专利名称：一种离子液催化剂及其催化生物质废弃物液化气化的方法
技术领域：
本发明涉及一种离子液催化剂及其催化生物质废弃物液化气化的方法，属于生物质资源化领域。
背景技术：
工业革命以来，随着人类经济快速发展，人们对化石燃料使用量与依赖程度非常高，然而这些化石能源不但储藏量是有限的，而且大量的燃烧会带来了一系列环境问题。在面对现有化石能源日益枯竭的严峻形势，寻找新型可再生能源成了人们急切解决的问题。 生物质能源是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，越来越多的国家重视其开发与利用，使其在未来的新能源系统中占有潜在的战略地位。我国是一个农业大国，生物质能资源丰富，仅农作物秸秆每年就可生产高达6亿吨，若将其转化为高附加值的燃油和燃气对缓解我国的能源供求压力和严重的环境问题具有重要的意义。近些年来，秸秆热解技术发展的很快，主要集中在慢速热解、常规热解和闪速热解三种技术，各个技术对应热解产物的形式有很大差别，例如闪速热解主要以产生油为主。然而三种热解技术都需在高温条件下进行，并且产生的油并不能直接使用，必须经过后续的精炼后方可使用，使得生物质热解产油的应用成本高昂。如何采取有效的措施提高产油的品质和质量，降低热解的能耗，是目前生物质能源研究的热点。例如在裂解过程中加入某些金属盐(MgCl2、CaCl2, KCl、NaCl, CaO, ZnCl2等)作为催化剂，使得热解朝着低小分子(如羟基乙醛、酸类等)液体产物转化或者朝着气化方面进行。但是这些添加催化剂的方法，存在着催化剂难以从与热解残渣中有效的分离的困境，一般参与的热解的催化剂基本上都是一次性不可回收的，使得催化热解成本很高。离子液是一种在室温下呈液态的有机熔融盐，具有优秀的热稳定性和化学稳定性、几乎可以忽略的蒸汽压、较宽的电化学窗口和液体范围，可通过不同的阳离子和阴离子来调节其物理化学性质。很多研究表明，一些离子液通过破坏秸秆里纤维素的分子内和分子间氢键，使得其对纤维素具有很好的溶解能力。采用离子液作为秸秆热解催化剂的载体， 既可促进秸秆热解温度有所降低，热解产物趋向小分子化，又可使得热解添加的催化剂得到很好的回收。专利CN101402658A (公开号)公布了以离子液作为溶剂，酸性分子筛等为催化剂， 在压力0. 01 4. OMPa和温度100 300°C下，进行均相催化热降解纤维素的反应，反应时间20 60min后，可获得纤维素的降解产物，离子液和催化剂均可回收循环使用。但该专利中起催化作用的固体酸性分子筛，热解反应完成后，分子筛的空隙容易被热解产生的残渣粉末堵塞，造成分子筛催化活性降低，并且在使用过程中分子筛与裂解残渣相互混合，回收比较困难。专利CN 101085924A (公开号)公布了一种以“高温离子液体”为载体、溶解和催化剂催化生物质热解的工艺和装置。该专利系统性的描述了热解装置和工艺流程，优点主要是生物质颗粒与高温离子液体混合均勻，温度场稳定，热解迅速，设备结构简单而实用。但是专利中提到的“高温离子液体”是属于高温熔融盐，基本上都是无机盐，溶点相当高，不算真正意义上的离子液体，仍然存在着热解完成后，催化剂难以回收利用的情况。
发明内容
本发明针对现有生物质热解技术存在的一些问题，目的在于提供一种离子液催化剂，离子液催化剂由一种离子液和一种或两种金属盐或碱组成，其中离子液和金属盐比例为摩尔比1:0. 05 3，离子液与金属碱的摩尔比例为1:0. 05 2。本发明中离子液为酸性离子液或对金属盐具有较高溶解能力的离子液中的一种， 其中酸性离子液为[HS03_bpy]CF3S03、[HS03_bvim]HS03、[HS03-b_N(CH3) JHSO权利要求
1.一种离子液催化剂，其特征在于离子液催化剂由一种离子液和一种或两种金属盐或碱组成，离子液和金属盐比例为摩尔比1:0. 05 3，离子液与金属碱的摩尔比例为 1:0. 05 2。
