭催化剂，热解油气混合物中的焦油在生物炭催化剂及回流烟气余热的共同作用下发生催化裂解反应，使部分重质焦油裂解为轻质焦油，部分焦油转化为气体；热解油气混合物中的CO2、水蒸气与生物炭发生气化反应，转化为CO、H2，与其他气体共同从催化室上方出气口（155）流出收集；同时生物炭在炭气分离过程后进入催化室下方的保温炭化装置在绝氧与保温环境中进一步熟化，部分熟化后的生物炭经制成新的催化剂继续使用；部分催化裂解后的热解气以及分离出的木焦油燃烧产生的烟气回流到热解炭化装置中，即热烟气由烟气入口（21）经过折流板（23）旋流通过整个烟气通道（22）的腔室从排烟口（25）排出，烟气流入方向与物料行进方向相反，利用回流烟气的余热对以上过程进行阶梯式的供热；热解反应温度为720℃，保温炭化的温度为650℃，焦油催化裂解温度为690℃以上。
2.一种热解炭化催化一体化方法，其特征在于：包括密封进料、均匀布料、连续热解、焦油催化、烟气回用五个过程，该方法使用螺旋喂料机（12）、热解炭化装置（1）和催化装置，热解炭化装置（1）包括回转热解炭化炉（11）、螺旋抄板输送机构（ 111）、传动系统（113），所述催化装置位于热解炭化装置（1）内腔，并设在所述回转热解炭化炉（11）的端部，所述回转热解炭化炉（11）的出口端与所述催化装置通过动密封装置（14）连接成一体；在热解炭化装置（1）与回转热解炭化炉（11）之间设有回流烟气余热利用装置（2），回流烟气余热利用装置（2）包括烟气入口（21）、排烟口（25）、烟气通道（22）、折流板（23）和保温层（24）；烟气入口（21）位于热解炭化装置（1）的出口端，排烟口（25）位于热解炭化装置（1）的进口端，保温层（24）设在所述热解炭化装置（1）的内壁上，折流板（23）设在所述热解炭化装置（1）的内壁上，并呈螺旋状处于烟气通道（22）内；回转热解炭化炉（11）内设有螺旋抄板输送机构（111），通过燃烧器（112）加热，回转热解炭化炉（11）连接传动系统（113）；催化装置包括催化室（15）、压力计（153）、粉尘沉降保温炭化装置（154）、出气口（155），催化室（15）上设有压力计（153），催化室（15）内的催化剂放置筛板（152）上放置生物炭催化剂（151），出气口（155）通过调节气体流量来控制，将热解气在催化室内的气相停留时间控制在0.5～1.0s；催化室（15）的底部设有粉尘沉降保温炭化装置（154），粉尘沉降保温炭化装置（154）的底部设有出炭口（157）；螺旋抄板输送机构（111）安装在回转热解炭化炉（11）的内壁上，通过螺旋抄板输送机构的四线螺旋抄板主动输送物料，螺旋抄板采用螺旋叶片形状加工，单向沿螺旋线分布，共分为四条螺旋线，根据回转筒尺寸选择抄板螺距500mm，高度为500mm，厚度为10mm；每个叶片之间相错90度分布，四个叶片在整个反应器内部表面360度均匀分布，保证物料输送在匀速下进行，保证物料在输送过程中的填充系数为0.2；螺旋抄板的倾斜角度为30-60°角设置；螺旋抄板输送机构（111）的一端还设有支撑架，支撑架上设有电动机，以及连接电动机与螺旋抄板输送机构之间的齿轮、链轮或皮带中的一种；螺旋抄板输送机构（111）的一端设有安全防爆装置（13），安全防爆装置（13）为蛇形管，蛇形管内设有U形水封，用于因系统异常进入大量空气后出现局部爆燃或爆炸时的紧急泄压；
所述热解炭化催化一体化方法的具体过程为：将玉米秸秆作为原料，将秸秆粉碎成粒径为1～5cm的小颗粒，在70℃~120℃干燥至水分含量为10％-15％，通过粉碎和烘干机械粉碎制粒，加工成小于5cm的颗粒物，将加工过的原料在密封条件下从螺旋喂料机（12）发料斗进入，电动机将料斗内原料均匀一致的推送至回转热解炭化炉（11）内实现进料和均匀布料，在回转热解炭化炉（11）内的物料翻转前进，在外部热源及烟气余热的作用下进行热解反应，依次经过热解炭化和炭气分离两个主要过程后得到热解油气混合物以及生物炭；热解油气混合物在与热解炉一体的催化室中进行焦油催化过程，催化室内采用生物炭催化剂，热解油气混合物中的焦油在生物炭催化剂及回流烟气余热的共同作用下发生催化裂解反应，使部分重质焦油裂解为轻质焦油，部分焦油转化为气体；热解油气混合物中的CO2、水蒸气与生物炭发生气化反应，转化为CO、H2，与其他气体共同从催化室上方出气口（155）流出收集；同时生物炭在炭气分离过程后进入催化室下方的保温炭化装置在绝氧与保温环境中进一步熟化，部分熟化后的生物炭经制成新的催化剂继续使用；部分催化裂解后的热解气以及分离出的木焦油燃烧产生的烟气回流到热解炭化装置中，即热烟气由烟气入口（21）经过折流板（23）旋流通过整个烟气通道（22）的腔室从排烟口（25）排出，烟气流入方向与物料行进方向相反，利用回流烟气的余热对以上过程进行阶梯式的供热；热解反应温度为700℃，保温炭化的温度为600℃，焦油催化裂解温度为800℃。
