CN105038835B - 一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，该方法是将离子液体作为生物质裂解过程的催化反应介质，使生物质在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，生成高附加值裂解产物；本发明方法中使用的电助裂解反应器包括筒体、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；本发明中生物质受热均匀，木质纤维素化学键断裂，生成离子对中间体，并受到电场刺激，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。
Description
技术领域
本发明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方法及装置。
背景技术
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 亿吨农业秸秆，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。
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。
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秆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
本发明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N2、惰性气体或高热烟气、温度140～400℃、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。
在本发明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。
所述生物质是指玉米秸秆、烟叶、稻草、竹子、松木、果壳、甘蔗、玉米芯中的一种或任意几种的混合物，均为含有纤维素、半纤维素和木质素等聚合物的木质纤维素类原料。
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[Bmim]+、[Emim]+、[Bpy]+等，阴离子为[PF6]-、[BF4]-、[NTf2]-、Cl-、Br-、CH3COO-、OTf-等；催化剂的阳离子为Cu2+、Pd2+、Fe3+、Fe2+、Al3 +、Cr2+、Ni2+、Sn2+、Ce3+等，阴离子为Cl-、SO4 2-、NO3 -等。熔融盐的阳离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+、Al3+等，阴离子为SO4 2-、NO3 -等。
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CO、CO2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（温度在200-900℃之间）。
本发明的另一目的是提供一种电助裂解反应器，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。
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、铝电极或钯电极；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或钛基电极，修饰用的金属为锡、铅、锰、钼、锑、铈等中的一种或两种。
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、铝电极或钯电极；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或钛基电极，修饰用的金属为锡、铅、锰、钼、锑、铈等中的一种或两种。
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。
在本发明的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
图1是本发明主要裂解装置结构示意图；
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
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将1.5kg玉米秸秆与3.3kg离子液体（2.25kg的离子液体[Bmim]OTf和1.0kgAlCl3的混合液）混合加入反应器中，在通入高热烟气、温度140℃、搅拌速度为500r/min、电压0.5V下发生电助裂解反应100min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、如图1所示，完成上述方法的电助裂解反应器包括筒体1、螺旋式阳极，2、网格圆筒式阴极3，螺旋式阳极2设置在网格圆筒式阴极3中并由设置在筒体1上的电机9带动旋转，螺旋式阳极2和网格圆筒式阴极3设置在筒体1中，筒体上端设置有进料口4、出气口5，筒体下部设置有出料口6、离子液体入口7和进气口8，其中螺旋式阳极为碳素电极，网格圆筒式阴极为纳米电极。
将玉米秸秆从进料口4放入电助裂解反应器的筒体1中，关闭进料口，高热烟气（0.1%CO、12.3%CO2、5.5%H2O、6.3%O2、0.3%SO2、75.5%N2）由进气口8通入，用泵将离子液体从离子液体入口7输送到电助裂解反应器5的筒体1中形成液相环境，玉米秸秆在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以500r/min的速度搅拌（电机9带动螺旋式阳极2旋转），并在螺旋式阳极2和网格圆筒式阴极3上都加电压0.5V，调节裂解温度为140℃，反应时间为100min；产生的挥发分在高热烟气的携带下从出气口5放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口6放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量9.6%）、对乙基苯酚（含量5.2%）、苯甲醚（含量3.7%）；气相产物有H2（含量4.8%）、CO（含量3.7%）、CH4（含量6.4%）、CO2（含量85.1%）。
实施例2：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将2.1kg稻草与6.5kg离子液体（5.0kg的离子液体[Emim]Cl和1.5kgSnCl2的混合液）混合加入反应器中，在通入载气N2、温度220℃、搅拌速度为800r/min、电压1.2V下发生电助裂解反应80min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为石墨电极，网格圆筒式阴极为钯电极。
将稻草从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，N2从进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，稻草在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以800r/min的速度搅拌（电机9带动螺旋式阳极2旋转），并在螺旋式阳极2和网格圆筒式阴极3上都加电压1.2V，调节裂解温度为220℃，反应时间为80min；产生的挥发分在N2的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量14.1%）、对乙基苯酚（含量4.9%）、苯甲醚（含量2.8%）；气相产物有H2（含量5.2%）、CO（含量3.6%）、CH4（含量7.7%）、CO2（含量82.5%）。
实施例3 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将5.4kg烟叶与18.9kg离子液体（16kg的离子液体[Bmim]Cl和2.9kg FeCl2的混合液）混合加入反应器中，在通入载气N2、温度300℃、搅拌速度为1000r/min、电压10V下发生电助裂解反应120min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为金电极，网格圆筒式阴极为石墨电极。
