[實用新型]一種電化學強化液相催化低溫裂解生物質的電助裂解反應器

有效

• 申請號: 201520601715.2
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN205024165U
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 瞿廣飛;趙茜;黃希;李軍燕;寧平
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C10G1/00
• 分類號: C10G1/00;B01J6/00;B01J19/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于生物質的利用技術領域，具體涉及一種電化學強化液相催化低溫裂解生物質的電助裂解反應器。

背景技術

我國作為世界上最大農業國，具有豐富的生物質能資源，其主要來源有農林廢棄物、糧食加工廢棄物、木材加工廢棄物和城市生活垃圾等。農林業廢棄物是我國生物質資源的主體，我國每年產生大約6.5億噸農業秸稈，加上薪柴及林業廢棄物等，折合能量4.6億噸標準煤，我國每年的森林耗材達到2.1億立方米，折合1.2億噸標準煤的能量。另外，全國城市生活垃圾年產量已超過1.5億噸，如果將這些垃圾焚燒發電或填埋氣發電，可產生相當于300萬噸標準煤的能源，還能有效地減輕環境污染。

生物質轉化成有用的能量有多種不同的途徑或方式，當前主要采用兩種主要的技術：熱化學技術和生物化學技術。此外機械提取（包括酯化）也是從生物質中獲得能量的一種形式。常見的熱化學技術包括兩種方式：燃燒、裂解。常見的生物化學技術包括乙醇發酵、沼氣發酵和微生物制氫等技術。通過以上方式，生物質能被轉化成熱能或動力、燃料和化學物質。

我國在生物質燃燒技術方面的發展還相對落后，作為我國生物質資源主體的農業秸稈長期僅僅作為農村生活用能資源使用或就地焚燒，利用率極低，燃燒產生煙塵、NOx和SOx等污染物。發酵技術主要包括乙醇發酵和沼氣發酵，在乙醇發酵中，催化劑難與木質纖維素接觸，難以尋找合適的菌種都是存在的問題。而沼氣發酵普遍存在的問題是沼氣發酵原料轉化率低、產氣率低、運行穩定性差、厭氧發酵后的深度處理技術落后、沼氣內燃機發電效率低和余熱利用率低等。專利申請CN101544990A中公布了一種利用含有木質纖維素的生物質發酵生產氣體燃料及副產纖維素酶的方法，該方法是向發酵容器中加入滅菌處理后的含有木質纖維素的生物質，作為發酵培養基，接種產纖維素酶的微生物厭氧培養，將水解發酵后的物質轉入消化容器，接種產甲烷微生物和產氫產乙酸微生物，最后產生氣體燃料和纖維素酶。該方法在實驗室條件下環境單純，產率高，但在實際工程應用時，反應環境復雜，微生物存活率低，難以控制，會導致產率下降。而在微生物制氫方面，偏重基礎性研究，對生物制氫反應器內傳輸機理與特性，反應器最優設計與控制，以及高效產氫菌群構建和分子生態學診斷、代謝調控機理、底物和光能轉化效率等研究不足，難以應用于大規模工程應用。

發明內容

本實用新型的目的是提出一種電化學強化液相催化低溫裂解生物質的電助裂解反應器，其包括筒體、螺旋式陽極、網格圓筒式陰極，螺旋式陽極設置在網格圓筒式陰極中并由設置在筒體上的電機帶動旋轉，螺旋式陽極兼具攪拌作用，螺旋式陽極和網格圓筒式陰極設置在筒體中，筒體上端設置有進料口、出氣口，筒體下部設置有出料口、離子液體入口和進氣口。

所述螺旋式陽極材料為碳素電極、石墨電極、金屬電極或經修飾的復合材料電極；其中金屬電極為鉑電極、金電極、鈦電極或鈀電極；經修飾的復合材料電極為利用金屬、金屬氧化物或兩者混合物修飾的石墨電極、碳素電極或金屬電極，修飾用的金屬為鐵、錫、鉛、金、銅、銀、鉑、鈦、銥、錳、鋅、銠、釕等中的一種。

所述網格圓筒式陰極為納米電極、活性炭電極、石墨電極、碳纖維電極、金屬電極或經修飾的復合材料電極；其中金屬電極為鉑電極、金電極、鈦電極或鈀電極；經修飾的復合材料電極為利用金屬、金屬氧化物或兩者混合物修飾的石墨電極、碳素電極或金屬電極；修飾用的金屬為鐵、錫、鉛、金、銅、銀、鉑、鈦、銥、錳、鋅、銠、釕等中的一種。

所述電助裂解反應器中電級的加壓方式為陽極加壓、陰極加壓、陰陽極加壓中的一種。

上述裝置實施電化學強化液相催化低溫裂解生物質的方法，該方法將生物質與離子液體以質量比為1:1.5～1:5的比例混合加入反應器中，在通入N₂、惰性氣體或高熱煙氣、溫度140～400℃、攪拌速度為500～1000r/min、電壓0.1～10V下發生電助裂解反應60～120min，裂解完成后制得生物油和可燃氣。

在本方法中生物質受熱均勻，木質纖維素化學鍵斷裂，生成離子對中間體，受到電場刺激，其穩定性發生改變，加快了裂解速率，效率高，過程易于控制，提高了生物質的利用率。

所述生物質是指玉米秸稈、煙葉、稻草、竹子、松木、果殼中的一種或任意幾種的混合物。