一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的电助裂解反应器的制造方法
【专利说明】
器
技术领域
[0001]本实用新型属于生物质的利用技术领域，具体涉及一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的电助裂解反应器。
【背景技术】
[0002]我国作为世界上最大农业国，具有丰富的生物质能资源，其主要来源有农林废弃物、粮食加工废弃物、木材加工废弃物和城市生活垃圾等。农林业废弃物是我国生物质资源的主体，我国每年产生大约6.5亿吨农业秸杆，加上薪柴及林业废弃物等，折合能量4.6亿吨标准煤，我国每年的森林耗材达到2.1亿立方米，折合1.2亿吨标准煤的能量。另外，全国城市生活垃圾年产量已超过1.5亿吨，如果将这些垃圾焚烧发电或填埋气发电，可产生相当于300万吨标准煤的能源，还能有效地减轻环境污染。
[0003]生物质转化成有用的能量有多种不同的途径或方式，当前主要采用两种主要的技术:热化学技术和生物化学技术。此外机械提取(包括酯化)也是从生物质中获得能量的一种形式。常见的热化学技术包括两种方式:燃烧、裂解。常见的生物化学技术包括乙醇发酵、沼气发酵和微生物制氢等技术。通过以上方式，生物质能被转化成热能或动力、燃料和化学物质。
[0004]我国在生物质燃烧技术方面的发展还相对落后，作为我国生物质资源主体的农业秸杆长期仅仅作为农村生活用能资源使用或就地焚烧，利用率极低，燃烧产生烟尘、NOx和SOx等污染物。发酵技术主要包括乙醇发酵和沼气发酵，在乙醇发酵中，催化剂难与木质纤维素接触，难以寻找合适的菌种都是存在的问题。而沼气发酵普遍存在的问题是沼气发酵原料转化率低、产气率低、运行稳定性差、厌氧发酵后的深度处理技术落后、沼气内燃机发电效率低和余热利用率低等。专利申请CN101544990A中公布了一种利用含有木质纤维素的生物质发酵生产气体燃料及副产纤维素酶的方法，该方法是向发酵容器中加入灭菌处理后的含有木质纤维素的生物质，作为发酵培养基，接种产纤维素酶的微生物厌氧培养，将水解发酵后的物质转入消化容器，接种产甲烷微生物和产氢产乙酸微生物，最后产生气体燃料和纤维素酶。该方法在实验室条件下环境单纯，产率高，但在实际工程应用时，反应环境复杂，微生物存活率低，难以控制，会导致产率下降。而在微生物制氢方面，偏重基础性研究，对生物制氢反应器内传输机理与特性，反应器最优设计与控制，以及高效产氢菌群构建和分子生态学诊断、代谢调控机理、底物和光能转化效率等研究不足，难以应用于大规模工程应用。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提出一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的电助裂解反应器，其包括筒体、螺旋式阳极、网格圆筒式阴极，螺旋式阳极设置在网格圆筒式阴极中并由设置在筒体上的电机带动旋转，螺旋式阳极兼具搅拌作用，螺旋式阳极和网格圆筒式阴极设置在筒体中，筒体上端设置有进料口、出气口，筒体下部设置有出料口、离子液体入口和进气口。
[0006]所述螺旋式阳极材料为碳素电极、石墨电极、金属电极或经修饰的复合材料电极；其中金属电极为铂电极、金电极、钛电极或钯电极；经修饰的复合材料电极为利用金属、金属氧化物或两者混合物修饰的石墨电极、碳素电极或金属电极，修饰用的金属为铁、锡、铅、金、铜、银、铀、钛、铱、猛、锌、铭、舒等中的一种。
[0007]所述网格圆筒式阴极为纳米电极、活性炭电极、石墨电极、碳纤维电极、金属电极或经修饰的复合材料电极；其中金属电极为铂电极、金电极、钛电极或钯电极；经修饰的复合材料电极为利用金属、金属氧化物或两者混合物修饰的石墨电极、碳素电极或金属电极；修饰用的金属为铁、锡、铅、金、铜、银、铂、钛、铱、锰、锌、铑、钌等中的一种。
[0008]所述电助裂解反应器中电级的加压方式为阳极加压、阴极加压、阴阳极加压中的一种。
[0009]上述装置实施电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，该方法将生物质与离子液体以质量比为1:1.5?1:5的比例混合加入反应器中，在通入队、惰性气体或高热烟气、温度140?400°C、搅拌速度为500?1000r/min、电压0.1?10V下发生电助裂解反应60?120min，裂解完成后制得生物油和可燃气。
[0010]在本方法中生物质受热均匀，木质纤维素化学键断裂，生成离子对中间体，受到电场刺激，其稳定性发生改变，加快了裂解速率，效率高，过程易于控制，提高了生物质的利用率。
[0011]所述生物质是指玉米秸杆、烟叶、稻草、竹子、松木、果壳中的一种或任意几种的混合物。
[0012]所述离子液体包括两类:(1)酸性离子液体和催化剂以任意比例混合形成的混合液，(2)为熔融盐；其中酸性离子液体的阳离子为[Emim]\ [Bpy]+等，阴离子为[PF6]、[BFJ、[NTf2]、F、C1、Br、CH3C00、0Tf 等；催化剂的阳离子为 Cu 2+、Pd2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Cr2+、Ni2+、Sn4+、Ce3+等，阴离子为 Cl、S042、N03 等。熔融盐的阳离子 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2\ Fe3+、Al3+等，阴离子为 SO 42、N03 等。
[0013]所述高热烟气的作用是一方面给生物质裂解提供大量热量，节约裂解加热成本，另一方面烟气中所含的C0、0)2以及水蒸气等有利于裂解反应的发生；高热烟气为冶金锅炉、水泥窑、电厂锅炉、化工行业等工业生产过程中产生的高温烟气。
[0014]在木质纤维素裂解过程中，木质纤维素发生反应，化学键断裂，生成一些离子对中间体，这些离子对的稳定性对反应起至关重要的作用，而电子密度又影响着离子对的稳定性，当加入离子液体、催化剂或熔融盐时，它们产生的离子极性会改变木质纤维素离子对的电子密度进而改变其稳定性，最后影响产物的种类及产率，当插入电极时，加入的电压同样会影响里面各种离子包括木质纤维素离子对、离子液体、催化剂和熔融盐的电子密度和稳定性，使裂解产物朝着高附加值产物的方向进行，提高了裂解效率。采用本方法进行裂解，生物质受热均匀，并受到电场刺激，有助于降低木质纤维素裂解的温度，使反应能耗降低，缩短了裂解时间，提高了裂解产率。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型主要裂解装置结构示意图；
[0016]图中:1_筒体；2-螺旋式阳极；3_网格圆筒式阴极；4_进料口 ；5_出气口 ；6-出料口 ； 7-离子液体入口 ；8_进气口 ；9-电机。
【具体实施方式】
[0017]下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型保护范围不局限于所述内容。
[0018]实施例1:本电化学强化液相催化低温裂解生物质