2.根据权利要求1所述的离子液催化剂，其特征在于离子液为酸性离子液或对金属盐具有较高溶解能力的离子液中的一种，其中酸性离子液为[HS03_bpy]CF3S03、[HS03-bvim] HSO3、[HS03-b-N (CH3) 3] HSO3、
3.根据权利要求1所述的离子液催化剂，其特征在于金属盐或碱是i^Cl3，NiCl2, ZnCl2, FeCl2, MgCl2, AlCl3, KOH, NaOH, Ca(OH)2 中的一种或者两种。
4.权利要求1所述的离子液催化剂催化生物质废弃物液化气化的方法，其特征在于按如下步骤进行(1)离子液催化剂的配制根据生物质废弃物需要转化成液相或气相低分子热解目标产物的不同，从离子液和金属盐或碱中选择一种离子液与一种或两种金属盐或碱按一定比例混合配制成离子液催化剂；(2)将生物质废弃物经干燥、粉碎、筛分处理后制得的粒径为10 60目的颗粒粉料与混合催化剂相混合，生物质废弃物粉料与催化剂按重量百分比1:0. 03 15的比例混合后， 将混合物放置于反应器中，热解反应前通入氮气排空反应器内的剩余空气，以保证反应在无氧条件下进行，加热升温，温度控制在160 300°C温度范围内，反应时间为10 50分钟；(3)将热解反应中产生的气态混合物通过冷凝装置冷却，收集冷凝产物于容器中，即得到所需的热解产物，将反应器内的剩余物加入少量水，高速离心后，去除残渣，离子液催化剂水溶液经过除水后，可回收循环使用。
5.根据权利要求4所述的离子液催化剂，其特征在于离子液和金属盐按摩尔比 1 0. 05 3混合，离子液和金属碱按摩尔比1 0. 05 2混合。
6.根据权利要求4所述的离子液催化剂，其特征在于金属盐或碱为两种时，它们之间按摩尔比1 0. 05 2混合形成混合液。
7.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于热解产物是液相低分子物质时，离子液催化剂是一种酸性离子液与K0H、Ca (OH) 2混合液按1 0. 05 2比例混合组成的含有K+、Ca2+ 的离子液催化剂。
8.根据权利要求7中所述的方法，其特征在于酸性离子液为[HS03_bpy]CF3S03、 [HS03-bvim] HSO3、[HS03-b_N (CH3) 3] HSO3、
9.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于热解产物是气相低分子物质时，离子液催化剂是一种对金属盐具有较高溶解能力的离子液与狗3+和/或Ni3+的金属盐按1 0. 05 3比例混合形成的催化剂。
10.根据权利要求9中所述的方法，其特征在于对金属盐具有较高溶解能力的离子液为氯化I- 丁基-3-甲基咪唑盐([bmim]Cl)、溴化1- 丁基-3-甲基咪唑盐([bmim]Br)、 [emim]Cl、[hmim] Cl
全文摘要
本发明公开了一种离子液催化剂催化生物质废弃物液化气化的方法，将离子液和金属盐按一定比例配制成催化剂后，将生物质废弃物干燥、粉碎、筛分处理后制得的粒径为10～60目的颗粒粉料与催化剂相混合，并放入反应器中排空空气进行热解反应，热解产物通过冷凝装置冷却收集，催化剂回收循环利用，本发明使用的催化剂活性高，稳定性好，可循环使用降低成本，本发明实用，操作简单，可将生物质废弃物定向转化成液相或气相低分子热解产物，为生物质废弃物低成本资源化开辟了一条新途径。
文档编号C10B53/02GK102441433SQ20111026857
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者宁平, 张军, 施玉琨, 瞿广飞 申请人:昆明理工大学