将烟叶从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，N2从进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，烟叶在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以1000r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极和网格圆筒式阴极上都加电压10V，调节裂解温度为300℃，反应时间为120min；产生的挥发分在N2的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量12.6%）、对乙基苯酚（含量6.8%）、苯甲醚（含量5.4%）；气相产物有H2（含量3.9%）、CO（含量4.7%）、CH4（含量8.3%）、CO2（含量83.1%）。
实施例4 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将2.5kg竹子与5.0kg离子液体（3.4kg的离子液体[Bmim]PF6和1.6kg CuCl2的混合液）混合加入反应器中，在通入惰性气体、温度180℃、搅拌速度为700r/min、电压4V下发生电助裂解反应65min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为钛电极，网格圆筒式阴极为碳纤维电极。
将竹子从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，惰性气体由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，竹子在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以700r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在网格圆筒式阴极上加电压4V，调节裂解温度为180℃，反应时间为65min；产生的挥发分在惰性气体的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量17.8%）、对乙基苯酚（含量5.9%）、苯甲醚（含量6.3%）；气相产物有H2（含量6.7%）、CO（含量6.1%）、CH4（含量8.9%）、CO2（含量78.3%）。
实施例5 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将2.1kg稻草与8.4kg离子液体（8.4kg熔融盐Na2SO4）混合加入反应器中，在通入惰性气体氦气、温度200℃、搅拌速度为600r/min、电压3V下发生电助裂解反应110min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为钯电极，网格圆筒式阴极为铝电极。
将稻草从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，惰性气体由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，稻草在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以600r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极和网格圆筒式阴极上都加电压3V，调节裂解温度为200℃，反应时间为110min；产生的挥发分在惰性气体的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量15.3%）、对乙基苯酚（含量4.4%）、苯甲醚（含量3.1%）；气相产物有H2（含量5.2%）、CO（含量2.9%）、CH4（含量5.6%）、CO2（含量86.3%）。
实施例6 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将6kg花生壳与9.0kg离子液体（7.2kg的离子液体[Bpy]PF4和1.8kg FeCl3的混合液）混合加入反应器中，在通入N2、温度260℃、搅拌速度为900r/min、电压5V下发生电助裂解反应70min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为铂电极，网格圆筒式阴极为活性炭电极。
将花生壳从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，N2由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，花生壳在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以900r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极上加电压5V，调节裂解温度为260℃，反应时间为70min；产生的挥发分在N2的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量11.8%）、对乙基苯酚（含量7.3%）、苯甲醚（含量4.5%）；气相产物有H2（含量4.6%）、CO（含量3.8%）、CH4（含量9.3%）、CO2（含量82.3%）。
实施例7 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将5.0kg烟叶稻草混合物与15.0kg离子液体（11.5kg的离子液体[Emim]Tf2N和3.5kg Al2(SO4)3的混合液）混合加入反应器中，在通入N2、温度190℃、搅拌速度为750r/min、电压6V下发生电助裂解反应90min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为铝电极，网格圆筒式阴极为钛电极。
将烟叶稻草混合物从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，N2由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，烟叶稻草混合物在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以750r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极和网格圆筒式阴极上都加电压6V，调节裂解温度为190℃，反应时间为90min；产生的挥发分在N2的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量8.7%）、对乙基苯酚（含量7.5%）、苯甲醚（含量4.7%）；气相产物有H2（含量5.8%）、CO（含量7.2%）、CH4（含量7.4%）、CO2（含量79.6%）。
实施例8 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将2.8kg甘蔗与7.0kg离子液体（5.5kg的离子液体[Emim]Ac和1.5kg NiCl2的混合液）混合加入反应器中，在通入高热烟气、温度400℃、搅拌速度为550r/min、电压7V下发生电助裂解反应60min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为钼、锑共掺杂钛基二氧化锡电催化电极，网格圆筒式阴极为金电极。
将甘蔗从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，高热烟气（0.1%CO、12.3%CO2、5.5%H2O、6.3%O2、0.3%SO2、75.5%N2）由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，甘蔗在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以550r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极和网格圆筒式阴极上都加电压7V，调节裂解温度为400℃，反应时间为60min；产生的挥发分在高热烟气的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量13.5%）、对乙基苯酚（含量8.5%）、苯甲醚（含量6.3%）；气相产物有H2（含量3.6%）、CO（含量4.2%）、CH4（含量3.8%）、CO2（含量88.4%）。