3.一种热解炭化催化一体化方法，其特征在于：包括密封进料、均匀布料、连续热解、焦油催化、烟气回用五个过程，该方法使用螺旋喂料机（12）、热解炭化装置（1）和催化装置，热解炭化装置（1）包括回转热解炭化炉（11）、螺旋抄板输送机构（ 111）、传动系统（113），所述催化装置位于热解炭化装置（1）内腔，并设在所述回转热解炭化炉（11）的端部，所述回转热解炭化炉（11）的出口端与所述催化装置通过动密封装置（14）连接成一体；在热解炭化装置（1）与回转热解炭化炉（11）之间设有回流烟气余热利用装置（2），回流烟气余热利用装置（2）包括烟气入口（21）、排烟口（25）、烟气通道（22）、折流板（23）和保温层（24）；烟气入口（21）位于热解炭化装置（1）的出口端，排烟口（25）位于热解炭化装置（1）的进口端，保温层（24）设在所述热解炭化装置（1）的内壁上，折流板（23）设在所述热解炭化装置（1）的内壁上，并呈螺旋状处于烟气通道（22）内；回转热解炭化炉（11）内设有螺旋抄板输送机构（111），通过燃烧器（112）加热，回转热解炭化炉（11）连接传动系统（113）；催化装置包括催化室（15）、压力计（153）、粉尘沉降保温炭化装置（154）、出气口（155），催化室（15）上设有压力计（153），催化室（15）内的催化剂放置筛板（152）上放置生物炭催化剂（151），出气口（155）通过调节气体流量来控制，将热解气在催化室内的气相停留时间控制在0.5～1.0s；催化室（15）的底部设有粉尘沉降保温炭化装置（154），粉尘沉降保温炭化装置（154）的底部设有出炭口（157）；螺旋抄板输送机构（111）安装在回转热解炭化炉（11）的内壁上，通过螺旋抄板输送机构的四线螺旋抄板主动输送物料，螺旋抄板采用螺旋叶片形状加工，单向沿螺旋线分布，共分为四条螺旋线，根据回转筒尺寸选择抄板螺距500mm，高度为500mm，厚度为10mm；每个叶片之间相错90度分布，四个叶片在整个反应器内部表面360度均匀分布，保证物料输送在匀速下进行，保证物料在输送过程中的填充系数为0.2；螺旋抄板的倾斜角度为30-60°角设置；螺旋抄板输送机构（111）的一端还设有支撑架，支撑架上设有电动机，以及连接电动机与螺旋抄板输送机构之间的齿轮、链轮或皮带中的一种；螺旋抄板输送机构（111）的一端设有安全防爆装置（13），安全防爆装置（13）为蛇形管，蛇形管内设有U形水封，用于因系统异常进入大量空气后出现局部爆燃或爆炸时的紧急泄压；
所述热解炭化催化一体化方法的具体过程为：将玉米秸秆作为原料，将秸秆粉碎成粒径为1～5cm的小颗粒，在70℃~120℃干燥至水分含量为10％-15％，通过粉碎和烘干机械粉碎制粒，加工成小于5cm的颗粒物，将加工过的原料在密封条件下从螺旋喂料机（12）发料斗进入，电动机将料斗内原料均匀一致的推送至回转热解炭化炉（11）内实现进料和均匀布料，在回转热解炭化炉（11）内的物料翻转前进，在外部热源及烟气余热的作用下进行热解反应，依次经过热解炭化和炭气分离两个主要过程后得到热解油气混合物以及生物炭；热解油气混合物在与热解炉一体的催化室中进行焦油催化过程，催化室内采用生物炭催化剂，热解油气混合物中的焦油在生物炭催化剂及回流烟气余热的共同作用下发生催化裂解反应，使部分重质焦油裂解为轻质焦油，部分焦油转化为气体；热解油气混合物中的CO2、水蒸气与生物炭发生气化反应，转化为CO、H2，与其他气体共同从催化室上方出气口（155）流出收集；同时生物炭在炭气分离过程后进入催化室下方的保温炭化装置在绝氧与保温环境中进一步熟化，部分熟化后的生物炭经制成新的催化剂继续使用；部分催化裂解后的热解气以及分离出的木焦油燃烧产生的烟气回流到热解炭化装置中，即热烟气由烟气入口（21）经过折流板（23）旋流通过整个烟气通道（22）的腔室从排烟口（25）排出，烟气流入方向与物料行进方向相反，利用回流烟气的余热对以上过程进行阶梯式的供热；热解反应温度为630℃，保温炭化的温度为530℃，焦油催化裂解温度为690℃。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种热解炭化催化一体化方法，其特征在于：所述的熟化后的生物炭采用以下步骤处理，将其放入管式炉中，以5℃/min的升温速率升温至850℃，随着温度的增加，玉米秸秆炭比表面积上升，随后在氮气氛围下高温焙烧2h，得到活化后生物炭；然后采用浸渍法载镍，以Ni(NO3)2·6H2O为前体，称取一定质量后溶解在适量的去离子水中，取活化炭加入到上述溶液，在60℃下磁力搅拌2h；搅拌结束后，采用去离子水滤洗3次，放入90℃烘箱干燥12h；最后，在管式炉氮气气氛下500℃焙烧2h，保温2h，得到活化后以生物炭为载体的镍基催化剂。
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