注：钼、锑共掺杂钛基二氧化锡电催化电极的制备方法参考专利CN104386785中方法。
实施例9 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将6.8kg稻草与34.0kg离子液体（29.5kg的离子液体[Bmim]Br和4.5kg CrCl2的混合液）混合加入反应器中，在通入惰性气体氖气、温度350℃、搅拌速度为850r/min、电压8V下发生电助裂解反应75min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为铈掺杂钛基电极，网格圆筒式阴极为铂电极。
将稻草从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，惰性气体由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，稻草在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以850r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极和网格圆筒式阴极上都加电压8V，调节裂解温度为350℃，反应时间为75min；产生的挥发分在惰性气体的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量14.4%）、对乙基苯酚（含量7.8%）、苯甲醚（含量5.9%）；气相产物有H2（含量6.8%）、CO（含量6.2%）、CH4（含量5.3%）、CO2（含量81.7%）。
注：铈掺杂钛基电极的制备参考于瞿江丽：苯酚废水的铈掺杂钛基电极处理工艺。
实施例10 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将5.0kg松木与12.5kg离子液体（10.0kg的离子液体[Bmim]Tf2N和2.5kg Cu（NO3）2的混合液）混合加入反应器中，在通入N2、温度160℃、搅拌速度为500r/min、电压9V下发生电助裂解反应100min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为PbO2/石墨电极，网格圆筒式阴极为Ti/Sn-Sb电极。
将松木从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，N2由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，松木在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以500r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极和网格圆筒式阴极上都加电压9V，调节裂解温度为160℃，反应时间为100min；产生的挥发分在N2的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量8.3%）、对乙基苯酚（含量8.5%）、苯甲醚（含量4.7%）；气相产物有H2（含量6.5%）、CO（含量4.7%）、CH4（含量3.9%）、CO2（含量84.9%）。
注：PbO2/石墨电极的制备参考于胡翔，等：修饰石墨基二氧化铅电极电催化氧化降解苯胺；Ti/Sn-Sb电极的制备参考于张丽，等：钛基金属氧化物涂层电极的制备及表征。
实施例11 ：本电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，具体内容如下：
1、将2.7kg玉米芯与12.5kg离子液体（12.5kg的熔融盐KNO3）混合加入反应器中，在通入高热烟气、温度220℃、搅拌速度为700r/min、电压2V下发生电助裂解反应70min，裂解完成后制得可燃气和生物油；
2、完成上述方法的电助裂解反应器结构同实施例1，不同在于螺旋式阳极为钛基氧化锰电极，网格圆筒式阴极为纳米电极。
将玉米芯从进料口放入电助裂解反应器的筒体中，关闭进料口，高热烟气（0.1%CO、12.3%CO2、5.5%H2O、6.3%O2、0.3%SO2、75.5%N2）由进气口通入，用泵将离子液体从离子液体入口输送到电助裂解反应器的筒体中形成液相环境，玉米芯在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以700r/min的速度搅拌（电机带动螺旋式阳极旋转），并在螺旋式阳极和网格圆筒式阴极上都加电压2V，调节裂解温度为220℃，反应时间为70min；产生的挥发分在高热烟气的携带下从出气口放出收集，其中一部分挥发分通过冷凝后收集得到生物油，未被冷凝的另一部分挥发分收集得到可燃气，剩余的残渣与离子液体从出料口放出。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量14.6%）、对乙基苯酚（含量9.3%）、苯甲醚（含量5.4%）；气相产物有H2（含量5.9%）、CO（含量6.5%）、CH4（含量7.8%）、CO2（含量79.8%）。
注：钛基氧化锰电极的制备参考于宋秀丽，等：多元中间过渡层钛基氧化锰电极的寿命及电化学性能。
Claims (8)
1.一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，其特征在于：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N2、惰性气体或高热烟气、温度140～400℃、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。
2.根据权利要求1所述的电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，其特征在于：离子液体为熔融盐或者酸性离子液体和催化剂以任意比混合制得的混合液。
3.根据权利要求2所述的电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，其特征在于：酸性离子液体中的阳离子为[Bmim]+、[Emim]+、[Bpy]+中的一种，阴离子为[PF6]-、[BF4]-、[NTf2]-、Cl-、Br-、CH3COO-、OTf-中一种；催化剂的阳离子为Cu2+、Pd2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Cr2+、Ni2 +、Sn2+、Ce3+中的一种，阴离子为Cl-、SO4 2-或NO3 -。
4.根据权利要求2所述的电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法，其特征在于：熔融盐的阳离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+或Al3+，阴离子为SO4 2-或NO3 -。
5.完成权利要求1所述电化学强化液相催化低温裂解生物质的方法的电助裂解反应器，其特征在于：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。
6.根据权利要求5所述的电助裂解反应器，其特征在于：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、铝电极或钯电极；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或钛基电极，修饰用的金属为锡、铅、锰、钼、锑、铈中的一种或两种。
7.根据权利要求5所述的电助裂解反应器，其特征在于：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、铝电极或钯电极；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或钛基电极，修饰用的金属为锡、铅、锰、钼、锑、铈中的一种或两种。
8.根据权利要求5所述的电助裂解反应器，其特征在于：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。
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